人类ABCG2蛋白胞内环1区遗传变异对转运活性及蛋白丰度影响的探索性研究

本研究针对ABCG2（乳腺癌耐药蛋白，BCRP）基因罕见变异的功能表征难题，通过构建ICL1区5个自然发生的单核苷酸变异体（K453R/I456V/H457R/G462R/G462V）及双突变体，结合膜囊泡转运实验和定量靶向绝对蛋白质组学（QTAP）技术，揭示了ICL1区变异对ABCG2底物转运的差异化调控机制。研究发现G462R/V导致蛋白表达和功能严重受损，而I456V能部分挽救Q141K突变体的功能，为理解ABCG2变异的临床意义提供了新视角。

　　

在药物代谢领域，ABCG2（又称乳腺癌耐药蛋白BCRP）作为关键的ATP结合盒（ABC）转运体，直接影响着从抗癌药到降脂药等多种药物的体内处置过程。然而这个"分子守门人"却存在令人头疼的个体差异——某些患者用药后出现严重不良反应，另一些则疗效不佳，这些现象背后往往隐藏着ABCG2基因的遗传变异。虽然常见变异Q141K已被证实会导致蛋白稳定性下降，但占人类遗传变异绝大多数的罕见变异（全球次要等位基因频率<0.1%）的功能影响仍是未解之谜，特别是位于关键调控区域——胞内环1区（ICL1）的变异。

来自芬兰的研究团队在《Drug Metabolism and Pharmacokinetics》发表的研究，首次系统解析了ICL1区5个自然发生的单核苷酸变异（SNV）对ABCG2功能的影响。研究人员采用杆状病毒表达系统在HEK293细胞中构建了包括K453R、I456V、H457R、G462R和G462V在内的变异体，通过膜囊泡转运实验评估其对三种典型底物（荧光黄、硫酸雌酮和瑞舒伐他汀）的转运能力，并运用定量靶向绝对蛋白质组学（QTAP）精确测定蛋白表达水平。为探索变异间的相互作用，还构建了ICL1变异与已知功能缺失变异（Q141K/F431L/T542A）的双突变体。

在"3.1. 表观转运活性"部分，研究发现ICL1变异呈现明显的底物依赖性效应：G462R/V几乎完全丧失转运功能，而I456V对所有底物均表现出超参考水平的活性。特别值得注意的是，H457R对硫酸雌酮的转运效率显著高于荧光黄和瑞舒伐他汀，提示该变异可能改变底物识别特异性。"3.2. 蛋白丰度"数据显示，K453R和I456V的蛋白表达与野生型相当，而H457R和G462R/V的表达量不足50%，表明不同变异通过不同机制影响ABCG2功能。

"3.4. 双变异体的表观转运活性和蛋白丰度"揭示了有趣的补偿效应：当激活型变异I456V与功能缺失变异Q141K组合时，不仅蛋白表达恢复至野生型水平，对荧光黄的转运活性也显著提升。然而这种"拯救效应"具有位置特异性——对位于跨膜区的F431L和T542A突变则无效。相比之下，H457R的补偿能力较弱，凸显了ABCG2变异的复杂调控网络。

讨论部分强调，ICL1作为连接核苷酸结合域（NBD）与跨膜域（TMD）的"分子传动轴"，其变异可通过改变构象传递效率导致差异化表型。特别具有临床意义的是发现G462R（曾被报道与痛风相关）同时损害蛋白稳定性和转运功能，而现有生物信息学预测工具（SIFT/PolyPhen-2）对此类功能影响的预测准确性有限。研究还指出，当评估患者ABCG2基因型时，必须考虑单倍型（多个变异的组合效应）而非孤立变异，因为如I456V-Q141K的案例所示，变异间可能存在意想不到的相互作用。

这项研究为解读ABCG2罕见变异的临床意义建立了重要框架，其采用的膜囊泡-QTAP联用策略也为其他转运体研究提供了方法学参考。未来扩大底物谱的研究可能揭示更复杂的底物-变异互作规律，而基于冷冻电镜的结构解析将有助于理解这些变异影响构象变化的分子细节。随着个性化医疗的发展，这类基础研究将为药物基因组学指导的精准用药奠定坚实基础。