Funkcjonalna jednostka łożyska, tj. spolaryzo
wane komórki trofoblastu, dzięki występowaniu szeregu białek transportujących, zlokalizowanych albo w obrębie błony szczytowej (w kierunku krą
żenia matczynego), albo błony podstawnobocz
nej (w kierunku krążenia płodowego), umożliwia ukierunkowany transport substancji, w tym leków.
Transportery leków dzieli się na dwie duże rodziny:
transporterów wiążących ATP (ATP-binding cas-sette transporters, ABC) oraz nośników substan
cji rozpuszczalnych SLC (solute carrier transpor-ters, SLC).
Transportery ABC w łożysku
Rodzina ABC obejmuje 48 białek transportowych podzielonych na siedem podrodzin białek błono
wych, które transportują szeroki zakres substra
tów. Przedstawiciele trzech głównych podrodzin odgrywają szczególną rolę w transporcie leków, tj.
glikoproteina P (MDR1, ABCB1), białko odporności raka piersi (BCRP, ABCG2) oraz białka powiązane z odpornością wielolekową (multidrug resistance--associated protein, MRP, ABCC). Powyższe trans
portery leków są przede wszystkim znane z ich roli w odporności na leki przeciwnowotworowe, jed
nakże odgrywają również znaczącą rolę w trans
porcie innych leków, wpływając na wchłanianie, rozmieszczenie oraz eliminację leków. Są one zloka
lizowane w wielu barierach w organizmie (przewód pokarmowy, bariera krewmózg, bariera krewją
dro), w tym w łożysku. W łożysku transportery ABC aktywnie przemieszczają swoje substraty z komó
rek trofoblastu do krążenia matczynego (glikopro
teina P, BCRP, MRP2) lub płodowego (MRP1). Obec
nie uważa się, że transportery ABC zlokalizowane w błonie szczytowej trofoblastów należą do głów
nych elementów bariery łożyskowej.
Glikoproteina-P (MDR1, ABCB1)
Glikoproteina P (MDR1, ABCB1) jest transpor
terem usuwającym leki z komórki, w przypad
ku trofoblastu zwrotnie do krążenia matczynego.
Po raz pierwszy transporter został zidentyfikowa
ny w komórkach jajnika u chomika. Jej aktywność w błonie komórkowej została powiązana z opor
nością wielolekową w nowotworowych liniach komórkowych różnych typów. Następnie gliko
proteinę P zidentyfikowano w różnych tkankach zdrowych, nienowotworowych, takich jak: wątro
ba, przewód pokarmowy oraz nerki, gdzie wpły
wa na wchłanianie oraz eliminację szerokiego za
kresu substratów (również leków). Fizjologiczna rola glikoproteiny P sugeruje jej znaczenie ochron
ne. Transporter usuwa swoje substraty z komór
ki oraz jest zlokalizowany w barierach organizmu,
ograniczając przemieszczanie leków i innych sub
stancji o potencjalnym szkodliwym działaniu [np.
w barierze krewjądro – ochrona procesu sperma
togenezy, barierze krewnajądrze – ochrona doj
rzałych plemników, łożysku (syncytiotrofoblast) – ochrona płodu]. Wykazano również wysoką eks
presję ABCB1 w łożysku ludzkim oraz lokalizację glikoproteiny P w błonie apikalnej komórek trofo
blastu [6]. Ekspresja łożyskowa ABCB1 na pozio
mie mRNA jest większa w łożysku niż w wątrobie u ludzi, jak również u szczurów, co wskazuje na jej duże znaczenie fizjologiczne. Ekspresję genów Abc-b1a/b oraz kodowanych przez nie białek obserwuje się w łożyskach szczurów od 11 aż do 22 dnia ciąży, chociaż w poszczególnych badaniach obserwowa
no odmienności profilu ekspresji badanych genów.
U ludzi mRNA ABCB1, jak również kodowane białko wykazywały najwyższą ekspresję w komórkach tro
foblastu w łożysku w pierwszym trymestrze ciąży, z następowym zmniejszeniem ilości mRNA i gliko
proteiny P w kolejnym trymestrach. W pracach eks
perymentalnych wykazano, że podanie awermek
tyny (substrat glikoproteiny P) ciężarnym myszom pozbawionym glikoproteiny P wywoływało działa
nie teratogenne na płód, którego nie obserwowa
no u myszy z ekspresją glikoproteiny P w łożysku.
Należy jednocześnie zwrócić uwagę, że aktywność glikoproteiny P może ulegać zmianie pod wpływem inhibitorów. Należą do nich, mi.in.: amiodaron, werapamil, erytromycyna, klarytromycyna, ome
prazol, pantoprazol, chloropromazyna, ritonawir, progesteron. Jednoczasowe podanie inhibitora oraz substratu glikoproteiny P może prowadzić do nad
miernego przenikania związków toksycznych przez łożysko z potencjalnym następowym uszkodzeniem płodu. Stwierdzono mianowicie, że jednoczesne stosowanie werapamilu z pestycydami (substraty glikoproteiny P) skutkowało ich zwiększonym prze
nikaniem przez łożysko i wadami płodu.
Białko oporności raka piersi (BCRP, ABCG2)
Po raz pierwszy zostało zidentyfikowane w li
nii komórkowej MCF7 uzyskanej z raka piersi, gdzie warunkowało oporność na cytostatyki (na
zywane również było „białkiem odporności na mi
toksantron”). Do substratów BCRP należą m.in.:
doksorubicyna, daunorubicyna, mitoksantron, to
potekan, irynotekan, zydowydyna, lamiwudyna, gliburyd. Transporter ten został wszechstronnie zbadany jako czynnik warunkujący oporność wie
lolekową wielu złośliwych nowotworów hemato
logicznych oraz guzów litych. BCRP, podobnie jak glikoproteina P, występuje w obrębie barier: prze
wód pokarmowy, wątroba lub bariera krewmózg, bariera krewjądro. BCRP wykazuje również bar
dzo wysoką ekspresję w łożysku (przewyższającą
glikoproteinę P), stąd też znaczne zainteresowanie rolą tego transportera w obrębie łożyska [7]. Po
dobnie jak glikoproteina P, BCRP znajduje się głów
nie w błonie szczytowej syncytiotrofoblastu, gdzie pompuje substraty wnikające do komórki powrot
nie do krążenia matczynego, chroniąc tym samym płód. Obecność BCRP stwierdzono ponadto w mo
delach in vitro ludzkiego trofoblastu, liniach ko
mórkowych BeWo oraz JAr, w izolowanych komór
kach trofoblastu oraz w kosmkowych pęcherzykach błony ludzkiego łożyska. W badaniach doświadczal
nych stwierdzono również, że Bcrp pośredniczy w transporcie płódmatka, usuwając leki, które już przeniknęły do krążenia płodowego, nawet wbrew gradientowi stężeń. Podobne wyniki zaobserwowa
no w ludzkim łożysku poddanym perfuzji ex vivo.
U genetycznie zmodyfikowanych myszy wykazano również, że Bcrp ogranicza ekspozycję płodu na to
potekan, nitrofurantoinę, genisteinę, fitoestrogeny oraz glyburyd. Ekspresję BCRP w łożysku stwierdza się przez cały okres trwania ciąży. W łożysku gry
zoni zaobserwowano spadek ekspresji bezpośrednio przed rozwiązaniem. Dane dotyczące ludzkiego ło
żyska są sprzeczne. Część danych wskazuje na wyż
szą ekspresję BCRP (mRNA oraz białko) u wcześnia
ków w porównaniu do terminowych łożysk, inne natomiast badania wykazały niezmienioną lub nie
znacznie zwiększoną ekspresję BCRP w łożyskach terminowych.
Białka powiązane z opornością wielolekową (MRP, ABCC)
Rodzina transporterów MRP składa się z dzie
więciu białek błonowych, które są uważane za waż
ne pompy wypływu anionów z komórek ssaków.
Pierwszy transporter rodziny MRP, MRP1, został sklonowany dwie dekady temu, a wkrótce po tym opisany jako transporter wypływu zależnego od ATP dla koniugatów anionowych [8]. Chociaż poszcze
gólne MRP charakteryzują się odmienną strukturą, ich swoistość substratowa znacząco się pokrywa. Na ogół białka te uczestniczą w transporcie sprzężo
nych i niesprzężonych anionów organicznych (np.
leukotrieny) oraz produktów metabolizmu fazy II (glukuroniany, siarczany). Ponadto MRP, pełniąc funkcje podobne do glikoproteiny P i BCRP, uczest
niczą w transporcie różnych ksenobiotyków, w tym leków, np. pochodne platyny, antagoniści folianów, analogi nukleotydowe i nukleozydowe. W łożysku człowieka stwierdza się przede wszystkim ekspre
sję MRP1 i MRP2.
MRP1 (ABCC1) występuje w błonie podstawno
bocznej komórek trofoblastu oraz w śródbłonku płodu [9]. U wszystkich gatunków, również u ludzi, ekspresję MRP1/Mrp1 stwierdza się w głównych narządach uczestniczących w eliminacji, w wą
trobie i nerkach, sugerując potencjalną rolę tego
transportera w łożysku. Jednakże wydaje się, że ekspresja MRP1 zmienia się wraz z czasem trwa
nia ciąży. Znacząco wyższą ekspresję stwierdzono w ludzkich łożyskach terminowych w porównaniu do próbek z pierwszego trymestru (ale np. u my
szy nie obserwuje się zmian ekspresji Mrp1 zależ
nych od wieku ciążowego). Czynnościową ekspre
sję MRP1 potwierdzono w kosmówkowych liniach komórkowych BeWo, JEG i JAr oraz trofoblastach ludzkiego terminowego łożyska. Wydaje się, że pod
stawową rolą MRP1 w łożysku jest transportowanie endogennych substratów, takich jak leukotrieny, prostaglandyny, a nie ksenobiotyki. Jednakże, jeże
li substraty MRP1 dotrą do łożyska, są one usuwa
ne z powrotem do krążenia matczynego. Dotyczy to najczęściej leków lub ich metabolitów sprzężonych z kwasem glukuronowym, siarkowym lub glicyną.
MRP2 (ABCC2) został pierwotnie zidentyfi
kowany w linii nowotworowej człowieka odpor
nej na cisplatynę. Oprócz substancji endogen
nych (bilirubina), leków przeciwnowotworowych, MRP2 transportuje inne leki (atorwaststyna, sim
waststyna, olmesartan, talinolol). Chociaż struk
tura MRP1 i MRP2 jest bardzo podobna, ich loka
lizacja w łożysku człowieka jest odmienna [10].
MRP2 znajduje się, podobnie do glikoproteiny P oraz BCRP, w błonie szczytowej trofoblastu. Tym samym zakłada się, że ochrania płód przed szkodli
wym wpływem substancji znajdujących się w krą
żeniu matczynym. Badania eksperymentalne wyka
zały np., że w łożysku człowieka poddanym perfuzji MRP2 ogranicza transfer talinolu między krążeniem matczynym a płodowym [11].
Transportery SLC w łożysku
Chociaż ekspresja, lokalizacja oraz funkcja trans
porterów ABC w łożysku została stosunkowo do
brze opisana, znacznie mniej uwagi poświęcono roli transporterów substancji rozpuszczalnych (SLC).
Rodzina SCL obejmuje ponad 300 transporterów, które zostały opisane w wielu tkankach i narządach.
Są one często określane jako „polispecyficzne” ze względu na szeroki zakres substratów. Odgrywają ważną rolę w eliminacji leków, szczególnie w na
rządach wydalniczych, tj. nerkach i wątrobie. W ło
żysku transportery SLC ułatwiają głównie wychwyt niezależny od energii cząsteczek hydrofilowych lub też polarnych przez komórki trofoblastu. W trofo
blaście substraty te mogą być albo wykorzystywane na własne potrzeby łożyska (na przykład do syntezy hormonów łożyskowych) lub usuwane z komórek przez inne transportery SLC lub ABC [12].
Transportery kationów organicznych (OCT)
Są to polispecyficzne białka z rodziny SLC22A, transportujące głównie małe jednowartościowe
kationy organiczne o względnej masie cząstecz
kowej poniżej 500 Da. Pierwszy przedstawiciel tej rodziny transporterów, Oct1, został sklonowany w nerce szczura w 1994 r. Wkrótce potem klono
wano i scharakteryzowano organiczne transpor
tery kationów o wysokiej homologii wobec OCT1, tj. OCT2 oraz OCT3, oraz wiele ortologów u róż
nych gatunków. OCT są nośnikami, które umoż
liwiają pobieranie substratów na drodze ułatwio
nej dyfuzji. Siła napędowa jest dostarczana poprzez gradient elektrochemiczny transportowanego ka
tionu organicznego. Substraty transporterów OCT są zazwyczaj hydrofilowymi kationami organicz
nymi o bardzo zróżnicowanej strukturze chemicz
nej, wykazującymi ładunek dodatni w fizjologicz
nym pH [13]. Do tej pory opisane zostały dziesiątki związków, w tym endogennych, istotnych klinicz
nie: leków i toksyn, będących substratami lub inhi
bitorami OCT. Ich znaczenie fizjologiczne nie zostało dotychczas całkowicie zdefiniowane, wiadomo jed
nakże, że wpływają na wiele funkcji fizjologicznych oraz procesów patofizjologicznych. OCT występu
ją w wielu tkankach i narządach, m.in. przewo
dzie pokarmowym, nerkach, wątrobie, oraz ba
rierach biologicznych, kontrolują rozmieszczenie substratów endogennych w organizmie, jak rów
nież wchłanianie, metabolizm oraz wydalanie wie
lu leków [14].
Aby zrozumieć rolę OCT w dystrybucji leków, należy pamiętać, że aktywność wychwytu sub
stratów przez OCT w komórkowych systemach transportowych zależy od gradientu stężeń, któ
ry jest niezbędny dla wektorowego transportu or
ganicznych kationów. Powszechnie uważa się, że OCT uczestniczy w pierwszym etapie transportu organicznych kationów przez błony biologiczne, tj. wychwycie w błonie podstawnobocznej. Drugi etap, tj. wypływ z komórek przez błonę wierzchoł
kową dokonuje się za pomocą innego transporte
ra, takiego jak glikoproteina P oraz/lub antypor
tu organicznego kationu H+ (np. OCTN i MATE).
Koncepcja ta została potwierdzona w badaniach spolaryzowanych komórek głównych narządów wydalniczych, nerek i wątroby, oraz wydaje się odgrywać ważną rolę w procesach detoksykacji.
Pomimo podobieństwa strukturalnego i czynno
ściowego, poszczególne OCT wykazują odmienną lokalizację tkankową i narządową. OCT1 występuje głównie w błonie sinusoidalnej (tj. podstawobocz
nej) hepatocytów, gdzie pośredniczy w pierwszym etapie wydzielania wątrobowego leków kationo
wych. Dlatego też nazywany jest OCT wątrobo
wym. Występuje również w innych narządach, lecz w mniejszej ilości. Ekspresję OCT1 wykazano również w ludzkim łożysku, wnioskując, że trans
porter, wraz z OCT3, jest zaangażowany w proces uwalniania acetycholiny. OCT2 występuje głównie
w błonie podstawnobocznej komórek kanalików nerkowych, gdzie uczestniczy w wydalaniu orga
nicznych kationów; zatem jest on nazywany OCT charakterystycznym dla nerek. Wykryto również niską ekspresję OCT2 w łożysku. Niedawno wy
kazano dużą międzyosobniczą zmienność ekspre
sji OCT2 w ludzkim łożysku, co może sugerować istotny wpływ polimorfizmu genetycznego [15].
W łożysku szczurów nie stwierdzono występowa
nia Oct2. Dystrybucja tkankowa OCT3 jest znacz
nie szersza niż OCT1 lub OCT2; wysoką ekspresję OCT3 opisano w wielu organach, w tym w łoży
sku oraz macicy. Obecny stan wiedzy wskazuje, że ze wszystkich OCT w łożysku najwyższą ekspre
sję wykazuje OCT3, a zatem ten transporter został omówiony bardziej szczegółowo.
OCT3, również znany jako neuronalny trans
porter monoamin, jest kodowany przez gen SLC22A3. U wszystkich badanych gatunków trans
porter wykazuje bardzo wysoką ekspresję w łoży
sku i raczej niską w wątrobie i nerkach, sugerując, że OCT3 jest transporterem charakterystycznym dla łożyska. W łożysku OCT3 występuje w błonie podstawnobocznej trofoblastu, skierowanej ku płodowi. Funkcjonalna rola OCT3 nie została jed
nakże w pełni wyjaśniona. Sugeruje się jednak
że, że OCT3 odgrywa rolę w oczyszczaniu krwio
biegu płodu z katecholamin. Ponadto OCT3, wraz z OCT1, może pośredniczyć w uwalnianiu acety
locholiny z łożyska podczas nieneuronalnej regu
lacji cholinergicznej. Kekuda i wsp. twierdzą, że OCT3 może również być odpowiedzialny za wy
chwyt łożyskowy kationowych ksenobiotyków z krążenia płodowego i tym samym może odgrywać kluczowe znaczenie w funkcji ochronnej barie
ry łożyskowej, chroniąc rozwijający się płód przed możliwymi szkodliwymi działaniami ksenobioty
ków obecnych w krążeniu matczynym (co zosta
ło niedawno wykazane u szczurów) [16]. Należy jednakże zauważyć, że odmienne dane zostały za
prezentowane przez Zwart’a i wsp., którzy wyka
zali, że Oct3 u myszy mogą transportować katio
ny (MPP+) z krwiobiegu matki do płodu. Powyższe obserwacje mogą jednocześnie świadczyć o różni
cach międzygatunkowych dotyczących transpor
tu przezbłonowego.
Ekspresja OCT3/Oct3 w łożysku wydaje się zmniejszać wraz z zaawansowaniem ciąży, cho
ciaż dostępne dane są niejednoznaczne [17].
Transportery kationów organicznych/
karnityny (OCTN)
Podobnie do transporterów OCT, OCTN należą również do rodziny SLC22A. Opisane zostały trzy różne transportery, OCTN1 (SLC22A4), OCTN2 (SLC22A5) oraz OCTN3 (SLC22A21). Te białka transportujące występują w wielu tkankach, w tym
w łożysku, gdzie pośredniczą w napływie karnityny oraz cząsteczek kationowych.
OCTN1 sklonowano z cDNA ludzkiej wątroby płodowej w 1997 r. Transporter występuje w wie
lu tkankach, w tym w nerkach, mięśniach szkie
letowych, jak również w łożysku. OCTN1 należy do tej samej rodziny genów oraz dzieli podobień
stwo strukturalne z OCT3, jednakże stwierdza się znaczące różnice w mechanizmach transportu między OCTN1 a OCT. Tamai i wsp. wykazali, że OCTN1 może służyć jako antyport organicznego kationu/H+, ponieważ może pośredniczyć w trans
porcie zależnym od pH; to założenie zostało jed
nak zakwestionowane przez Terada i Inui [18, 19].
W łożysku OCTN1 powinno się znajdować na bło
nie granicznej synciotriofoblastu oraz pośredniczyć w procesach transportu organicznych kationów/
antyporcie H+, niezbędne jest jednakże funkcjo
nalne potwierdzenie powyższej hipotezy. Oprócz karnityny OCTN1 transportuje wiele substratów pochodzenia egzogennego, takich jak: pirylamina, chinina, chinidyna oraz werapamil [20].
OCTN2 jest strukturalnie bardzo podobny do OCTN1 oraz funkcjonuje jako transporter karni
tyny sparowany z Na+. Ludzki OCTN2 występu
je szczególnie w nerkach, łożysku oraz jelitach.
W łożysku OCTN2 jest zlokalizowany w bło
nie szczytowej komórek trofoblastu, skierowa
nej do krwiobiegu matki. Do jego substratów na
leżą: cefalorydyna, chinidyna, spironolakton, kwas walproinowy oraz werapamil. Co ciekawe, podczas gdy transport kreatyniny jest zależny od Na+, OCTN2 transportuje kationy organiczne bez udziału Na+.
Stosunkowo niewiele wiadomo o najpóźniej od
krytym transporterze OCTN, tj. OCTN3. Jego eks
presja na poziomie mRNA oraz białka została wy
kryta w plemnikach u myszy oraz w enterocytach szczurów. OCTN3 ma ograniczone powinowactwo do organicznych kationów, takich jak tetraetylo
amonium, oraz zdaje się funkcjonować jedynie jako transporter karnityny.
Funkcja fizjologiczna transporterów karnity
ny w łożysku nadal nie jest w pełni poznana. Wy
daje się jednakże, że (ze względu rolę karnityny w transporcie długołańcuchowych kwasów tłusz
czowych do mitochondriów, gdzie podlegają be
taoksydacji) OCTN transportują karnitynę w ło
żysku w celu lepszego wykorzystania mleka po porodzie. Inną hipotezę sformułował Shekhawat i wsp., którzy zidentyfikowali kilka enzymów utle
niania kwasów tłuszczowych w ludzkim łożysku, w związku z czym karnityna byłaby niezbędna do utleniania kwasów tłuszczowych w ludzkim łoży
sku, umożliwiając tym samym prawidłowy roz
wój i dojrzewanie łożyska oraz zapewnienie źró
dła energii dla transportu przezłożyskowego [21].