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Los transportadores de fármacos desempeñan una función destacada en la farmacocinética (véanse la figura 5-1 y la tabla 5-4). Los transportadores en el hígado y el riñón tienen un papel importante en la eliminación de los medicamentos de la sangre y, por tanto, en el metabolismo y la excreción.
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Transportadores hepáticos
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La absorción hepática de aniones orgánicos (p. ej., fármacos, leucotrienos y bilirrubina), cationes y sales biliares está mediada por transportadores de tipo SLC en la membrana basolateral (sinusoidal) de los hepatocitos: OATP (SLCO), OCT (SLC22) y NTCP (SLC10A1), respectivamente. Estos transportadores median la captación por mecanismos activos facilitados o secundarios.
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Los transportadores ABC, tales como MRP2, MDR1, BCRP, BSEP y MDR2, en la membrana canalicular biliar de los hepatocitos intervienen en la salida (excreción) de fármacos y sus metabolitos, sales biliares y fosfolípidos frente a un gradiente de concentración abrupto desde el hígado hasta la bilis. Este transporte activo primario es conducido por hidrólisis de ATP.
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El transporte vectorial de fármacos desde la sangre circulante hasta la bilis mediante un transportador de captación (familia OATP) y un transportador de salida (MRP2, BCRP) es importante para determinar la exposición al fármaco en la sangre circulante y el hígado. Además, hay muchos otros transceptores de absorción y eflujo en el hígado (figura 5-9).
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Los siguientes ejemplos ilustran la importancia del transporte vectorial en la determinación de la exposición al fármaco en la sangre y el hígado circulantes y el papel de los transportistas en las interacciones medicamentosas.
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Inhibidores de HMG-CoA reductasa
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Las estatinas son agentes reductores del colesterol que inhiben reversiblemente la HMG-CoA reductasa, que cataliza un paso limitante en la biosíntesis del colesterol (véase capítulo 33). La mayoría de las estatinas en su forma ácida son sustratos de transportadores de captación hepática y se someten a recirculación enterohepática (véase figura 5-6). En este proceso, los transportadores de captación hepática tales como OATP1B1 y los transportadores de eflujo tales como MRP2 actúan cooperativamente para producir transporte transcelular vectorial de bisubrato. La eficiente captación hepática de primer paso de estas estatinas por OATP1B1 ayuda a concentrarlas en el hígado donde producen sus efectos farmacológicos, minimizando así sus niveles sistémicos y los efectos adversos en el músculo liso. Los polimorfismos genéticos de OATP1B1 también afectan la función de este transportador (Meyer zu Schwabedissen et al., 2015).
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El agente reductor del colesterol gemfibrozilo, un activador PPARα, puede mejorar la toxicidad (miopatía) en varias estatinas por un mecanismo que involucra el transporte. El gemfibrozilo y su glucurónido inhiben la absorción de las formas hidroxi activas de las estatinas en los hepatocitos mediante OATP1B1, lo que resulta en un aumento de la concentración plasmática de estatinas y un aumento concomitante en la toxicidad.
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El CPT-11 es un potente medicamento contra el cáncer, pero la toxicidad gastrointestinal de inicio tardío, como la diarrea intensa, hace que sea un agente difícil de usar de forma segura. Después de la administración intravenosa de CPT-11, una carboxilesterasa convierte el fármaco a SN-38, un metabolito activo. El SN-38 se conjuga posteriormente con ácido glucurónico en el hígado. El SN-38 y el glucurónido SN-38 son luego excretados a la bilis por la MRP2, ingresan al tracto GI y causan efectos adversos. La inhibición de la excreción biliar mediada por MRP2 de SN-38 y su glucurónido mediante la coadministración de probenecid reduce la diarrea inducida por fármacos en los sistemas experimentales y puede resultar útil en humanos (Horikawa et al., 2002). Para detalles adicionales, véanse las figuras 6-6, 6-8 y 6-9.
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El bosentán es un antagonista de la endotelina utilizado para tratar la hipertensión arterial pulmonar. Se absorbe en el hígado por OATP1B1 y OATP1B3 y posteriormente se metaboliza por CYP2C9 y CYP3A4. La captación hepática mediada por transportador puede ser un factor determinante de la eliminación de bosentán, y la inhibición de su captación hepática por ciclosporina, rifampicina y sildenafil puede afectar su farmacocinética.
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Temocaprilo y otros inhibidores de la ACE
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El temocaprilo es un inhibidor de la ACE (véase capítulo 26). Su metabolito activo, el temocaprilat, se excreta tanto en la bilis como en la orina por el hígado y el riñón, respectivamente, mientras que otros inhibidores de la ACE se excretan por lo general por el riñón. Una característica especial del temocaprilo entre los inhibidores de la ACE es que su concentración plasmática permanece relativamente sin cambios incluso en pacientes con insuficiencia renal. Sin embargo, el AUC plasmático de enalaprilat y otros inhibidores de la ACE aumenta notablemente en pacientes con trastornos renales. El temocaprilat es un bisustrato de la familia OATP y la MRP2, mientras que otros inhibidores de la ACE no son buenos sustratos de MRP2 (aunque la familia OATP los absorbe en el hígado). Teniendo en cuenta estos hallazgos, la afinidad por MRP2 puede dominar en la determinación de la excreción biliar de cualquier serie de inhibidores de la ACE. Se espera que los fármacos que son excretados tanto en la bilis como en la orina en el mismo grado presenten mínimas diferencias interindividuales en su farmacocinética.
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Antagonistas del receptor de angiotensina II
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Los antagonistas del receptor de angiotensina II se usan para el tratamiento de la hipertensión, actuando sobre los receptores AT1 expresados en el músculo liso vascular, el túbulo proximal, las células medulares suprarrenales y en otros lugares. Para la mayoría de estos medicamentos, la absorción hepática y la excreción biliar son factores importantes para su farmacocinética y efectos farmacológicos. El telmisartán se absorbe en los hepatocitos humanos de manera saturable, predominantemente a través de OATP1B3 (Ishiguro et al., 2006). Por otro lado, tanto OATP1B1 como 1B3 son responsables de la absorción hepática de valsartán y olmesartán, aunque las contribuciones relativas de estos transportadores no están claras. Los estudios que utilizan células doblemente transfectadas con transportadores de captación hepática y transportadores de excreción biliar han aclarado que MRP2 desempeña el papel más importante en la excreción biliar de valsartán y olmesartán.
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La repaglinida es un medicamento antidiabético análogo a la meglitinida. Aunque se elimina casi por completo por el metabolismo mediado por los CYP 2C8 y 3A4, la captación hepática mediada por el transportador es uno de los factores determinantes de su tasa de eliminación. En sujetos con el genotipo OATP1B1 (SLCO1B1) 521CC, se observó un cambio significativo en la farmacocinética de repaglinida (Niemi et al., 2005). El polimorfismo genético en SLCO1B1 521T>C da como resultado una farmacocinética alterada de nateglinida, lo que sugiere que OATP1B1 es un factor determinante de su eliminación, aunque luego se metaboliza mediante los CYP 2C9, 3A4 y 2D6 (Zhang et al., 2006b).
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Transportadores renales
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Transporte orgánico de cationes
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Los cationes orgánicos estructuralmente diversos se secretan en el túbulo proximal. Muchos cationes orgánicos secretados son compuestos endógenos (p. ej., colina, metil nicotinamida-N y DA), y la secreción renal ayuda a eliminar el exceso de concentraciones de estas sustancias. Otra función de la secreción de cationes orgánicos es liberar al cuerpo de xenobióticos, incluidos muchos fármacos cargados positivamente y sus metabolitos (p. ej., cimetidina, ranitidina, metformina, vareniclina y trospio) y toxinas del entorno (p. ej., nicotina y paraquat). Los cationes orgánicos que secretan los riñones pueden ser hidrofóbicos o hidrófilos. Los cationes de fármacos orgánicos hidrofílicos generalmente tienen pesos moleculares menores que 400 Da; un modelo actual para su secreción en el túbulo proximal de la nefrona se muestra en la figura 5-10 que involucra a los transportadores que se describen a continuación.
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Para el flujo transepitelial de un compuesto (p. ej., secreción), el compuesto debe atravesar dos membranas secuencialmente, la membrana basolateral frente a la sangre y la membrana apical frente al lumen tubular. Los cationes orgánicos parecen atravesar la membrana basolateral en el túbulo proximal humano mediante dos transportadores distintos en la familia SLC 22 (SCL22): OCT2 (SLC22A2) y OCT3 (SLC22A3). Los cationes orgánicos se transportan a través de esta membrana por un gradiente electroquímico.
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El transporte de cationes orgánicos desde la célula al lumen a través de la membrana apical ocurre por un intercambio de catión orgánico protónico electroneutral que está mediado por los transportadores de la familia SLC47, que comprende miembros de la familia MATE. Los transportadores en la familia MATE, asignados a la membrana apical del túbulo proximal, parecen desempeñar un papel clave en el desplazamiento de los cationes orgánicos hidrofílicos de la célula tubular a la luz. Además, los OCTN, ubicados en la membrana apical, parecen contribuir al flujo de catión orgánico a través del túbulo proximal. En humanos, éstos incluyen OCTN1 (SLC22A4) y OCTN2 (SLC22A5). Estos transportadores bifuncionales están implicados no sólo en la secreción de cationes orgánicos sino también en la reabsorción de carnitina. En el modo de recaptación, los transportadores funcionan como cotransportadores de Na+, confiando en el gradiente de Na+ dirigido hacia dentro creado porNa+-K+ATPasa, para mover la carnitina del lumen tubular a la célula. En el modo de secreción, los transportadores parecen funcionar como intercambiadores de cationes orgánicos de protones. Es decir, los protones se mueven desde el lumen tubular al interior de la célula a cambio de cationes orgánicos, que se mueven desde el citosol hasta el lumen tubular. El gradiente de protones dirigido hacia dentro (lumen tubular → citosol) se mantiene mediante transportadores de la familia SLC9, que son intercambiadores Na+/K+ (NHEs, antiportadores). De los dos pasos involucrados en el transporte secretor, el transporte a través de la membrana luminal parece ser limitante de la frecuencia.
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Los ortólogos humanos, de ratón y de rata de OCT2 se expresan en abundancia en el riñón humano y, hasta cierto punto, en el tejido neuronal, como el plexo coroideo. En el riñón, el OCT2 se localiza en los túbulos proximal y distal y los conductos colectores. En el túbulo proximal, el OCT2 está restringido a la membrana basolateral. El transporte mediado por OCT2 de cationes orgánicos modelo MPP+ (fenilpiridinio-4-metil-1) y TEA (tetraetilamonio) es electrogénico, y tanto el OCT2 como el OCT1 pueden favorecer el intercambio orgánico de cationes orgánicos. El OCT2 generalmente acepta una amplia gama de cationes orgánicos monovalentes con pesos moleculares por debajo de 400 Da. El OCT2 también está presente en los tejidos neuronales; sin embargo, los neurotransmisores de monoamina tienen baja afinidad por OCT2.
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El gen OCT3 se encuentra conjuntamente con los genes OCT1 y OCT2 en el cromosoma 6. Los estudios de distribución tisular sugieren que el OCT3 humano se expresa en hígado, riñón, intestino, placenta, músculo esquelético y tejido adiposo, aunque en el riñón aparece para ser expresado en considerablemente menos abundancia que el OCT2, y en el hígado es menos abundante que el OCT1. Al igual que OCT1 y OCT2, el OCT3 parece apoyar el transporte de catión orgánico sensible al potencial electrogénico. El OCT3 desempeña un papel tanto en la eliminación renal como en la absorción intestinal de metformina.
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El OCTN1 parece funcionar como un intercambiador de cationes-protones orgánicos. La afluencia mediada por el OCTN1 de cationes orgánicos modelo se mejora a pH alcalino, mientras que el eflujo se incrementa mediante un gradiente de protón dirigido hacia dentro. El OCTN1 contiene un motivo de secuencia de unión a nucleótidos, y el transporte de sus sustratos parece ser estimulado por ATP celular. El OCTN1 también puede funcionar como un intercambiador catiónico de cationes orgánicos. El OCTN1 funciona como un transportador bidireccional dependiente de pH y ATP en la membrana apical de las células epiteliales tubulares renales y parece ser importante en el transporte renal de gabapentina.
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El OCTN2 es un transportador bifuncional; funciona como un transportador de carnitina dependiente de Na+ y un OCT dependiente de Na+. El transporte OCTN2 de cationes orgánicos es sensible al pH, lo que sugiere que el OCTN2 puede funcionar como un intercambiador catiónico orgánico. El transporte de L-carnitina mediante el OCTN2 es un proceso electrogénico dependiente de Na+. Las mutaciones en el OCTN2 pueden dar como resultado una reabsorción renal insuficiente de carnitina y parecen ser la causa de la deficiencia primaria de carnitina sistémica (Tamai, 2013).
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MATE1 y MATE2-K (SLC47A1, SLC47A2)
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Los miembros de la familia de extrusión multifármaco y toxina MATE1 y MATE2-K interactúan con cationes orgánicos hidrofílicos estructuralmente diversos, que incluyen el fármaco antidiabético metformina, el antagonista cimetidina H2 y el fármaco topotecán anticancerígeno. Además de los compuestos catiónicos, los transportadores reconocen algunos aniones, incluidos los agentes antivirales aciclovir y ganciclovir. Los compuestos bipolares, cefalexina y cefradina son sustratos específicos de MATE1. El herbicida paraquat, un compuesto de amonio biscuaternario que es nefrotóxico en humanos, es un sustrato de alta afinidad de MATE1. Tanto la MATE1 como la MATE2-K se han localizado en la membrana apical del túbulo proximal. La MATE1, no así la MATE2-K, también se expresa en la membrana canalicular del hepatocito. Estos transportadores parecen ser los antiportadores de protones catiónicos orgánicos largamente buscados en la membrana apical del túbulo proximal; es decir, un gradiente de protones opuestamente dirigido puede impulsar el movimiento de cationes orgánicos a través de MATE1 o MATE2-K. Los antibióticos levofloxacina y ciprofloxacina, aunque inhibidores potentes, no son transportados por MATE1 o MATE2-K.
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Polimorfismos de OCT y MATE
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El OCT1 exhibe el mayor número de polimorfismos de aminoácidos, seguido de OCT2 y luego OCT3. Estudios recientes sugieren que las variantes genéticas de OCT1 y de OCT2 se asocian con alteraciones en la eliminación renal y la respuesta al fármaco antidiabético metformina. Las MATE tienen menos polimorfismos de aminoácidos; sin embargo, estudios recientes sugirieron que las variantes de región no codificadora de SLC47A1 y SLC47A2 están asociadas con la variación en respuesta a la metformina.
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Transporte de aniones orgánicos
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Al igual que con el transporte de cationes orgánicos, una función principal de la secreción de aniones orgánicos parece ser la eliminación de xenobióticos del cuerpo. Los sustratos candidatos son estructuralmente diversos e incluyen muchos fármacos débilmente ácidos (p. ej., pravastatina, captopril, HAP y penicilinas) y toxinas (p. ej., ocratoxina). Los OAT no sólo mueven aniones hidrofóbicos e hidrofílicos, sino que también pueden interactuar con cationes y compuestos neutros.
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La figura 5-11 muestra un modelo actual para el flujo transepitelial de aniones orgánicos en el túbulo proximal. Dos transportadores primarios en la membrana basolateral median el flujo de aniones orgánicos del fluido intersticial al túbulo celular: OAT1 (SLC22A6) y OAT3 (SLC22A8). Energéticamente, los aniones orgánicos hidrófilos se transportan a través de la membrana basolateral contra un gradiente electroquímico en intercambio por cetoglutarato α intracelular, que baja su gradiente de concentración de citosol a sangre. El gradiente dirigido hacia el exterior del cetoglutarato α se mantiene al menos en parte mediante un transportador basolateral de dicarboxilato-Na+(NaDC3), usando el gradiente de Na+ establecido por ATPasa-Na+, K+. El transporte de aniones orgánicos de bajo peso molecular por los transportadores clonados OAT1 y OAT3 puede ser impulsado por cetoglutarato α; el transporte acoplado de cetoglutarato α y aniones orgánicos de bajo peso molecular (p. ej., PAH) se produce en vesículas aisladas de la membrana basolateral. La farmacología molecular y la biología molecular de OAT han sido revisadas recientemente (Srimaroeng et al., 2008).
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El mecanismo responsable del transporte de la membrana apical de aniones orgánicos desde el citosol de la célula tubular al lumen tubular sigue siendo controvertido. El OAT4 puede servir como el transportador de membrana luminal para aniones orgánicos, pero el movimiento de los sustratos a través de este transportador puede ser impulsado por intercambio con un cetoglutarato α, lo que sugiere que el OAT4 puede funcionar en la reabsorción, en lugar de la secreción, flujo de aniones orgánicos. El NaPT1, en su origen clonado como un transportador de fosfato, puede soportar el transporte de baja afinidad de aniones orgánicos hidrofílicos tales como HAP. Los MRP2 y MRP4, transportadores de resistencia a múltiples fármacos en la ABCC, pueden interactuar con algunos aniones orgánicos y pueden bombearlos activamente desde el citosol de la célula tubular al lumen tubular.
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Las isoformas de mamífero de OAT1 se expresan principalmente en el riñón, con alguna expresión en el cerebro y el músculo esquelético. Los estudios inmunohistoquímicos sugieren que el OAT1 se expresa en la membrana basolateral del túbulo proximal en humanos, con la expresión más alta en el segmento medio, S2 (véase figura 25-1). Con base en la PCR cuantitativa, el OAT1 se expresa en un tercio del nivel de OAT3. El OAT1 exhibe un transporte saturable de aniones orgánicos tales como PAH. Este transporte se transmite por otros aniones orgánicos, incluido el cetoglutarato α. Por tanto, la diferencia interna de potencial negativo impulsa el flujo de salida del cetoglutarato α de dicarboxilato, que a su vez soporta la afluencia de monocarboxilatos como la PAH. Los esteroides sexuales regulan la expresión de OAT1 en el riñón. El OAT1 generalmente transporta aniones orgánicos de bajo peso molecular, ya sean endógenos (p. ej., PGE2 y urato) o exógenos (fármacos ingeridos y toxinas). Algunos compuestos neutros también son transportados por el OAT1 a una afinidad más baja (p. ej., la cimetidina).
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El OAT2 está presente tanto en el riñón como en el hígado; el OAT2 renal se localiza en la membrana basolateral del túbulo proximal. Funciona como un transportador de nucleótidos, en particular nucleótidos de guanina tales como GMP cíclico, para el cual es un transportador facilitador bidireccional (Cropp et al., 2008). Los estudios celulares indican que OAT2 funciona tanto en la afluencia como en la salida de los nucleótidos de guanina. El OAT2 transporta aniones orgánicos tales como HAP y metotrexato con baja afinidad, PGE2 con alta afinidad, y algunos compuestos neutros, pero con menor afinidad (p. ej., la cimetidina).
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El OAT3 humano está confinado a la membrana basolateral del túbulo proximal. Esta proteína consiste en dos variantes, una de las cuales transporta una gran variedad de aniones orgánicos, incluyendo PAH, sulfato de estrona, y muchos de los medicamentos (p. ej., pravastatina, cimetidina, mercaptopurina-6 y metotrexato) (Srimaroeng et al., 2008). La variante más larga no es compatible con el transporte. Las especificidades del OAT3 y el OAT1 se solapan, aunque los parámetros cinéticos difieren: el sulfato de estrona es transportado por ambos, aunque por OAT3 con una afinidad mucho más alta; el OAT1 transporta cimetidina el antagonista del receptor H2 con una alta afinidad.
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El OAT4 humano se expresa en la placenta y el riñón (en la membrana luminal del túbulo proximal). El transporte de anión orgánico por OAT4 puede ser estimulado por transgradientes de cetoglutarato α, lo que sugiere que el OAT4 puede estar implicado en la reabsorción de aniones orgánicos de lumen tubular en la célula (véase figura 5-11). La especificidad de OAT4 incluye los compuestos modelo sulfato de estrona y PAH, así como zidovudina, tetraciclina y metotrexato. Colectivamente, los estudios emergentes sugieren que el OAT4 puede estar involucrado, no en el flujo secretor de aniones orgánicos, sino en la reabsorción.
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Otros transportadores de aniones
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El URAT1 (SLC22A12) es un transportador específico de riñón confinado a la membrana apical del túbulo proximal. El URAT1 es el principal responsable de la reabsorción de uratos que media el transporte de urato electroneutral que puede ser transestimulado por gradientes-Cl. La proteína 1 de transporte de fosfato dependiente de NPT1, Na+ (SLC17A1), se expresa en la membrana luminal del túbulo proximal así como en el cerebro. El NPT1 transporta HAP, probenecid y penicilina G. Parece estar involucrado en el eflujo de aniones orgánicos desde la célula del túbulo hacia la luz e interactúa con el ácido úrico.
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Se considera que la MRP2 (ABCC2) es el transportador principal implicado en la salida de muchos conjugados de fármacos (tales como conjugados de GSH) a través de la membrana canalicular del hepatocito. La MRP2 también se encuentra en la membrana apical del túbulo proximal, donde se cree que desempeña un papel en la salida de aniones orgánicos en la luz tubular. En general, la MRP2 transporta compuestos más grandes y voluminosos que la mayoría de los OAT de la familia SLC22. La MRP4 (ABCC4), localizada en la membrana apical del túbulo proximal, transporta una amplia gama de aniones conjugados, que incluyen glucurónidos y conjugados de GSH. Parece que la MRP4 interactúa con metotrexato, análogos de nucleótidos cíclicos y análogos de nucleósidos antivirales. La BCRP (ABCG2) se localiza en la membrana apical del túbulo y el duodeno proximales y está implicada en la secreción de ácido úrico y la secreción de los XOI, alopurinol y oxipurinol.
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Se han identificado polimorfismos en el OAT1 y el OAT3 en subpoblaciones humanas étnicas (véase https://www.pharmgkb.org). En particular, los polimorfismos en ABCG2 se han asociado con una respuesta reducida al alopurinol y al oxipurinol.