他克莫司個體化用藥的研究進展

宋學(xué)武，高慧兒，秦寅鵬，張弋（. 天津醫(yī)科大學(xué)一中心臨床學(xué)院，天津 3009； . 天津市第一中心醫(yī)院藥學(xué)部，天津 3009）

21 世紀(jì)以來，經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的進步推動著醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的迅速發(fā)展，隨著智慧醫(yī)療的提出，人類已經(jīng)正式進入精準(zhǔn)醫(yī)療時代。精準(zhǔn)醫(yī)療是指將個人劃分為不同的亞群體，這些亞群體對特定疾病的易感性及特定治療的反應(yīng)性均不相同，然后綜合考慮每個患者的個體特征，包括基因、環(huán)境和生活習(xí)慣等，從而制訂最佳的治療方案［1］。個體化用藥是實現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療的基礎(chǔ)，它是根據(jù)每個患者的個體差異，結(jié)合藥動學(xué)及藥效學(xué)參數(shù)，并由最新的臨床藥物治療指南來選擇最佳用藥方案。

他克莫司是從鏈霉菌屬中分離出的發(fā)酵產(chǎn)物，是一種具有強效免疫抑制特性的大環(huán)內(nèi)酯類鈣調(diào)磷酸酶抑制劑，已成為預(yù)防腎臟、肝臟和心臟等實體器官移植的一線用藥［2-3］。然而，他克莫司口服生物利用率低、藥代動力學(xué)個體差異大、治療窗狹 窄［4］。研究表明，他克莫司谷濃度（C0）過低會增加急性排斥反應(yīng)的風(fēng)險［5］，而C0過高則會引起毒性反應(yīng)［6］。盡管目前各個醫(yī)療中心利用多種不同的方法來輔助他克莫司的個體化用藥，但還沒有針對于他克莫司個體化用藥研究進展的綜述。本文旨將應(yīng)用于他克莫司個體化用藥的各種方法及其特點進行總結(jié)，為實現(xiàn)他克莫司的精準(zhǔn)治療提供選擇與參考。

1 TDM 在他克莫司個體化用藥中的應(yīng)用

他克莫司自20 世紀(jì)90 年代上市以來，以其為基礎(chǔ)的免疫抑制方案顯著降低了肝、腎等實體器官移植后的急性排斥反應(yīng)、耐皮質(zhì)激素排斥反應(yīng)、 難治性排斥反應(yīng)以及慢性排斥反應(yīng)的發(fā)生率，顯著改善了移植物功能，減少了皮質(zhì)激素的用量，并降低了巨細胞病毒等感染的發(fā)生率［7-9］。但是，由于治療指數(shù)窄及個體間差異大，對他克莫司進行治療藥物監(jiān)測（therapeutic drug monitoring，TDM）成為了臨床的常規(guī)手段，以使其暴露量維持在目標(biāo)值范圍內(nèi)，在避免移植排斥反應(yīng)的同時最大限度地減少腎毒性的發(fā)生［10-11］。

目前，監(jiān)測他克莫司血藥濃度的方法主要是測量C0和血藥濃度-時間曲線下面積（area under concentration-time curve， AUC）。有研究表明，僅測 定C0對于TDM 是不夠的，AUC 更為可靠［12］。但是 AUC 的準(zhǔn)確測定通常需要在服用藥物后12 h 內(nèi)進行密集采血，這增加了患者和醫(yī)療團隊的負擔(dān)， 而且成本高昂［13］，C0的測定容易操作因而更為常用［2］。C0可以通過免疫分析法或液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法進行測定，這兩種方法在臨床應(yīng)用中所占的比例幾乎相同。免疫分析法在測定C0時具有速度快和操作簡便等特點，Kaneko 等［14］利用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法為參考比較評價了三種免疫分析法，稱用化學(xué)發(fā)光酶免疫法、親和柱介導(dǎo)免疫法測定C0時其準(zhǔn)確度和精密度均高于酶免疫法。液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法具有很高的分析選擇性和靈敏度，該方法可以滿足臨床對于檢測C0時快速、準(zhǔn)確和精確的要求，并且在低濃度下仍表現(xiàn)良好［3］。值得注意的是，Mei 等［15］在一項用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法和化學(xué)發(fā)光微粒免疫法測定C0的比較研究中發(fā)現(xiàn)免疫分析法存在高估問題，并推薦將液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法作為測定C0的金方法。然而，當(dāng)C0在指南推薦的治療窗范圍內(nèi)時仍有某些患者發(fā)生排斥反應(yīng)或毒性反應(yīng)，使得一些臨床醫(yī)生開始質(zhì)疑利用TDM 來確定他克莫司最佳濃度時對于C0的依賴［16］。最佳濃度存在爭議的原因之一是他克莫司C0與排斥反應(yīng)之間的相關(guān)性不明確。在一項隨機對照臨床試驗的匯總分析中，并沒有發(fā)現(xiàn)在腎移植后5 個時間點的他克莫司預(yù)劑量濃度與此后急性排斥反應(yīng)的發(fā)生率之間存在關(guān)聯(lián)［17］。此外，他克莫司在各類移植患者中的推薦濃度也在不斷變化，例如對于腎移植患者，他克莫司目標(biāo)濃度在20 世紀(jì)90 年代初期曾高達20 ng/ml［16］，但在最新的研究中，該范圍是 4 ～ 12 ng/ml［3］。要確定他克莫司的最佳濃度范圍是一件非常困難的事情。事實上，該范圍是根據(jù)臨床經(jīng)驗確定的，主要取決于移植后的時間、使用時的并發(fā)癥及急性排斥反應(yīng)發(fā)生的風(fēng)險［3］。利用TDM 指導(dǎo)他克莫司個體化用藥的一個缺陷是患者的初始劑量是根據(jù)臨床經(jīng)驗確定的。然而患者間變異度的存在使得他克莫司的血藥濃度差別很大，有時甚至可達10 倍以上［18］。因此，僅通過TDM 來實現(xiàn)他克莫司的個體化用藥是十分困難的。

2 基因多態(tài)性在他克莫司個體化用藥中的應(yīng)用

他克莫司口服給藥后，由胃腸道和肝臟中的細胞色素P450（cytochrome P450，CYP）酶系統(tǒng)中的CYP3A 酶代謝，主要包括CYP3A4、CYP3A5及CYP3A 家族的其他成員如CYP3A7、CYP3A43 等［3］。參與他克莫司生物轉(zhuǎn)化的主要的酶是CYP3A5， 而CYP3A4 的催化效率則相對較低［19］。CYP3A5 的表達很大程度上是由基因多態(tài)性決定的，具有至少一個CYP3A5*1 等位基因的個體被認(rèn)為是CYP3A5表達者（包括CYP3A5*1/*1 或CYP3A5*1/*3），反之，CYP3A5*3/*3 則認(rèn)為是不表達者。大量研究表明，要達到相同的藥物濃度，攜帶有CYP3A5*1/*1或CYP3A5*1/*3 基因的患者比CYP3A5*3/*3 需要更大的藥物劑量，甚至可達兩倍以上［20-22］。這主要是由于內(nèi)含子3 的異常剪接導(dǎo)致蛋白質(zhì)的缺乏，從而影響CYP3A5 的活性［23］。鑒于CYP3A5基因型對他克莫司血藥濃度的強烈影響，有學(xué)者建議，可以通過基因檢測來指導(dǎo)他克莫司的個體化用藥，尤其是在術(shù)后早期針對于患者的初始劑 量［24］。該觀點的理論依據(jù)是攜帶有CYP3A5*1/*1或CYP3A5*1/*3 基因型的患者在使用低劑量他克莫司時可能無法達到或延遲達到所需的C0［25］。 但是，目前有關(guān)CYP3A5 基因分型用于指導(dǎo)他克莫司給藥的證據(jù)僅限于CYP3A5 對他克莫司藥代動力學(xué)參數(shù)的影響，并沒有直接證據(jù)證明對于臨床治療效果有所改善［26］。Pallet 等［27］通過一項回顧性研究證明，通過藥物遺傳學(xué)檢測來優(yōu)化他克莫司的初始劑量并不能改善臨床結(jié)局。對于是否檢測移植患者的CYP3A5 基因型，指南中尚未給出支持或反對 意見［26］。

相比于CYP3A5，至今仍未發(fā)現(xiàn)可能與CYP3A4 活性相關(guān)并能解釋CYP3A4 活性間存在顯著個體差異的單核苷酸基因多態(tài)性［3］。此外，MDR1 基因多態(tài)性在他克莫司的藥代動力學(xué)中也發(fā)揮作用。Kravljaca 等［28］研究表明MDR1 基因型在移植后早期優(yōu)化他克莫司的劑量以提高早期和長期同種異體移植的存活率方面具有重要作用。 而Kuypers 等［29］認(rèn)為決定長期服用他克莫司的腎移植受者出現(xiàn)藥物相關(guān)腎毒性的基因是CYP3A5 和CYP3A4，而并不是MDR1。事實上，MDR1 基因多態(tài)性對不同種族不同患者他克莫司藥代動力學(xué)的影響仍有待進一步闡明，該基因?qū)εR床治療效果的影響尚無明確定論。

3 群體藥代動力學(xué)在他克莫司個體化用藥中的應(yīng)用

群體藥代動力學(xué)是將經(jīng)典的藥代動力學(xué)模型與群體統(tǒng)計學(xué)模型結(jié)合分析，定量考察患者群體中藥物濃度的決定因素，研究給予標(biāo)準(zhǔn)劑量方案時藥代動力學(xué)的變異性，為制訂更加合理、有效的臨床給藥方案提供全面的量化信息［30］。群體藥代動力學(xué)在他克莫司個體化用藥中的應(yīng)用可以追溯到20 世紀(jì)90 年代，具備著傳統(tǒng)多點采樣研究方法所不具備的諸多優(yōu)勢。首先，群體藥代動力學(xué)允許使用稀疏數(shù)據(jù)，這在很大程度上解決了臨床實際中需要密集取樣來制訂最佳用藥方案時所帶來的不便。 例如，Chen 等［31］利用患者藥代動力學(xué)數(shù)據(jù)和常規(guī)監(jiān)測的C0數(shù)據(jù)建立了他克莫司群體藥代動力學(xué)的二室模型，在此基礎(chǔ)上采用Bayesian 方法估算了中國肝移植患者他克莫司的AUC，該方法在方便臨床應(yīng)用的同時能夠更準(zhǔn)確地估計患者體內(nèi)他克莫司的暴露量。其次，群體藥代動力學(xué)不是僅憑經(jīng)驗， 而是能夠綜合考慮患者的個體特征及生化指標(biāo)來制訂用藥的初始劑量。同時，群體藥代動力學(xué)能夠更準(zhǔn)確地估計個體間變異性及藥物平均參數(shù)值，并通過Bayesian 反饋分析來實現(xiàn)劑量個體化。群體藥代動力學(xué)還允許將不同實驗室及不同研究中心等不同來源的數(shù)據(jù)合并研究，不同數(shù)據(jù)集的組合通常會增加識別多室或非線性模型的能力，并能在模型的估計中加入額外的協(xié)變量以不斷提高模型的預(yù)測準(zhǔn)度和精度［32］。在房室模型的選擇上，早期的他克莫司群體藥代動力學(xué)模型多采用一室模型，考慮到他克莫司的物理化學(xué)性質(zhì)，特別是其可以在脂肪組織中蓄積的特點，已有很多學(xué)者建立二室模型來描述他克莫司的藥代動力學(xué)特點，并稱其比一室模型更加準(zhǔn)確［31，33］。此外，群體藥代動力學(xué)也便于對特殊人群進行整體研究，如Musuamba 等［34］與Wallin 等［35］分別建立群體藥代動力學(xué)模型來提高他克莫司應(yīng)用于兒童肝移植患者時的安全性和有效性。但是，群體藥代動力學(xué)模型也有一些不足。在建立群體藥代動力學(xué)模型估計他克莫司的C0或AUC 時，納入?yún)f(xié)變量較少會影響模型預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度；而納入?yún)f(xié)變量較多則面臨建模困難和計算復(fù)雜的問題。其次，群體藥代動力學(xué)模型有能力發(fā)現(xiàn)一些新的影響因素，但藥物在體內(nèi)的處置過程是一系列復(fù)雜的生化反應(yīng)，那些通過復(fù)雜交互作用來影響他克莫司處置過程的因素可能會被排除甚至不被發(fā)現(xiàn)。更重要的是，目前最常用的非線性混合效應(yīng)模型法計算過程復(fù)雜，在進行模型的建立與優(yōu)化及最后參數(shù)的預(yù)測和結(jié)果解釋時需要由熟練掌握藥動學(xué)知識的專業(yè)人員來完成。這些都為群體藥代動力學(xué)用于他克莫司的個體化用藥帶來了困難與挑戰(zhàn)。

4 機器學(xué)習(xí)在他克莫司個體化用藥中的應(yīng)用

機器學(xué)習(xí)本質(zhì)上是一種計算機算法，它們不需要領(lǐng)域?qū)I(yè)知識，可以通過學(xué)習(xí)規(guī)則直接從數(shù)據(jù)中執(zhí)行給定的任務(wù)［36］。與傳統(tǒng)的統(tǒng)計模型相比， 機器學(xué)習(xí)具有功率大、精度高、非線性效應(yīng)建模能力強、對大基因組數(shù)據(jù)集的解釋能力強及無需正態(tài)分布檢驗等優(yōu)點［37］。近年來，國內(nèi)外學(xué)者利用多種機器學(xué)習(xí)算法建立模型，來輔助他克莫司的臨床個體化用藥。如Seeling 等［38］建立的回歸樹模型與傅曉華等［39］建立的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分別用于預(yù)測腎移植患者和肝移植患者他克莫司的血藥濃度水平，后者采用遺傳算法配合動量法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，使得建立的模型準(zhǔn)確度及精密度均優(yōu)于多元線性回歸，且該預(yù)測過程十分簡便迅捷。AUC 被認(rèn)為是與臨床效果最相關(guān)的藥代動力學(xué)參數(shù)［3］，由于需要的采樣點較多等原因，該值的準(zhǔn)確計算一直是臨床無法解決的難題，而Niel 等［40］利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立模型來估計腎移植患者他克莫司的AUC，該模型改善了傳統(tǒng)模型穩(wěn)定性較差且預(yù)測過程繁瑣的特點，實現(xiàn)了幫助臨床醫(yī)生更好地監(jiān)測那些由于他克莫司劑量不足而引起的風(fēng)險增加的移植人群，特別是依從性差，疑似他克莫司腎毒性或疑似排斥反應(yīng)的患者。此外，Thishya 等［41］建立了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測他克莫司在腎移植患者中的生物利用度，該模型可以改善治療并預(yù)防毒性，在計算他克莫司的初始劑量方面達到了較高的準(zhǔn)確度。值得關(guān)注的是，Tang 等［42］通過比較多元線性回歸與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量回歸、回歸樹等八種機器學(xué)習(xí)模型在預(yù)測腎移植患者他克莫司穩(wěn)定劑量方面的性能，稱回歸樹模型與多元線性回歸模型優(yōu)于其他機器學(xué)習(xí)模型，但該研究在建立模型進行比較分析時納入的協(xié)變量較少，一些如種族等明確會影響他克莫司血藥濃度的因素也被排除在外，且尚未研究各協(xié)變量之間的復(fù)雜關(guān)系，沒能完全發(fā)揮機器學(xué)習(xí)的優(yōu)勢。

機器學(xué)習(xí)與個體化用藥相結(jié)合時還具有傳統(tǒng)方法所不具備的其他優(yōu)勢。機器學(xué)習(xí)在遇到錯誤時能夠通過自我調(diào)整結(jié)構(gòu)來解決推理問題，同時還能處理大量的變量［43］。一些更高效的機器學(xué)習(xí)技術(shù)的興起也呈現(xiàn)出對原有模型不斷優(yōu)化的能力［44-45］。機器學(xué)習(xí)在其他藥物（如華法林）中建立的個體化用藥模型成功解決了臨床實際的缺失值問題［46］。然而，機器學(xué)習(xí)在模型的構(gòu)建過程中可能會面臨更耗時耗力的風(fēng)險，在可解釋性方面也面臨重大挑戰(zhàn)?？傊?，將機器學(xué)習(xí)用于他克莫司的個體化用藥的研究尚不是很成熟，但具有廣闊的發(fā)展前景。

5 總結(jié)與展望

他克莫司由于治療窗窄和個體間差異大的特點，實現(xiàn)個體化用藥有一定的困難。TDM 仍是輔助他克莫司個體化用藥最常用的手段。鑒于東亞人群CYP3A5 基因突變頻率較高的特點，基因檢測對于他克莫司用藥方案的制訂可能具有重要意義，尤其是針對患者的初始劑量。群體藥代動力學(xué)解決了傳統(tǒng)方法需要密集取樣而難以在臨床實施的缺陷，并能綜合考慮患者生理狀態(tài)來制訂診療方案。群體藥代動力學(xué)便于對特殊人群進行整體研究，特別是兒童患者，該群體由于自身的生理特點及對藥物反應(yīng)性和耐受性方面都與成人有很大差異，保證其用藥安全性和有效性至關(guān)重要。機器學(xué)習(xí)在傳統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上利用新算法實現(xiàn)了模型的改進與優(yōu)化， 使他克莫司的個體化用藥踏上了一個新臺階，但同 時又面臨著許多新的挑戰(zhàn)?？傊?，如何實現(xiàn)他克莫司的個體化用藥是臨床的一個難題，將TDM、 基因檢測、群體藥代動力學(xué)和機器學(xué)習(xí)等方法結(jié)合起來或許能夠更精準(zhǔn)的預(yù)測他克莫司的C0及AUC等，從而為臨床個體化用藥服務(wù)提供最佳的選擇與參考，推動精準(zhǔn)醫(yī)療的迅速發(fā)展。