藥物心、肝、腎毒性作用及機(jī)制的研究進(jìn)展

宋恒智 王廷春 段小群

【摘要】接受不同劑量的藥物會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不同的作用，其中副作用，特別是毒性作用對(duì)機(jī)體有較大的損害。在各種毒性作用中，心、肝、腎毒性是較多且影響嚴(yán)重的毒性。為確保藥物的安全性，在藥物開(kāi)展臨床試驗(yàn)之前，都需要進(jìn)行毒性研究。本文主要回顧了近些年各種藥物對(duì)心、肝、腎的毒性作用的研究。

【關(guān)鍵詞】藥物;心臟毒性;肝毒性;腎毒性

引言

藥品安全性評(píng)價(jià)是新藥上市的重要部分，上市后如果發(fā)生安全問(wèn)題就會(huì)導(dǎo)致不必要的發(fā)病率和死亡率。CMR International 的數(shù)據(jù)表明，在2006-2010年期間，毒性分別占臨床開(kāi)發(fā)和臨床前開(kāi)發(fā)中藥物研發(fā)失敗的22%和54%。2008-2017年期間，有321種新藥被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)，同期，超過(guò)1000萬(wàn)次的不良事件報(bào)告被FDA不良事件報(bào)告系統(tǒng)記錄下來(lái)。為了減少不必要的藥物安全性問(wèn)題，全世界每年花費(fèi)大量的資金進(jìn)行藥物毒性研究。本文將對(duì)藥物的心、肝、腎毒性作用及機(jī)制研究進(jìn)行綜述。

1 藥物心臟毒性研究

由藥物引起的心臟毒性包括許多不同的類型，包括對(duì)心臟結(jié)構(gòu)和功能的作用，如傳導(dǎo)心肌纖維化和肥大、傳導(dǎo)障礙、QT間期延長(zhǎng)等，臨床上表現(xiàn)出不同的癥狀，如心肌病、心力衰竭甚至猝死等。

在心衰診斷方面，有許許多多的指標(biāo)，B型鈉尿肽（BNP）在心衰診斷上有著廣泛的應(yīng)用。如果BNP的水平持續(xù)升高，就要警惕心臟毒性的發(fā)生。研究表明，兩種心肌纖維化指標(biāo)可溶性生長(zhǎng)刺激表達(dá)基因2蛋白（soluble growth stimulating express gene 2，s ST-2）及半乳糖凝集素3（galectin-3）在預(yù)測(cè)心衰方面有巨大的潛力。在紫杉醇聯(lián)合鉑類藥物化療的心臟毒性研究中，心臟射血分?jǐn)?shù)的降低與血清s ST-2、Galectin-3的增加有相關(guān)性。心力衰竭和炎癥之間的相互關(guān)系反映在血細(xì)胞穩(wěn)態(tài)上。中性粒細(xì)胞-淋巴細(xì)胞比率、中性粒細(xì)胞-淋巴細(xì)胞比率（NLR）和血小板-淋巴細(xì)胞比率與心衰嚴(yán)重程度和預(yù)后有關(guān)。血液學(xué)指標(biāo)可能是用于心衰患者院內(nèi)預(yù)后的具有成本低廉且易于獲得的輔助生物標(biāo)志物。研究表明 NLR > 0.48 是院內(nèi)死亡率和住院時(shí)間延長(zhǎng)的較強(qiáng)預(yù)測(cè)因子。

在對(duì)心肌細(xì)胞損傷的研究中，可以監(jiān)測(cè)C反應(yīng)蛋白、乳酸脫氫酶、肌鈣蛋白-1、肌酸激酶同工酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶等。有研究表明，阿霉素在心臟收縮功能下降方面與氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡機(jī)制密切相關(guān)，主要表現(xiàn)在提高超氧化物歧化酶、降低丙二醛、脂質(zhì)過(guò)氧化物，抑制Bax-Bcl-2表達(dá)等方面。氧化應(yīng)激、炎癥和細(xì)胞凋亡與順鉑的心臟毒性呈較高的關(guān)聯(lián)性，在給予順鉑的小鼠中，心臟組織表現(xiàn)出病理變化，血清中的谷丙轉(zhuǎn)氨酶、乳酸脫氫酶、肌酸激酶、肌酸激酶同工酶和血漿心肌肌鈣蛋白等的活性有顯著增高。有研究表明，即使在心血管風(fēng)險(xiǎn)較低的成年患者中使用低累積劑量的蒽環(huán)類藥物時(shí)，含蒽環(huán)類藥物的化療也可以提高肌鈣蛋白水平。在一項(xiàng)依那普利的預(yù)防和治療研究中沒(méi)有觀察到心肌損傷方面的差異，如肌鈣蛋白增加，所檢測(cè)到的結(jié)果相似?？紤]到依那普利在預(yù)防射血功能障礙方面的益處，使用肌鈣蛋白作為檢測(cè)心臟損傷的生物標(biāo)志物似乎更準(zhǔn)確。

2 藥物肝臟毒性研究

肝臟是藥物代謝和排泄的主要器官，約70%的藥物在肝臟降解和轉(zhuǎn)化。藥物肝毒性是藥物安全性評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容之一，藥物性肝損傷主要是指臨床用藥時(shí)，機(jī)體受藥物或其代謝產(chǎn)物的毒性作用而引發(fā)的肝損害。藥物引起肝臟毒性包括脂質(zhì)過(guò)氧化、肝細(xì)胞過(guò)度凋亡、免疫損傷、肝藥酶活性改變、糖和脂肪代謝異常介導(dǎo)的肝臟損傷，也可能是誘發(fā)肝臟炎癥，改變肝臟結(jié)構(gòu)及功能。從機(jī)制上可能是藥物產(chǎn)生較高的氧化應(yīng)激反應(yīng)、引起肝臟代謝紊亂、誘導(dǎo)凋亡性損傷、抑制代謝酶、損害線粒體功能、抑制谷胱甘肽合成等。

在一項(xiàng)用DILIsym軟件（DILIsym Services Inc，Research Triangle Park，NC）模擬藥物誘導(dǎo)的肝損傷的研究中顯示，PF-04895162在不同物種間肝毒性具有差異。PF-04895162 是一種正在開(kāi)發(fā)的治療癲癇的藥物，在健康志愿者中觀察到轉(zhuǎn)氨酶升高后關(guān)于此藥的研究被終止。DILIsym 將肝毒性機(jī)制的體外數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)的體內(nèi)肝臟暴露相結(jié)合，重現(xiàn)了臨床肝毒性和在大鼠中觀察到的無(wú)肝毒性。人類的模擬肝臟暴露量大于大鼠。模擬的人類肝毒性被證明是由于線粒體毒性和膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制之間的相互作用。機(jī)制分析表明，PF-04895162對(duì)線粒體功能和膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的協(xié)同作用可以解釋肝細(xì)胞損傷（以及由此產(chǎn)生的ALT升高）。更具體地說(shuō)，PF-04895162對(duì)膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的抑制驅(qū)動(dòng)了細(xì)胞內(nèi)膽汁酸的積累，從而誘導(dǎo)了線粒體毒性。膽汁酸介導(dǎo)的線粒體毒性與PF-04895162介導(dǎo)的電子傳遞鏈抑制劑抑制相結(jié)合，在更大程度上破壞了線粒體功能，而不是單獨(dú)使用任何一種機(jī)制。線粒體功能受損的雙重作用導(dǎo)致模擬人而非大鼠中的細(xì)胞死亡和相關(guān)的ALT升高。

在一項(xiàng)對(duì)補(bǔ)骨脂二氫黃酮甲醚肝毒性作用機(jī)制的研究中顯示，補(bǔ)骨脂二氫黃酮甲醚（BVC）引起肝毒性的原因可能與其引起的基因表達(dá)改變有關(guān)，因?yàn)锽VC可以影響細(xì)胞代謝通路中基因的表達(dá)。對(duì)蛋白質(zhì)組分差異的檢測(cè)報(bào)告中，HepaRG細(xì)胞經(jīng)BVC處理前后，發(fā)現(xiàn)有三百多的差異蛋白，分別分析上升和下降趨勢(shì)較大的前10種蛋白。在上升趨勢(shì)蛋白中，趨勢(shì)最大的是GPC1和FC。推測(cè)GPC1基因的高表達(dá)與給予BVC有很高的關(guān)聯(lián)性，BVC的存在使得細(xì)胞中AKT、AMPK、EGFR等通路受到較大的干擾，進(jìn)而干擾到細(xì)胞的遷移與生長(zhǎng)，肝細(xì)胞受其影響而表現(xiàn)出BVC的毒性。下降趨勢(shì)蛋白中變化趨勢(shì)最大的是一個(gè)與細(xì)胞核mRNA輸出有關(guān)的蛋白——UPF2。研究發(fā)現(xiàn)BVC引起肝損傷的另一個(gè)機(jī)制，可能是mRNA的輸出由UPF2蛋白的表達(dá)下降而降低，mRNA的輸出減少導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成減少，進(jìn)而表現(xiàn)出肝損傷。在差異蛋白的生物過(guò)程分析中，發(fā)現(xiàn)與翻譯、核糖體結(jié)構(gòu)和生物發(fā)生有關(guān)的蛋白有10種，與脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝有關(guān)的蛋白有11種。推測(cè)降低脂質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)移與代謝能力，導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生代謝紊亂是BVC產(chǎn)生肝細(xì)胞毒性的可能機(jī)制。

3藥物腎臟毒性研究

藥物引起的腎毒性是住院患者急性腎損傷 （AKI） 的最常見(jiàn)原因之一，許多藥物在腎臟消除，另外許多藥物的代謝物也會(huì)在腎臟進(jìn)行消除。一般化療藥物會(huì)影響腎小球、腎小管、間質(zhì)和腎微血管系統(tǒng)，體現(xiàn)在患者身上表現(xiàn)的是從無(wú)癥狀的血清肌酐升高，到可能需要透析才能治療的嚴(yán)重急性腎功能衰竭?？股睾推渌咕幬镒畛Ｒ?jiàn)的是急性間質(zhì)性腎炎、急性腎小管壞死、腎小管內(nèi)晶體沉積和近端/遠(yuǎn)端腎小管病變伴電解質(zhì)消耗異常。

馬兜鈴酸可導(dǎo)致嚴(yán)重的腎衰竭等，一般認(rèn)為其作用機(jī)制與其代謝物馬兜鈴內(nèi)酰胺產(chǎn)生過(guò)程中代謝產(chǎn)物有關(guān)。除引起較嚴(yán)重的腎癌外，馬兜鈴酸的還有其他毒性作用，包括腎小管上皮細(xì)胞的壞死、凋亡和轉(zhuǎn)化等。研究表明，馬兜鈴酸可影響代謝途徑的基因表達(dá)，其機(jī)制與原發(fā)性腎癌的Warburg效應(yīng)相似。馬兜鈴酸和原發(fā)性腎癌均上調(diào)PI3K途徑，但是馬兜鈴酸上調(diào)的是PI3K1A家族蛋白的水平，而原發(fā)性腎癌上調(diào)的是PI3K1B家族的蛋白水平。另外，馬兜鈴酸不僅可以誘發(fā)腎癌，還會(huì)通過(guò)損傷腎小管上皮細(xì)胞致其壞死而引起腎間質(zhì)纖維化。在馬兜鈴酸引起的差異表達(dá)基因中，細(xì)胞周期蛋白P21異常高表達(dá)，抑癌基因Primal異常低表達(dá)，但是這兩種蛋白質(zhì)在原發(fā)性腎癌中并無(wú)異常，說(shuō)明其有作為腎毒性評(píng)價(jià)的生物標(biāo)志物的潛力。另外，馬兜鈴酸可以上調(diào)致癌基因PANX2、WNT7B和下調(diào)Acad1l、Enpep，其異常表達(dá)與原發(fā)性腎癌表達(dá)類似。

研究表明，2，2'，4，4'-四溴二苯醚（BDE-47）引起的腎毒性與氧化應(yīng)激和線粒體異常密切相關(guān)。BDE-47通過(guò)同時(shí)抑制線粒體融合和裂變來(lái)降低細(xì)胞活力并破壞線粒體動(dòng)力學(xué)，導(dǎo)致線粒體膜電位減少、活性氧過(guò)度生成、ATP耗竭和細(xì)胞解體，并呈劑量依賴性。BDE-47暴露后PK15細(xì)胞的腎毒性是線粒體形態(tài)異常的結(jié)果，這是由于線粒體融合和裂變的不平衡伴隨著活性氧的過(guò)度產(chǎn)生。研究觀察到BDE-47引發(fā)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致線粒體膜電位崩潰，融合和裂變蛋白表達(dá)降低，導(dǎo)致線粒體動(dòng)力學(xué)中斷，并最終導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙。BDE-47可通過(guò)誘導(dǎo)活性氧過(guò)度分泌和小鼠腎細(xì)胞凋亡來(lái)降低細(xì)胞活力，這可能是對(duì)氧化應(yīng)激失衡的反應(yīng)。

4討論與展望

上世紀(jì)以來(lái)，人類發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)了各種新藥，大部分藥物給人類來(lái)帶來(lái)了福音，減輕了很多病痛和死亡人數(shù)。不過(guò)新發(fā)現(xiàn)和原有藥物的毒性仍然是人類面臨的一大問(wèn)題，由于藥物毒性導(dǎo)致的悲劇數(shù)不勝數(shù)。為了減少藥物毒性引起不必要的損失，全世界對(duì)藥物的開(kāi)發(fā)和使用做了很多嚴(yán)格的要求。在無(wú)數(shù)前人的帶領(lǐng)下，藥物毒性方面的研究日趨完善，研究領(lǐng)域已深至毒性機(jī)理等方面。在藥物心、肝、腎毒性方面的研究更是走在藥物毒性研究的前沿，不過(guò)依然有許多未探明的機(jī)制待研究。研究人員應(yīng)該在藥物毒性方面進(jìn)行更加深入的研究，研究透徹藥物的毒理，在新藥毒理預(yù)測(cè)上更進(jìn)一步，縮短藥物研發(fā)周期，開(kāi)發(fā)出高效低毒的藥物。

參考文獻(xiàn)：

[1] J. Lu， D. Lu， Z. Fu， etal. Machine Learning-Based Modeling of Drug Toxicity， Methods Mol Biol， 1754 （2018） 247-264.

[2] A.O. Basile， A. Yahi， N.P. etal. Artificial Intelligence for Drug Toxicity and Safety， Trends Pharmacol Sci， 40 （2019） 624-635.

[3] A.H. Vo， T.R. Van Vleet， R.R. Gupta， etal. An Overview of Machine Learning and Big Data for Drug Toxicity Evaluation， Chem Res Toxicol， 33 （2020） 20-37.

[4] A.M. Rüger， A. Schneeweiss， S. Seiler， H. etal. Cardiotoxicity and Cardiovascular Biomarkers in Patients With Breast Cancer： Data From the GeparOcto-GBG 84 Trial， J Am Heart Assoc， 9 （2020） e018143.

[5] 劉曦， 江峰， 鐘曉情， 等. 血清sST-2、Galectin-3對(duì)紫杉醇聯(lián)合鉑類藥物化療的心臟毒性的監(jiān)測(cè)價(jià)值， 實(shí)用癌癥雜志， 35 （2020） 2080-2084.

[6] 李旻， 華蟾素注射液及其單體成分蟾毒靈心臟毒性及其機(jī)制研究， 中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)研究總院， 2020.

[7] 張珊， 刺五加注射液對(duì)心臟毒性和腦缺血損傷的保護(hù)作用和機(jī)制研究， 天津醫(yī)科大學(xué)， 2019.

[8] 米小杰， 基于PI3K/Akt通路探討麥芽酚對(duì)小鼠肝臟及心臟毒性的保護(hù)作用， 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2019.

[9] D. Cardinale， F. Ciceri， R. Latini， etal. Anthracycline-induced cardiotoxicity： A multicenter randomised trial comparing two strategies for guiding prevention with enalapril： The International CardioOncology Society-one trial， Eur J Cancer， 94 （2018） 126-137.

[10] 師少軍， 肝臟“代謝-轉(zhuǎn)運(yùn)互作”及其對(duì)藥物藥代動(dòng)力學(xué)、療效和毒性影響的研究進(jìn)展， 中國(guó)醫(yī)院藥學(xué)雜志， 40 （2020） 579-585.

[11] 潘海琳， 潘偉健， 陳楚裕， 等. 中藥藥效成分對(duì)肝臟毒性影響的研究進(jìn)展， 臨床合理用藥雜志， 13 （2020） 179-181.

[12] 付曉春， 沈小莉， 蔣平， 雷公藤多苷肝臟毒性研究進(jìn)展， 現(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合雜志， 28 （2019） 4102-4104.

[13] 王晗， 倪娟， 周滔， 等. 納米顆粒誘導(dǎo)肝臟毒性的研究進(jìn)展， 癌變·畸變·突變， 30 （2018） 315-317+325.

[14] 楊非凡， 王玉明， 董文穎， 等. 中藥雷公藤的肝臟毒性及其個(gè)體易感性， 天津中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)， 37 （2018） 188-191.

[15] 姚楊， 賈英杰， 鄧仁芬， 等. 基于大黃的肝毒性探討其臨床的合理運(yùn)用， 中國(guó)中西醫(yī)結(jié)合外科雜志， 26 （2020） 1180-1183.

[16] G. Generaux， V.V. Lakhani， Y. Yang， S. etal. Quantitative systems toxicology （QST） reproduces species differences in PF-04895162 liver safety due to combined mitochondrial and bile acid toxicity， Pharmacol Res Perspect， 7 （2019） e00523.

[17] 朱月， 王姍， 徐麗嬌， 等. 基于Label-free技術(shù)分析補(bǔ)骨脂二氫黃酮甲醚的肝毒性作用機(jī)制， 大理大學(xué)學(xué)報(bào)， 5 （2020） 1-6.

[18] M.C. Morales-Alvarez， Nephrotoxicity of Antimicrobials and Antibiotics， Adv Chronic Kidney Dis， 27 （2020） 31-37.

[19] J. Malyszko， K. Kozlowska， L. Kozlowski， etal. Nephrotoxicity of anticancer treatment， Nephrol Dial Transplant， 32 （2017） 924-936.

[20] 向微， 馬兜鈴酸降解菌和腎毒性分子標(biāo)志物的篩選及應(yīng)用， 湖北中醫(yī)藥大學(xué)， 2019.

[21] S. Sun， Z. Zhao， Q. Rao， etal. BDE-47 induces nephrotoxicity through ROS-dependent pathways of mitochondrial dynamics in PK15 cells， Ecotoxicol Environ Saf， 222 （2021） 112549.