鉑類抗腫瘤藥物相關(guān)的急性腎損傷機(jī)制研究進(jìn)展

孫曉怡，姜玉勤，陸 迅綜述，魏明剛審校

0 引 言

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是由各種病因引起的短時(shí)間內(nèi)腎功能快速減退而導(dǎo)致的臨床綜合征，KDIGO指南定義：48 h內(nèi)血肌酐(Scr)增高≥0.3 mg/dl(26.5 μmol/L)；或血肌酐增高至≥基礎(chǔ)值的1.5倍，且明確或經(jīng)推斷其發(fā)生在之前7 d之內(nèi)；或持續(xù)6 h尿量<0.5 mL/(kg·h)作為AKI診斷標(biāo)準(zhǔn)[1-2]。AKI病因眾多，其發(fā)生可與患者基本情況及相關(guān)診療措施均密切相關(guān)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在住院患者中，約5%可能發(fā)生AKI，而在重癥患者中，AKI發(fā)生率甚至可達(dá)30%～50%[3]，AKI病因主要可分為腎前性，腎性和腎后性三類，其中腎性腎損傷，特別是藥物因素所造成的腎性腎損傷是本文所討論的重點(diǎn)[4]。鉑類抗腫瘤藥物是廣泛使用的抗腫瘤藥，用于多種惡性腫瘤的臨床治療，其使用與嚴(yán)重腎毒性的顯著增加密切相關(guān)。有研究顯示大劑量順鉑放療的晚期頭頸部鱗癌的患者中，發(fā)生AKI的患者高達(dá)69%，因此鉑類抗腫瘤藥物所致AKI的發(fā)病機(jī)制值得關(guān)注[5]。鉑類抗腫瘤藥物引起AKI主要與其對腎近端小管上皮細(xì)胞的損傷作用相關(guān)，主要機(jī)制包括藥物的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)、腎近端小管上皮細(xì)胞氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡及炎癥反應(yīng)等多個(gè)方面[6-7]，本文就以上幾種途徑作一綜述。

1 轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收途徑

目前認(rèn)為鉑類抗腫瘤藥物在腎近端小管上皮細(xì)胞的吸收與有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)體(organic cation transporters，OCTs)，銅離子轉(zhuǎn)運(yùn)體1，多藥耐藥擠壓轉(zhuǎn)運(yùn)體1等受體相關(guān)。其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的是OCT2[8]。OCT是有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)家族的一員，屬于溶質(zhì)載體22A家族，可介導(dǎo)內(nèi)源性有機(jī)陽離子物質(zhì)、陽離子藥物和毒素排泄[9]。鉑類抗腫瘤藥物在跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞后可解離后經(jīng)由OCT2轉(zhuǎn)運(yùn)至腎近端小管上皮細(xì)胞，在腎近端小管上皮細(xì)胞外與谷胱甘肽結(jié)合形成谷胱甘肽共軛物，谷胱甘肽共軛物進(jìn)一步被γ-谷氨?；D(zhuǎn)肽酶催化水解，形成產(chǎn)物半胱氨酸-甘氨酸共軛物。半胱氨酸-甘氨酸共軛物通過氨基二肽酶進(jìn)一步代謝為半胱氨酸結(jié)合物,半胱氨酸結(jié)合物進(jìn)入近端小管上皮細(xì)胞后通過半胱氨酸-S-結(jié)合β-lyas酶進(jìn)一步代謝為硫醇[10]，硫醇可與細(xì)胞大分子共價(jià)結(jié)合導(dǎo)致對細(xì)胞產(chǎn)生不良反應(yīng)的一系列作用，包括細(xì)胞非蛋白質(zhì)巰基的消耗，胞質(zhì)游離鈣的增加和脂質(zhì)過氧化，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[11]。研究發(fā)現(xiàn)奧美拉唑，西咪替丁等藥物可作為OCT2抑制劑，可抑制OCT2表達(dá)又可上調(diào)外排轉(zhuǎn)運(yùn)體P糖蛋白表達(dá)，從而減少鉑類抗腫瘤藥物在腎臟近端小管上皮細(xì)胞聚集[12]。且OCT2在其他組織器官存在較少，因此使用OCT2受體抑制劑對鉑類抗腫瘤藥物在機(jī)體其他組織器官的代謝影響較小，其抗腫瘤作用仍可較好發(fā)揮[13]。新一代鉑類抗腫瘤藥物如卡鉑和奧沙利鉑，亦是通過對其草酸基團(tuán)增加從而減少與OCT2的相互作用降低腎損傷。

2 氧化應(yīng)激作用機(jī)制

正常情況下氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)共同維持機(jī)體活性氧(reactive oxygen species， ROS)動態(tài)平衡。ROS產(chǎn)生增加超出抗氧化系統(tǒng)的清除能力即會導(dǎo)致氧化應(yīng)激。機(jī)體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)主要包括兩個(gè)方面：一方面為酶抗氧化系統(tǒng)，主要包括超氧化物歧化酶、過氧化氫酶(catalase，CAT)及谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)等；另一方面是非酶抗氧化系統(tǒng)，包括維生素C、谷胱甘肽、褪黑素及α-硫辛酸等。各種原因引起機(jī)體內(nèi)氧化系統(tǒng)過度活躍或抗氧化系統(tǒng)功能缺失均會導(dǎo)致氧化應(yīng)激狀態(tài)。機(jī)體內(nèi)ROS主要包括超氧化物陰離子(·O2-)，高活性的羥自由基(OH·)，過氧化氫(H2O2)及單線態(tài)氧(1O2)[14]。在抗氧化系統(tǒng)作用下，CAT及GSH-Px可將H2O2轉(zhuǎn)化為水，從而對ROS進(jìn)行消除。在GSH-Px作用過程中，又可經(jīng)由谷胱甘肽還原酶完成谷胱甘肽循環(huán)轉(zhuǎn)化，從而保持體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的完善。

鉑類抗腫瘤藥物作用于腎近端小管上皮細(xì)胞后一方面可通過與谷胱甘肽為代表的抗氧化劑迅速產(chǎn)生作用，從而破壞機(jī)體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的循環(huán)導(dǎo)致抗氧化系統(tǒng)的功能缺失[15]。另一方面可引起腎近端小管細(xì)胞線粒體損傷，并在線粒體修復(fù)過程中作用于線粒體修復(fù)鏈從而中斷修復(fù)使ROS產(chǎn)生增加，或是通過細(xì)胞色素P450系統(tǒng)(CYP)導(dǎo)致線粒體形成活性氧代謝物，而使ROS大量產(chǎn)生。通過上述兩方面的作用，最終導(dǎo)致氧化物的增加并超過了機(jī)體抗氧化系統(tǒng)的清除能力，從而導(dǎo)致腎近端小管上皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激狀態(tài)[16]。

ROS清除不足可通過共價(jià)修飾核因子-KB(NF-kB)中的一些氨基酸殘基，改變其活性，或直接作用于NF-kB使其與抑制性蛋白(IkB)解離而激活，從而活化凋亡基因c-myc及Fas激活caspase引起細(xì)胞凋亡[17]。氧化應(yīng)激狀態(tài)激活后，腎細(xì)胞可通過一種細(xì)胞氧化還原敏感的線粒體酶護(hù)反應(yīng)進(jìn)行自我保護(hù)，其中血紅素氧化酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)發(fā)揮重要作用。HO-1是一種氧化還原的微體酶，可將血紅素氧合酶催化降解成一氧化碳[18]。研究表明，HO-1的過表達(dá)對腎組織損傷的保護(hù)作用可能與一氧化碳的產(chǎn)生相關(guān)[19]。

研究表明化學(xué)抗氧化物紅景天提取物、白皮杉醇均可通過減輕氧化應(yīng)激預(yù)防鉑類抗腫瘤藥物所致的腎損傷[20-21]。除化學(xué)抗氧化物之外，一些自然產(chǎn)生的抗氧化劑也對腎產(chǎn)生的ROS具有清除作用，雖然抗氧化物的具體作用效果還未被完全闡明，但是其具有明確的腎保護(hù)作用，抗氧化劑可能會成為臨床上最具潛力緩解鉑類抗腫瘤藥物腎臟損傷的藥物。

3 細(xì)胞凋亡機(jī)制

細(xì)胞凋亡是活體內(nèi)局部組織細(xì)胞在發(fā)育過程中或在損傷因素作用下通過細(xì)胞內(nèi)基因及其產(chǎn)物的調(diào)控后發(fā)生的程序性細(xì)胞死亡[22]。鉑類抗腫瘤藥物可通過一系列特定方式導(dǎo)致腎近端小管上皮細(xì)胞凋亡。目前認(rèn)為鉑類抗腫瘤藥物導(dǎo)致細(xì)胞凋亡主要有以下三個(gè)方面的機(jī)制：內(nèi)源性細(xì)胞凋亡通路，外源性死亡受體途徑和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)途徑。

3.1內(nèi)源性細(xì)胞凋亡途徑又稱線粒體途徑，是通過激活BCL-2蛋白家族從而產(chǎn)生凋亡效應(yīng)。鉑類抗腫瘤藥物經(jīng)靜脈注射后，可迅速擴(kuò)散至組織且與血漿蛋白結(jié)合。由于細(xì)胞內(nèi)外的高氯濃度差，會引起順鉑水化形成陽離子后與細(xì)胞內(nèi)DNA、RNA和蛋白質(zhì)等成分結(jié)合產(chǎn)生一定作用[23]。這些陽離子進(jìn)入細(xì)胞后引起B(yǎng)CL-2蛋白家族相互作用，導(dǎo)致促凋亡蛋白構(gòu)象改變并形成寡聚體聚集在線粒體外膜表面，引起膜表面的孔型結(jié)構(gòu)缺陷，細(xì)胞凋亡因子可從這些孔型缺陷中釋放到細(xì)胞質(zhì)中，引起caspase的活化從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[24-25]。

BCL-2蛋白家族主要包括四類蛋白質(zhì)：直接作用蛋白(tBid、Bim、Puma)、去抑制蛋白(Bad、Bik、Puma )、促凋亡蛋白(Bax、Bak、Bok)及抗凋亡蛋白(Bcl-2、Bax-xl)。位于細(xì)胞質(zhì)中的直接作用蛋白在受到鉑類抗腫瘤藥物水化產(chǎn)物的刺激后可與Bax作用引起線粒體膜通透性改變，最終引起caspase釋放產(chǎn)生凋亡作用，去抑制蛋白也可以作用于與Bax結(jié)合的抗凋亡蛋白BCL-2從而解離bax引起凋亡因子如細(xì)胞色素C、凋亡誘導(dǎo)因子( apoptosis-inducing factor, AIF)，半胱氨酸蛋白酶激活劑SMAC/Diablo等釋放引起細(xì)胞凋亡[26]。細(xì)胞色素C釋放后可與胞質(zhì)蛋白凋亡活化因子Apaf-1結(jié)合形成凋亡復(fù)合物從而激活caspase-9，并進(jìn)一步激活效應(yīng)子caspase-3、caspase-6及caspase-7等引起細(xì)胞凋亡。研究表明，在順鉑作用下培養(yǎng)的小鼠腎臟上皮細(xì)胞出現(xiàn)細(xì)胞凋亡伴隨著Bax積累、細(xì)胞色素C的釋放及伴有caspase-9的激活[27]。過表達(dá)BCL-2可抑制Bax激活從而減少線粒體損傷及順鉑引起的細(xì)胞凋亡[19]。鉑類抗腫瘤藥物水化產(chǎn)物進(jìn)入細(xì)胞后也會引起P53蛋白的活化， P53蛋白活化后可促進(jìn)caspase-2激活和線粒體釋放AIF引起細(xì)胞凋亡[28]。也使用P53抑制劑可對大鼠近端小管細(xì)胞所遭受的順鉑腎損傷進(jìn)行抑制，從而減輕細(xì)胞凋亡的程度[29]，可提示P53蛋白在細(xì)胞凋亡中的重要作用。

3.2外源性細(xì)胞凋亡途徑又稱死亡受體途徑，是由細(xì)胞膜上的死亡受體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。死亡受體是一種細(xì)胞表面標(biāo)記物，屬于腫瘤壞死因子(TNF)受體超家族，包括腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor，TNFR) 、Fas/CD95及腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)受體1、2( TNF related apoptosis inducing ligand R1，R2，TRAIL-R1，TRAIL-R2)等[30]。死亡受體家族物胞內(nèi)含有死亡結(jié)構(gòu)域(dead domain，DD)，DD可接受細(xì)胞外信號并傳至胞內(nèi)導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。外源性途徑中主要包括死亡因子Fas及其配體 Fas L死亡通路、TNF-α及其配體TNFR死亡通路。

死亡因子Fas及其配體 Fas L為最經(jīng)典的死亡受體介導(dǎo)凋亡途徑。Fas為細(xì)胞表面Ⅰ型轉(zhuǎn)膜蛋白，F(xiàn)asL是Fas配體，為細(xì)胞表面Ⅱ型轉(zhuǎn)膜蛋白。當(dāng)機(jī)體受到外源性因素作用后可產(chǎn)生胞外信號可致FasL水解為三聚化的可溶性的sFasL，sFasL與Fas結(jié)合后會引起Fas胞內(nèi)DD活化，隨后募集 Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域蛋白(Fas-associated death domain, FADD) ， Fas L-Fas-FADD形成死亡誘導(dǎo)信號復(fù)合物 (death induction signaling complex，DISC) ，并可激活caspase-8，可通過直接激活caspase-3或裂解BID為更短的tBID誘導(dǎo) Bak 形成寡聚體激活細(xì)胞凋亡。研究表明，順鉑處理人近端小管上皮細(xì)胞caspase3/7活性及細(xì)胞毒性增加，而使用 FasL/Fas抑制劑caspase3/7活性及細(xì)胞毒性則減輕，可表明在順鉑誘導(dǎo)AKI過程中，F(xiàn)as及其介導(dǎo)的死亡受體通路發(fā)揮重要作用[31]。

TNF及其受體TNFR死亡通路也具有重大意義，TNF為細(xì)胞膜上Ⅱ型跨膜蛋白，其基本表現(xiàn)形式為跨模型mTNF-α。mTNF可被金屬蛋白酶作用形成分泌型sTNF-α，兩者均可在細(xì)胞中以單聚體或多聚體形式共存。TNFR可分為TNFR1與TNFR2兩種，其中TNFR1幾乎在所有細(xì)胞中均可表達(dá)并且胞內(nèi)區(qū)含有DD，TNFR2僅在T淋巴細(xì)胞，寡樹突膠質(zhì)細(xì)胞，胸腺細(xì)胞等細(xì)胞中表達(dá)，其胞內(nèi)不含有DD。TNFR1可由TNF激活且通過DD與TNF結(jié)合，隨后募集TNF相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域(TNFR-associated death domain，TRADD)及其后續(xù)銜接蛋白。銜接蛋白通過去泛素化可與TRADD、FADD、procaspase-8形成DISC導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。TNFR2只能被mTNF激活，兩者結(jié)合后可形成三聚體。TNFR2與TNF結(jié)合后誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子 (RIP) 活化作用于NF-κB誘導(dǎo)激酶 (NF-κB induced kinase，NIK)，促進(jìn)NF-κB的降解釋放并轉(zhuǎn)錄至核，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[32]。TNFR抑制劑可抑制TNFR從而減弱TNF相關(guān)的死亡受體通路，研究表明TNFR抑制劑具有較好的減輕順鉑引起的小鼠腎損傷[33]。

3.3內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑中起到核心作用的為轉(zhuǎn)錄因子C、EBP同源蛋白(the transcription factor C/EBP homologous protein，CHOP)的激活，在無應(yīng)激狀態(tài)下，僅少量CHOP蛋白在細(xì)胞質(zhì)中表達(dá)，受到應(yīng)激事件如鉑類抗腫瘤藥物作用后CHOP在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平均被表達(dá)，CHOP含量激增會破壞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜導(dǎo)致鈣離子外流，鈣離子在鈣調(diào)蛋白分解酶的作用下可激活位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)胞質(zhì)面的caspase-12，后進(jìn)一步引起caspase-3最終引起細(xì)胞凋亡[34-35]。

4 炎癥反應(yīng)

鉑類抗腫瘤藥物作用于腎近端小管上皮細(xì)胞會引起損傷相關(guān)分子(damage-associated molecular pattern molecules，DAMPs)釋放，DAMPs可激動Toll樣受體(Toll like receptors ，TLRs)并產(chǎn)生細(xì)胞因子如腫瘤受體因子家族蛋白TNF和IL-1、IL-18、IL-1β等。這些因子表達(dá)上調(diào)可引起炎癥細(xì)胞如嗜酸性粒細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞等黏附聚集并引起細(xì)胞凋亡[36]。細(xì)胞損傷同時(shí)機(jī)體也會產(chǎn)生一些保護(hù)性炎癥因子如IL-10減輕鉑類抗腫瘤藥物引起的細(xì)胞死亡。研究表明，鉑類藥物可能在作用后通過大量的IL-10產(chǎn)生，在炎癥條件下誘導(dǎo)免疫抑制耐受性樹突狀細(xì)胞，從而產(chǎn)生腎保護(hù)作用[37]。

TNF是炎癥反應(yīng)中一個(gè)關(guān)鍵調(diào)控環(huán)節(jié)，可與TNFR結(jié)合、產(chǎn)生ROS導(dǎo)致氧化應(yīng)激及誘導(dǎo)MARK通路的激活。TNF可與TNFR1，TNFR2相結(jié)合形成死亡受體復(fù)合物，導(dǎo)致caspase-8激活導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。TNF誘導(dǎo)產(chǎn)生ROS引起氧化應(yīng)激凋亡過程主要是引起ROS上調(diào)激活轉(zhuǎn)錄因子NF-kB，正反饋上調(diào)TNF和炎癥因子的表達(dá)從而形成一種惡性循環(huán)加重炎癥反應(yīng)[38]。TNF對MAPK家族的作用過程是TNF激活c-Jun氨基末端激酶/應(yīng)激活化蛋白激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK/stress-activated protein kinase，SAPK JNK/SAPK)通路及P38MAPK通路，JNK/SAPK激活后進(jìn)一步作用于核內(nèi)的轉(zhuǎn)錄因子c-Jun從而使其末端磷酸化并改變其轉(zhuǎn)錄活性從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。TNF對于P38MAPK通路的作用表現(xiàn)為對P38的激活，P38活化可激活通路下游蛋白及caspase-3引起細(xì)胞凋亡[39]。研究表明順鉑誘導(dǎo)的大鼠腎臟中TNF-α顯著升高，其作用過程可能與SOCS-1的蛋白和mRNA表達(dá)密切相關(guān)，過表達(dá)SOCS-1可減少TNF-α介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[40]。在炎癥反應(yīng)期間可產(chǎn)生的IL-1和IL-18，其均以caspase-1依賴方式激活，caspase-1基因敲除后的小鼠其腎臟中IL-1和IL-18的表達(dá)可顯著降低，且可減少嗜中性粒細(xì)胞在腎組織中的聚集[41]。

凋亡保護(hù)性因子IL-10的產(chǎn)生與樹突狀細(xì)胞密切相關(guān)。樹突狀細(xì)胞在穩(wěn)態(tài)條件下通過各種機(jī)制誘導(dǎo)免疫耐受，鉑類抗腫瘤藥物作用后會引起樹突狀細(xì)胞誘發(fā)免疫反應(yīng)并引起IL-10的產(chǎn)生，其產(chǎn)生機(jī)制與Treg細(xì)胞相關(guān)。IL-10產(chǎn)生后遷移至腎組織，可抑制TNF-α，IL-18，IL-17A等驅(qū)動的促凋亡免疫反應(yīng)[42]。IL-6也具有相似腎組織損傷的保護(hù)作用。在IL-6基因敲除生物體內(nèi)，超氧化酶的活性顯著降低，且相關(guān)氧化應(yīng)激的表達(dá)明顯上調(diào)。

5 結(jié)語與展望

鉑類抗腫瘤藥物在腫瘤治療中作用重大，順鉑具有顯著抗癌作用，但是其腎毒性的高發(fā)率是限制其應(yīng)用和化療失敗的重要因素之一。順鉑引起AKI的機(jī)制與其離去基團(tuán)水合速率的高低密切相關(guān)。水合鉑陽離子與細(xì)胞內(nèi)親核大分子共價(jià)結(jié)合，后在鳥苷和腺苷殘基的N7位置會引起不同DNA之間鳥嘌呤堿基配對從而使DNA異常交聯(lián)引起細(xì)胞凋亡。二代鉑類抗腫瘤藥物如卡鉑通過對離去集團(tuán)進(jìn)行修飾產(chǎn)生二齒環(huán)丁烷二羧酸酯配體，降低了其水合速率從而降低AKI發(fā)生幾率，但其對頭頸部鱗狀細(xì)胞癌，睪丸生殖細(xì)胞癌和膀胱癌的療效較差，因此順鉑仍然是治療這些疾病的首選藥物。第三代抗腫瘤藥物如奧沙利鉑是具有(1R，2R)-1,2-二氨基環(huán)己烷(DACH)配體和草酸酯作為離去基團(tuán)的鉑配合物，奧沙利鉑引起堿基交聯(lián)程度較低，主要通過抑制DNA合成從而發(fā)揮抗腫瘤作用。奧沙利鉑導(dǎo)致AKI機(jī)率較順鉑減少，但其對于腫瘤疾病的應(yīng)用價(jià)值還需更多臨床驗(yàn)證，因此，目前臨床上仍需對于減少鉑類藥物引起AKI研究加以重視。

鉑類抗腫瘤藥物轉(zhuǎn)運(yùn)，氧化應(yīng)激，引起細(xì)胞凋亡，線粒體損傷及炎癥反應(yīng)機(jī)制的相關(guān)研究為防治AKI提供了關(guān)鍵作用靶點(diǎn)，如可在藥物應(yīng)用后應(yīng)積極水化，使藥物發(fā)揮療效的同時(shí)快速排出，也可應(yīng)用抗氧化應(yīng)激的藥物如α-硫辛酸，芪歸益腎方及益母草堿等中藥方劑，或使用維持線粒體穩(wěn)定及細(xì)胞膜完整性的藥物減輕相關(guān)細(xì)胞凋亡，這些基于機(jī)制進(jìn)行的手段均在治療腫瘤疾病并防治AKI及相關(guān)不良反應(yīng)方面發(fā)揮重要作用，可為患者能夠順利治療奠定更堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。