高原低氧環(huán)境影響抗癲癇藥物的研究進(jìn)展

胡 琳，黃隆基，秦寧寧，申亦可，趙安鵬，李文斌，王 榮

(1.中國(guó)人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九四〇醫(yī)院藥劑科，甘肅 蘭州 730050；2.蘭州大學(xué)藥學(xué)院，甘肅 蘭州 730000)

癲癇是一種由大腦皮層神經(jīng)元異常放電所致大腦功能短暫性失調(diào)的腦部疾病，是第三大常見(jiàn)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，具有持久性發(fā)作趨勢(shì)的特點(diǎn)。通常將癲癇分為繼發(fā)性癲癇和原發(fā)性癲癇，臨床上通常將由基因突變和某些先天因素所導(dǎo)致且有明顯遺傳傾向，或者至今仍不清楚病因的癲癇定義為原發(fā)性癲癇；由皮質(zhì)發(fā)育障礙、腦瘤、神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病、腦血管疾病、頭傷、腦病等有明確病因引起的癲癇稱(chēng)為繼發(fā)性癲癇[1-3]。癲癇發(fā)病率呈雙峰分布，在幼兒和老年人中患病的風(fēng)險(xiǎn)最高[4]。

癲癇患者大多不能被徹底治愈，需終身用藥。目前國(guó)內(nèi)臨床常用的抗癲癇藥物(antiepilepsy drugs，AEDs)為丙戊酸鈉、卡馬西平、苯妥英鈉和苯巴比妥等[5]，這些藥物治療指數(shù)低、治療窗窄，但患者個(gè)體差異大且服用AEDs時(shí)間長(zhǎng)，故在臨床上通過(guò)治療藥物監(jiān)測(cè)(therapeutic drug monitoring，TDM)以尋找最佳的用藥劑量進(jìn)行個(gè)體化治療，使患者的血藥濃度處于治療窗內(nèi)。前期本課題組通過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)高原低壓低氧環(huán)境會(huì)影響機(jī)體的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體及代謝酶表達(dá)，從而導(dǎo)致藥物在機(jī)體內(nèi)吸收、分布、代謝及排泄發(fā)生變化[6-7]。下文將基于臨床上常用抗癲癇藥物及其治療窗的研究現(xiàn)狀，對(duì)高原低氧環(huán)境影響常用抗癲癇藥物的作用過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，以期為高原低氧環(huán)境下合理使用抗癲癇藥物提供新思路。

1 抗癲癇藥物種類(lèi)及常用抗癲癇藥

1.1 抗癲癇藥物種類(lèi)AEDs共有三代。第一代藥物主要包括丙戊酸、苯巴比妥、苯妥英鈉、卡馬西平；第二代藥物主要有托吡酯、左乙拉西坦、奧卡西平；第三代藥物有瑞替加濱，培南苯丙胺。第一代AEDs較為經(jīng)典，大多是肝藥酶誘導(dǎo)劑或抑制劑。以下將對(duì)臨床使用率高的第一代AEDs進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.2 常用抗癲癇藥物

1.2.1丙戊酸 丙戊酸(VPA)是一種廣譜的短鏈脂肪酸抗癲癇藥，在機(jī)體中吸收完全，生物利用度高，與血漿蛋白結(jié)合率高達(dá)90%，參考血藥濃度正常范圍值在50～100 mg·L-1之間[8]。其通過(guò)抑制γ-氨基丁酸轉(zhuǎn)氨酶的活性，增加抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)的含量，同時(shí)降低興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸和天冬氨酸的水平發(fā)揮抗癲癇的作用[9]。丙戊酸在肝臟中主要通過(guò)線粒體β-氧化途徑，葡萄糖醛酸化和細(xì)胞色素P450介導(dǎo)的ω-氧化3種途徑進(jìn)行代謝。其中線粒體β-氧化途徑的產(chǎn)物3-酮-VPA-CoA可與谷胱甘肽(glutataione，GSH)結(jié)合引起氧化應(yīng)激；Guo等[10]報(bào)道VPA的ω-氧化途徑的代謝產(chǎn)物中4-ene-VPA和2,4-二烯-VPA具有肝毒性。

1.2.2苯巴比妥 苯巴比妥是巴比妥類(lèi)中最有效的抗癲癇藥物。其血漿蛋白結(jié)合率為50%～60%，治療窗為10～40 mg·L-1。給藥劑量不同，苯巴比妥依次呈現(xiàn)鎮(zhèn)靜催眠、抗癲癇、抗驚厥和麻醉作用，并且它是治療新生兒驚厥的一線藥物。治療濃度的苯巴比妥可降低谷氨酸的興奮作用、加強(qiáng)GABA的抑制作用，抑制病灶的高頻放電[11]。

1.2.3苯妥英鈉 苯妥英鈉屬于乙丙酰脲類(lèi)抗癲癇藥物，它的血漿蛋白結(jié)合率約90%，治療窗在10～20 mg·L-1。苯妥英鈉作用于鈉離子通道，通過(guò)穩(wěn)定腦細(xì)胞膜的功能及增加腦內(nèi)抑制性神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺(5-HT)和GABA的作用，來(lái)防止異常放電的傳播[12]，對(duì)大腦皮層的運(yùn)動(dòng)區(qū)域具有高度選擇性的抑制作用。苯妥英鈉可引起小腦綜合征，表現(xiàn)為共濟(jì)失調(diào)、眼球震顫、手震和復(fù)視。小腦綜合征的嚴(yán)重程度取決于苯妥英鈉的血藥濃度。在平均血漿濃度為20 mg·L-1時(shí)發(fā)生震顫，而在30 mg·L-1時(shí)發(fā)生共濟(jì)失調(diào)，在40 mg·L-1或更高時(shí)會(huì)發(fā)生昏迷[13]。

1.2.4卡馬西平 卡馬西平作為一線抗癲癇藥物，其口服吸收緩慢，生物利用度為70%～80%，血漿蛋白結(jié)合率約為70%。其治療窗較窄，為4～12 mg·L-1?？R西平通過(guò)降低神經(jīng)細(xì)胞膜對(duì)Na+和Ca2+的通透性從而降低細(xì)胞的興奮性[14]。在體內(nèi)卡馬西平主要通過(guò)細(xì)胞色素P450酶代謝，其主要代謝產(chǎn)物是具有抗驚厥抗神經(jīng)痛作用的10,11-環(huán)氧化卡馬西平[15]。此外，第二代抗癲癇藥奧卡西平是卡馬西平前體藥物。與卡馬西平相比較，奧卡西平血漿蛋白結(jié)合率較低(20%)，治療窗相對(duì)較寬(3～32 g·L-1)。奧卡西平吸收入體后被肝臟中細(xì)胞溶質(zhì)酶還原為具有藥理活性的10-羥基卡馬西平(10,11-dihydro-10-hydroxy carbamazepine)[16]。隨后10-羥基卡馬西平通過(guò)與肝臟中葡萄糖醛酸結(jié)合后進(jìn)行代謝。

2 高原低氧環(huán)境對(duì)藥物藥代參數(shù)的影響

低氧是一種非特異性應(yīng)激原，它能誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)。與常氧相比，低氧環(huán)境下機(jī)體轉(zhuǎn)運(yùn)體、藥物代謝酶活性及表達(dá)會(huì)發(fā)生變化，從而引起藥物的藥代動(dòng)力學(xué)(pharmacokinetics，PK)參數(shù)改變[7]。對(duì)于治療窗窄的監(jiān)測(cè)藥物來(lái)說(shuō)，藥物在機(jī)體的PK參數(shù)是臨床用藥的重要依據(jù)。因此，研究低氧環(huán)境下治療窗窄藥物的藥代參數(shù)變化對(duì)個(gè)體用藥有重要意義。課題組前期大量研究表明低氧條件會(huì)改變大鼠的PK參數(shù)。與平原組大鼠相比，高原組大鼠降壓藥硝苯地平的AUC0-∞、MRT0-∞分別增加了56.43%、24.57%，Tmax及CL均減小，并且CL明顯降低了57.15%[17]；高原組大鼠降壓藥美托洛爾的AUC和Cmax分別減小了28.1%和32.5%[18]；抗生素阿莫西林的AUC、Tmax、Cmax、MRT、T1/2分別增加了312.17%、63.04%、110.93%、67.11%、16.96%，Vd明顯降低了74.51%[19]；這提示我們環(huán)境不同有可能導(dǎo)致PK參數(shù)發(fā)生變化，急進(jìn)高原人群若按照平原用藥劑量可能達(dá)不到理想的治療效果，甚至增加藥物不良反應(yīng)發(fā)生的機(jī)率。AEDs大多治療指數(shù)低、有效血藥濃度范圍窄。Zhang等[20]研究表明，在高海拔高原地區(qū)(4 010 m)，苯妥英AUC0-t，MRT0-t和T1/2分別顯著增加了60%、48%和61%，CL減少了67%。而苯妥英在人體的有效血藥濃度范圍較窄(10～20 mg·L-1)，低氧條件下苯妥英進(jìn)入體循環(huán)的量增加，并且半衰期增加，藥物代謝減慢。若在高原上使用平原常氧條件下的服藥劑量，苯妥英血藥濃度可能>20 mg·L-1，其不良反應(yīng)可能加重，例如嚴(yán)重的低血壓、心律不齊，以及嚴(yán)重過(guò)敏反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的增加，對(duì)病人的生命安全造成威脅[21]。下面將從低氧環(huán)境對(duì)藥物藥效、轉(zhuǎn)運(yùn)體、代謝酶、藥物血漿蛋白結(jié)合率、器官血流量等方面的影響進(jìn)行討論。

2.1 高原低氧對(duì)AEDs產(chǎn)生藥效的潛在影響抗癲癇藥物藥效學(xué)一般通過(guò)血腦屏障(blood brain barrier，BBB)發(fā)揮作用，而高原低氧這種特殊環(huán)境影響藥物在體內(nèi)的血藥濃度大小。研究表明，苯妥英血藥濃度與療效具有相關(guān)性，有效控制癲癇發(fā)作的關(guān)鍵是使苯妥英血藥濃度達(dá)到有效濃度范圍內(nèi)。而高原低氧苯妥英AUC0-t，MRT0-t都顯著增加，苯妥英血藥濃度可能超出最高治療濃度。故高原低氧環(huán)境極大可能會(huì)影響苯妥英藥效，且易出現(xiàn)不良反應(yīng),甚至是中毒反應(yīng)。另外，在高原條件下給患者使用地西泮進(jìn)行癲癇大發(fā)作救治時(shí)，患者出現(xiàn)呼吸心跳停止的癥狀，醫(yī)生判斷為地西泮劑量過(guò)大所致。大多數(shù)抗癲癇藥物治療窗窄，并且具有神經(jīng)毒性，所以高原低氧環(huán)境對(duì)血漿藥物濃度的改變會(huì)影響AEDs的藥效及毒性。因此探究高原低氧環(huán)境對(duì)AEDs藥動(dòng)學(xué)的影響將為指導(dǎo)高原人群合理用藥提供依據(jù)。

2.2 高原低氧介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)體變化對(duì)于癲癇的治療，約有30%患者對(duì)AEDs不敏感，通常對(duì)多種AEDs耐受，成為難治性癲癇[22]。研究發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)的多藥轉(zhuǎn)運(yùn)體參與癲癇的耐藥機(jī)制，如ATP-結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ABC族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)的P-gp和MRP，而藥物進(jìn)入血液循環(huán)再分布到各個(gè)組織器官需要藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體的參與，這些腦內(nèi)多藥轉(zhuǎn)運(yùn)體高表達(dá)使發(fā)病的腦實(shí)質(zhì)藥物濃度高于或低于血藥濃度。

前期課題組研究表明，與平原組相比，高原缺氧(4 010 m)下BBB的P-gp蛋白表達(dá)量上調(diào)了1.84倍，P-gp mRNA的相對(duì)表達(dá)顯著上調(diào)了2.21倍。腦內(nèi)P-gp的表達(dá)量變化使腦內(nèi)P-gp底物苯妥英鈉濃度也隨之發(fā)生變化。與平原組相比，高原低氧環(huán)境下大鼠腦脊液中苯妥英鈉濃度增加了15.66%；給大鼠灌胃P-gp抑制劑維拉帕米(抑制劑組)3 d,再給予苯妥英鈉后，發(fā)現(xiàn)平原抑制劑組和高原抑制劑組腦脊液中苯妥英濃度顯著下降；與平原抑制劑組相比，高原抑制劑組腦脊液中苯妥英濃度增加了30.43%[20]。上述研究表明，腦脊液中苯妥英鈉濃度的增加可能與BBB中P-gp表達(dá)量有關(guān)，提示我們?cè)诟咴脱醐h(huán)境下苯妥英在腦脊液中濃度的增加可能會(huì)增加神經(jīng)毒性。絕大部分的AEDs是P-gp的底物，如卡馬西平、苯巴比妥、丙戊酸鈉；對(duì)于一些新AEDs也可以被P-gp 轉(zhuǎn)運(yùn)，如拉莫三嗪、非氨酯和托吡酯。這些研究表明，在高原低氧環(huán)境下，作用于腦部的AEDs濃度可能會(huì)發(fā)生變化，從而影響抗癲癇作用。

Tab 1 Commonly used classic antiepileptic drugs

2.3 高原低氧介導(dǎo)代謝酶變化代謝酶在機(jī)體的表達(dá)量在藥物治療疾病過(guò)程中起關(guān)鍵作用。對(duì)于治療窗窄的抗癲癇藥物，代謝酶低表達(dá)使藥物在體內(nèi)蓄積或者參與某種毒性產(chǎn)物的代謝酶高表達(dá)使毒性產(chǎn)物增多，因此會(huì)導(dǎo)致藥物達(dá)不到正常給藥劑量的療效。大多數(shù)AEDs主要在肝臟通過(guò)肝酶途徑代謝，肝酶中細(xì)胞色素P450酶在大多數(shù)藥物代謝中起關(guān)鍵作用，它可以將親脂性化合物轉(zhuǎn)化為極性更大的易排出體外的代謝物。

課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，高原低氧環(huán)境會(huì)使大鼠肝臟的藥物代謝酶CYP2C9、CYP3A1(人體為CYP3A4，UGT1A1)的蛋白表達(dá)量降低[23]。在肝臟中，丙戊酸是UDP-葡糖醛酸糖基轉(zhuǎn)移酶(UGT)和細(xì)胞色素P450酶的底物，其中主要由UGT1A6、UGT2B7和CYP2C9代謝[10]，苯巴比妥和卡馬西平主要被 CYP2C9 代謝[24]。研究發(fā)現(xiàn),在<15歲的癲癇患者中CYP2C9代謝酶狀態(tài)與丙戊酸血藥濃度之間存在相關(guān)性，而成年患者卻沒(méi)有相關(guān)性[25]。有研究者認(rèn)為，成年人的丙戊酸主要代謝途徑是葡萄糖醛酸化和線粒體β-氧化，而兒童主要以CYP2C9代謝酶代謝[25]，所以相比于成年患者高原低氧環(huán)境可能會(huì)更大程度影響患兒對(duì)丙戊酸的代謝。

2.4 高原低氧介導(dǎo)藥物血漿蛋白結(jié)合率的變化藥物經(jīng)小腸被吸收入血后，在血漿中會(huì)與血漿蛋白結(jié)合形成結(jié)合型藥物，結(jié)合型藥物不能透過(guò)血管壁向組織轉(zhuǎn)運(yùn)，也不能被代謝和排泄。游離型藥物存在于血漿中，具有藥理活性，游離型藥物與結(jié)合型藥物相互轉(zhuǎn)化，在機(jī)體中趨于動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)機(jī)體處于低氧環(huán)境時(shí)，平衡狀態(tài)被破壞，一些藥物的血漿蛋白結(jié)合率會(huì)發(fā)生變化進(jìn)而影響藥物在組織中的分布。

研究表明，高原缺氧環(huán)境下β受體阻斷藥普萘洛爾和碳酸肝酶抑制劑醋甲唑胺的血漿蛋白結(jié)合率均顯著性增加[18]，另外TDM藥物氨茶堿的血漿蛋白結(jié)合率也顯著性增加[26]。藥物血漿蛋白結(jié)合率越高，藥物在體內(nèi)清除率越低，導(dǎo)致作用時(shí)間越長(zhǎng)，可能會(huì)與現(xiàn)有藥物研究數(shù)據(jù)有較大差異，有不合理用藥風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于TDM藥物，血漿蛋白結(jié)合率的變化會(huì)影響藥物的治療效果或者加劇藥物的不良反應(yīng)。抗癲癇藥物需透過(guò)BBB作用于腦部，只有游離型藥物才能透過(guò)血腦皮層，如治療窗窄藥物苯妥英、卡馬西平血漿蛋白結(jié)合率高達(dá)90%。血漿蛋白結(jié)合率的細(xì)微改變都會(huì)影響AEDs的游離型濃度，繼而影響其在大腦的濃度分布。

2.5 高原低氧介導(dǎo)器官血流量變化藥物吸收入體后隨著體循環(huán)分布到各個(gè)器官。機(jī)體缺氧后，血流量在機(jī)體重新分布，會(huì)優(yōu)先供給腦、心、肝、脾等重要器官[27]。研究表明海拔高度直接影響肝臟的血流灌注，肝動(dòng)脈灌注量隨著海拔的增高而升高，即肝臟總灌注量降低。藥物進(jìn)入體內(nèi)主要經(jīng)過(guò)肝臟代謝，肝血流量的改變會(huì)影響藥物在肝組織中的分布、代謝及肝毒性。研究表明，97%的丙戊酸經(jīng)過(guò)肝臟代謝途徑代謝，此代謝途徑中產(chǎn)生有肝毒性的代謝物，是對(duì)肝產(chǎn)生毒性的主要來(lái)源。例如在代謝產(chǎn)物4-ene-VPA和2,4-二烯-VPA濃度高低是否與患者的肝毒發(fā)生相關(guān)性的研究中發(fā)現(xiàn)，4-ene-VPA與患者肝毒發(fā)生相關(guān)性更大[28]。所以在進(jìn)行治療藥物監(jiān)測(cè)時(shí)，可以通過(guò)對(duì)具有肝毒性代謝產(chǎn)物4-ene-VPA進(jìn)行血藥濃度監(jiān)測(cè)來(lái)調(diào)整患者給藥劑量，以期降低藥物的肝毒性。這提示我們對(duì)于具有肝毒性的藥物應(yīng)注意在高原地區(qū)的用藥劑量并密切關(guān)注藥物的肝毒性程度。

3 結(jié)論

綜上，高原低氧環(huán)境下，機(jī)體胃腸道蠕動(dòng)變慢，局部器官血流量改變，藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體、代謝酶的活性及表達(dá)量發(fā)生變化，藥物血漿蛋白結(jié)合率也會(huì)變化，從而使藥物的藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)發(fā)生變化。對(duì)于高原地區(qū)AEDs的用藥研究，不僅要從藥代動(dòng)力學(xué)入手監(jiān)測(cè)控制服藥劑量及評(píng)價(jià)治療效果，后期應(yīng)更加關(guān)注AEDs的藥效研究。