五味子甲素與西羅莫司在成人及兒童中的藥物相互作用研究

孫予璇，張艾琳，左梅玲，朱立勤,3*，劉 薇

1.天津醫(yī)科大學(xué)一中心臨床學(xué)院，天津 300010

2.天津醫(yī)科大學(xué)眼科醫(yī)院、眼視光學(xué)院、眼科研究所，國(guó)家眼耳鼻喉疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心天津市分中心，天津市視網(wǎng)膜功能與疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300384

3.天津市第一中心醫(yī)院 藥學(xué)部，天津 300192

4.天津市兒童醫(yī)院，天津大學(xué)兒童醫(yī)院，天津 300047

西羅莫司是一種療效強(qiáng)、毒性低的新型免疫抑制藥物，在臨床上主要用于防治腎移植物的排異反應(yīng)，也是肝癌患者肝移植術(shù)后理想的免疫抑制藥物[1-2]。但西羅莫司自身藥動(dòng)學(xué)的個(gè)體間差異較大，且對(duì)細(xì)胞色素P450 3A（cytochrome P450 3A，CYP3A）、P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）有影響的藥物均會(huì)對(duì)西羅莫司的肝-腸代謝等藥動(dòng)學(xué)行為造成影響[3]，因此，西羅莫司與聯(lián)用藥物間的藥物-藥物相互作用（drug-drug interaction，DDI）就成為影響西羅莫司血藥濃度的關(guān)鍵因素之一[4]。因此，為保證西羅莫司治療過(guò)程中的療效及安全性，對(duì)西羅莫司的血藥濃度進(jìn)行治療藥物監(jiān)測(cè)（ therapeutic drug monitoring，TDM）尤為重要[4]。目前在臨床兒科患者中使用西羅莫司的血藥濃度研究數(shù)據(jù)不足，且年齡越小各種藥動(dòng)學(xué)參數(shù)越不穩(wěn)定[5-6]，故對(duì)于西羅莫司在兒童人群的臨床應(yīng)用更需要引起重視。

五味子為木蘭科植物五味子Schisandra chinensis(Turcz.) Baill.的干燥成熟果實(shí)，木脂素為其主要有效成分之一[7-8]，其主要成分可以抑制CYP3A 和（或）P-gp 的活性[9-11]。五味子甲素是五味子木脂素中具有藥理活性的重要單體，其藥理作用廣泛，具有保肝、抗?jié)冃越Y(jié)腸炎、抗腫瘤、保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞等藥理活性[12]。目前中藥與免疫抑制劑的相互作用已被廣泛報(bào)道[13-14]，鈣調(diào)磷酸酶抑制劑已被臨床批準(zhǔn)與五味子聯(lián)合給藥治療肝損傷，以降低肝毒性[14-17]。五味子提取物可提高他克莫司治療腎和肝移植受者的口服生物利用度，但對(duì)移植物存活的影響很小或沒(méi)有影響，由于他克莫司的腎毒性要比西羅莫司更大[18-19]，為了減少肝腎毒性和排斥反應(yīng)，西羅莫司將是更好的選擇[3]。此外，已有臨床試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在治療肝移植受者時(shí)，聯(lián)用五味子提取物的患者西羅莫司血藥濃度偶爾會(huì)顯著升高，從而增強(qiáng)免疫抑制作用并降低劑量[3]。

生 理 藥 動(dòng) 學(xué) （ physiologically-based pharmacokinetics，PBPK）是一種新型的建模技術(shù)，根據(jù)人體生理學(xué)與藥物基本信息和研究設(shè)計(jì)，模擬藥物在體內(nèi)的藥動(dòng)學(xué)特征[4,20]。目前主要應(yīng)用于設(shè)計(jì)安全有效的臨床試驗(yàn)、預(yù)測(cè)藥物的藥動(dòng)學(xué)過(guò)程和DDI，以及預(yù)測(cè)特殊人群中的藥動(dòng)學(xué)及不同種屬間的外推[20-23]。美國(guó)食品藥物管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）自20 世紀(jì)90 年代就開始推薦使用PBPK 模型代替動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體試驗(yàn)，但是目前在國(guó)內(nèi)PBPK 模型尚未被推廣，尤其在中藥的研究中很少使用[23-24]。本研究首次利用PBPK 模型，對(duì)新型免疫抑制劑西羅莫司和臨床常用中藥五味子的主要成分五味子甲素之間的相互作用進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，進(jìn)一步研究其相互作用的特征，以期為臨床成人及兒童的給藥方案提供有效參考。

1 材料與方法

1.1 軟件

PK-Sim?（版本11.0）。

1.2 藥物的理化特征參數(shù)和藥動(dòng)學(xué)參數(shù)的收集

西羅莫司、五味子甲素的理化參數(shù)、生化參數(shù)和藥動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)通過(guò)“PubMed”數(shù)據(jù)庫(kù)，以“西羅莫司”“五味子甲素”“生化參數(shù)”“理化參數(shù)”為主題詞進(jìn)行檢索，收集理化、生化參數(shù)以及物種體質(zhì)量、給藥劑量、給藥途徑及對(duì)應(yīng)藥時(shí)曲線數(shù)據(jù)。理化參數(shù)見(jiàn)表1、2。

表1 西羅莫司的PBPK 模型主要參數(shù)Table 1 Main parameters of PBPK model for sirolimus

表2 五味子甲素的PBPK 模型主要參數(shù)Table 2 Main parameters of PBPK model for schizandrin A

1.3 藥物PBPK 模型的建立與評(píng)價(jià)

1.3.1 成人PBPK 模型的建立與驗(yàn)證 將收集及預(yù)測(cè)的參數(shù)整合輸入到PK-Sim?軟件中，按照以下步驟展開模型的構(gòu)建：

（1）建立西羅莫司給藥的PBPK模型：選擇20～43 歲成人10、15 mg 的數(shù)據(jù)為建模數(shù)據(jù)，確定該人群的藥時(shí)曲線及藥動(dòng)學(xué)參數(shù)：最大血漿藥物濃度（maximum concentration，Cmax）和血藥濃度-時(shí)間曲線下面積（area under the plasma concentration-time curve，AUC）。

（2）建立五味子甲素給藥的PBPK 模型：選擇23～24 歲成人14.5 mg 的數(shù)據(jù)為建模數(shù)據(jù)，確定該人群的藥時(shí)曲線及藥動(dòng)學(xué)參數(shù)。

（3）模型評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)：采用2 種方法驗(yàn)證模型，第1 種方法是通過(guò)將預(yù)測(cè)的濃度-時(shí)間數(shù)據(jù)與觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行視覺(jué)比較來(lái)評(píng)估預(yù)測(cè)性能進(jìn)行驗(yàn)證；第2種方法是通過(guò)計(jì)算Cmax和AUC 等藥動(dòng)學(xué)參數(shù)的平均折疊誤差（Rpredicted/observed，Rp/o）進(jìn)行定量評(píng)估，以預(yù)測(cè)值與觀測(cè)平均值之比表示。如果Rp/o均在0.5～2.0，提示模型擬合良好。

（4）模型驗(yàn)證：選用驗(yàn)證集數(shù)據(jù)對(duì)上述PBPK模型進(jìn)行驗(yàn)證。

1.3.2 兒童PBPK 模型的建立 根據(jù)成人PBPK 模型建立兒童PBPK 模型。以5～11、12～17 歲兒童西羅莫司給藥3、15 mg/m2的數(shù)據(jù)為建模數(shù)據(jù)，確定該兒童人群的藥時(shí)曲線及藥動(dòng)學(xué)參數(shù)。按照“1.3.1”項(xiàng)下步驟進(jìn)行兒童模型的建立與驗(yàn)證。

1.4 DDI 的模擬

將已經(jīng)驗(yàn)證完成的PBPK 模型用于預(yù)測(cè)五味子甲素對(duì)西羅莫司的藥動(dòng)學(xué)的影響。PKsim 軟件具備健康受試者的相關(guān)生理學(xué)參數(shù)，可用于建立虛擬的健康成人以及兒童受試者人群。利用PKsim 軟件，設(shè)定用于預(yù)測(cè)的虛擬成人人群為健康成人受試者，年齡為18～60 歲，平均年齡30 歲，男∶女＝1∶1，共計(jì)100 人。五味子甲素與西羅莫司的給藥劑量和給藥間隔均根據(jù)臨床常規(guī)用藥方案制定：五味子甲素口服7.2 mg；西羅莫司單次口服給藥8 mg/m2，負(fù)荷劑量6 mg，維持劑量2 mg/d，持續(xù)給藥14 d。用于預(yù)測(cè)的虛擬兒童人群為健康受試者，年齡分為0～6、7～12、13～18 歲3 組，每組100 名健康兒童受試者，男∶女＝1∶1。五味子甲素口服給藥同成人；西羅莫司口服2.5 mg/(m2·d)，持續(xù)給藥14 d。

1.5 敏感性分析

通過(guò)PK-Sim?中的敏感性分析工具，計(jì)算單個(gè)參數(shù)改變時(shí)AUC 的相對(duì)變化，實(shí)現(xiàn)西羅莫司和五味子甲素之間的DDI 對(duì)單個(gè)參數(shù)的敏感性分析。靈敏度分析中選擇的參數(shù)應(yīng)具備參與、與優(yōu)化調(diào)整相關(guān)或?qū)δＰ陀休^強(qiáng)影響3 種特征之一。模擬AUC 的相對(duì)變化與最終模型中使用的參數(shù)在其值周圍的相對(duì)變化之比為參數(shù)的靈敏度（S）。

AUC 為初始AUC 值；?AUC 為參數(shù)變化1%時(shí)AUC 的變化量；P 為初始目標(biāo)參數(shù)值；?P 為參數(shù)變化1%的變化量

2 結(jié)果

2.1 藥物PBPK 模型的建立與驗(yàn)證

將西羅莫司、五味子甲素的PBPK 模型相關(guān)參數(shù)輸入PK-Sim?軟件中，模擬成人單次口服西羅莫司10、15 mg 與兒童單次口服3、15 mg/m2的PBPK模型，以及成人單次口服五味子甲素14.5 mg 的PBPK 模型。模擬的西羅莫司成人、兒童及成人五味子甲素藥時(shí)曲線圖見(jiàn)圖1～3，軟件模擬的西羅莫司、五味子甲素血藥濃度-時(shí)間曲線與觀測(cè)值基本擬合。選擇驗(yàn)證數(shù)據(jù)對(duì)PBPK 模型進(jìn)行預(yù)測(cè)性評(píng)價(jià)。結(jié)果見(jiàn)表3，預(yù)測(cè)的藥動(dòng)學(xué)參數(shù)與臨床觀測(cè)值均滿足0.5～2.0 倍的標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 西羅莫司成人10 (A)、15 mg (B) 的血藥濃度-時(shí)間曲線Fig.1 Blood concentration-time curve in adults with 10 (A) and 15 mg (B) sirolimus

圖2 西羅莫司給予5～11 歲兒童3 (A)、15 mg·m?2 (B) 和12～18 歲兒童3 (C)、15 mg·m?2 (D) 的血藥濃度-時(shí)間曲線Fig.2 Blood concentration-time curve in children aged 5—11 years old with 3 (A), 15 mg·m?2 (B) and children aged 12—18 years old with 3 (C), 15 mg·m?2 (D) of sirolimus

圖3 五味子甲素成人血藥濃度-時(shí)間曲線Fig.3 Schizandrin A blood concentration-time curve in adults

表3 西羅莫司和五味子甲素的PBPK 模型參數(shù)預(yù)測(cè)值和觀測(cè)值的比較Table 3 Comparison of predicted and observed parameters of PBPK model of sirolimus and schizandrin A

2.2 西羅莫司和五味子甲素的DDI 模擬結(jié)果

利用PBPK 模型預(yù)測(cè)2 種藥物聯(lián)合應(yīng)用時(shí)的DDI，成人單次口服西羅莫司聯(lián)用五味子甲素的預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖4-A，藥動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)及變化比率見(jiàn)表4；兒童單次口服西羅莫司聯(lián)用五味子甲素的預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4-B～D，藥動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)及變化比率見(jiàn)表5。結(jié)果顯示，成人中，單次五味子甲素聯(lián)合西羅莫司進(jìn)行臨床治療時(shí)，西羅莫司的Cmax和AUC 是單獨(dú)應(yīng)用時(shí)的1.05 倍和1.06 倍；多次給藥聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，西羅莫司的Cmax和AUC 是單獨(dú)應(yīng)用時(shí)的1.02 倍和1.26倍。當(dāng)聯(lián)用14 d 時(shí)，0～6 歲兒童組中，五味子甲素聯(lián)用將西羅莫司的Cmax和AUC 分別增加至單獨(dú)給藥時(shí)的1.63 和4.59 倍，相互作用程度顯著高于成人組，隨著年齡的逐漸增加，五味子甲素對(duì)西羅莫司的影響程度與成人逐漸接近。

圖4 在成人 (A) 和0～6 歲 (B)、7～12 歲 (C) 和13～18 歲 (D) 兒童中五味子甲素和西羅莫司聯(lián)用時(shí)的血藥濃度-時(shí)間曲線Fig.4 Blood concentration-time curve of schizandrin A and sirolimus in adults (A), children aged 0—6 years old (B), 7—12 years old (C) and 13—18 years old (D)

表4 在成人中西羅莫司聯(lián)用五味子甲素后1、14 d 的藥動(dòng)學(xué)參數(shù)變化Table 4 Pharmacokinetics parameters of sirolimus after 1, 14 d of combination with schizandrin A in adults

表5 在兒童中西羅莫司聯(lián)用五味子甲素后14 d 的藥動(dòng)學(xué)參數(shù)變化Table 5 Pharmacokinetics parameters of sirolimus after 14 d of combination with schizandrin A in child

2.3 敏感性分析

在模擬治療性單次口服給藥方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行敏感性分析，評(píng)估單個(gè)參數(shù)改變對(duì)五味子甲素與西羅莫司聯(lián)用時(shí)DDI 的影響。敏感性分析（圖5）顯示五味子甲素與西羅莫司聯(lián)用時(shí)，DDI 對(duì)藥物的CYP3A4 濃度以及西羅莫司的CYP3A4 的清除率、劑量、油水分配系數(shù)以及五味子甲素的劑量敏感，其中影響最大的參數(shù)是CYP3A4 的濃度。

圖5 PBPK 模型中對(duì)五味子甲素與西羅莫司的DDI 敏感性分析Fig.5 Sensitivity analysis of DDI between schizandrin A and sirolimus in PBPK model

3 討論

西羅莫司作為腎移植術(shù)后常用的免疫抑制劑，因其具有無(wú)腎毒性、抗腫瘤、可降低巨細(xì)胞病毒感染發(fā)生率等優(yōu)勢(shì)，受到臨床關(guān)注并得到廣泛應(yīng)用，但其藥動(dòng)學(xué)個(gè)體差異大、血藥濃度易受多種因素影響，考慮可能與TDM 周期長(zhǎng)、患者依從性不穩(wěn)定、DDI 等因素有關(guān)[29]。五味子提取物造成西羅莫司的藥動(dòng)學(xué)變異性可能是由于五味子通過(guò)調(diào)節(jié)CYP3A和（或）P-gp 和（或）腸道酶而改變其活性或含量，導(dǎo)致西羅莫司吸收增加，腸道代謝降低，生物利用度增加[3-4,28]。已有研究證明，PBPK 模型可以很好地描述健康受試者的西羅莫司的藥動(dòng)學(xué)，并可用于探索CYP 酶介導(dǎo)的DDI 對(duì)西羅莫司全身暴露的影響。

本研究建立的PBPK 模型預(yù)測(cè)值與臨床觀測(cè)值高度接近，說(shuō)明模型性能良好，可用于模擬預(yù)測(cè)五味子甲素與西羅莫司之間的DDI。在成人群體中，五味子甲素對(duì)西羅莫司影響程度并不顯著，可能的原因是該結(jié)果是由于五味子單個(gè)組分五味子甲素與西羅莫司的相互作用，而不是五味子木脂素的組合，因此，相對(duì)于五味子木脂素組合，本研究中的五味子甲素作為單組分，對(duì)于西羅莫司的影響程度可能被減弱。五味子存在多種活性成分，不同活性成分之間的藥動(dòng)學(xué)特征存在差異[30]，本研究目前僅限于研究五味子甲素對(duì)于西羅莫司的干預(yù)作用，結(jié)果證明所建立的PBPK 模型性能良好，可支持下一步深入研究，后續(xù)將納入五味子中其他有效物質(zhì)進(jìn)行進(jìn)一步研究，并比較不同物質(zhì)與藥物DDI 間的程度及區(qū)別。此外，西羅莫司的治療窗較窄，血藥濃度是衡量安全性的主要因素之一，與許多不良反應(yīng)的發(fā)生有著密切的關(guān)系[3,31]，聯(lián)用五味子甲素后，相對(duì)于AUC、Cmax升高不顯著，說(shuō)明五味子甲素聯(lián)用在提高了西羅莫司的療效的同時(shí)，對(duì)安全性的影響有限。敏感性分析結(jié)果表明CYP3A4 的濃度是影響五味子甲素與西羅莫司聯(lián)用時(shí)最顯著的參數(shù)，再次證明對(duì)于CYP3A4 的抑制作用會(huì)顯著影響DDI 的程度，與以往研究表明五味子甲素通過(guò)抑制CYP3A4 酶的含量與活性來(lái)影響西羅莫司的藥動(dòng)學(xué)行為的觀點(diǎn)相一致[4,9-11]。

研究還表明，在0～6 歲兒童群體中，五味子甲素與西羅莫司之間的DDI 與成人相比更加顯著。胎兒體內(nèi)CYP3A4 活性極弱或缺失，出生后開始升高，1 個(gè)月后可達(dá)到成人活性的30%～40%[32]，5～15 歲CYP3A4 活性僅為成人中平均值的25%[33]。因此，在兒童人群中的西羅莫司不易代謝，容易在體內(nèi)蓄積，這有可能解釋了在0～6 歲兒童中無(wú)論單用還是聯(lián)用的Cmax、AUC 均比成人高。最新研究證明，兒童年齡跨度較大，CYP3A基因型或許不能準(zhǔn)確解釋西羅莫司濃度的差異[34]。其他研究也證實(shí)CYP3A基因型不包括在西羅莫司兒童群體藥動(dòng)學(xué)中[35-36]，另外，中藥的復(fù)雜成分使得傳統(tǒng)的DDI 靜態(tài)模型在預(yù)測(cè)五味子DDI 方面可靠性降低[23]。因此，進(jìn)一步對(duì)于兒童體內(nèi)西羅莫司藥物代謝以及DDI 的研究是有必要的。

本研究成功建立了西羅莫司、五味子甲素在成人及不同年齡的兒童體內(nèi)的PBPK 模型，并以此預(yù)測(cè)了西羅莫司和五味子甲素在不同給藥劑量下的DDI。研究表明，西羅莫司在一定程度上增加了西羅莫司的療效，同時(shí)也保證了西羅莫司自身的安全性，且與年齡相關(guān)的CYP3A4 的濃度是影響五味子甲素與西羅莫司之間DDI 的最顯著參數(shù)。因此，在臨床應(yīng)用中，五味子甲素與西羅莫司聯(lián)用時(shí)需要實(shí)時(shí)進(jìn)行TDM，更需要綜合考慮監(jiān)測(cè)結(jié)果以及患者的病生理發(fā)展，制定更加適合患者的個(gè)體化用藥方案，特別是在兒童人群中，制定的合理化給藥方案在保證藥物治療效果和安全性的同時(shí)，最大程度提高患者的生命質(zhì)量。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突