藥物心、肝、腎毒性作用及機制的研究進展

宋恒智 王廷春 段小群

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

【關鍵詞】藥物;心臟毒性;肝毒性;腎毒性

引言

藥品安全性評價是新藥上市的重要部分，上市后如果發生安全問題就會導致不必要的發病率和死亡率。CMR International 的數據表明，在2006-2010年期間，毒性分別占臨床開發和臨床前開發中藥物研發失敗的22%和54%。2008-2017年期間，有321種新藥被美國食品藥品監督管理局（FDA）批準，同期，超過1000萬次的不良事件報告被FDA不良事件報告系統記錄下來。為了減少不必要的藥物安全性問題，全世界每年花費大量的資金進行藥物毒性研究。本文將對藥物的心、肝、腎毒性作用及機制研究進行綜述。

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，包括對心臟結構和功能的作用，如傳導心肌纖維化和肥大、傳導障礙、QT間期延長等，臨床上表現出不同的癥狀，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，B型鈉尿肽（BNP）在心衰診斷上有著廣泛的應用。如果BNP的水平持續升高，就要警惕心臟毒性的發生。研究表明，兩種心肌纖維化指標可溶性生長刺激表達基因2蛋白（soluble growth stimulating express gene 2，s ST-2）及半乳糖凝集素3（galectin-3）在預測心衰方面有巨大的潛力。在紫杉醇聯合鉑類藥物化療的心臟毒性研究中，心臟射血分數的降低與血清s ST-2、Galectin-3的增加有相關性。心力衰竭和炎癥之間的相互關系反映在血細胞穩態上。中性粒細胞-淋巴細胞比率、中性粒細胞-淋巴細胞比率（NLR）和血小板-淋巴細胞比率與心衰嚴重程度和預后有關。血液學指標可能是用于心衰患者院內預后的具有成本低廉且易于獲得的輔助生物標志物。研究表明 NLR > 0.48 是院內死亡率和住院時間延長的較強預測因子。

在對心肌細胞損傷的研究中，可以監測C反應蛋白、乳酸脫氫酶、肌鈣蛋白-1、肌酸激酶同工酶、谷丙轉氨酶等。有研究表明，阿霉素在心臟收縮功能下降方面與氧化應激和細胞凋亡機制密切相關，主要表現在提高超氧化物歧化酶、降低丙二醛、脂質過氧化物，抑制Bax-Bcl-2表達等方面。氧化應激、炎癥和細胞凋亡與順鉑的心臟毒性呈較高的關聯性，在給予順鉑的小鼠中，心臟組織表現出病理變化，血清中的谷丙轉氨酶、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，即使在心血管風險較低的成年患者中使用低累積劑量的蒽環類藥物時，含蒽環類藥物的化療也可以提高肌鈣蛋白水平。在一項依那普利的預防和治療研究中沒有觀察到心肌損傷方面的差異，如肌鈣蛋白增加，所檢測到的結果相似。考慮到依那普利在預防射血功能障礙方面的益處，使用肌鈣蛋白作為檢測心臟損傷的生物標志物似乎更準確。

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化。藥物肝毒性是藥物安全性評價的重要內容之一，藥物性肝損傷主要是指臨床用藥時，機體受藥物或其代謝產物的毒性作用而引發的肝損害。藥物引起肝臟毒性包括脂質過氧化、肝細胞過度凋亡、免疫損傷、肝藥酶活性改變、糖和脂肪代謝異常介導的肝臟損傷，也可能是誘發肝臟炎癥，改變肝臟結構及功能。從機制上可能是藥物產生較高的氧化應激反應、引起肝臟代謝紊亂、誘導凋亡性損傷、抑制代謝酶、損害線粒體功能、抑制谷胱甘肽合成等。

在一項用DILIsym軟件（DILIsym Services Inc，Research Triangle Park，NC）模擬藥物誘導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 是一種正在開發的治療癲癇的藥物，在健康志愿者中觀察到轉氨酶升高后關于此藥的研究被終止。DILIsym 將肝毒性機制的體外數據與預測的體內肝臟暴露相結合，重現了臨床肝毒性和在大鼠中觀察到的無肝毒性。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運蛋白抑制之間的相互作用。機制分析表明，PF-04895162對線粒體功能和膽汁酸轉運蛋白的協同作用可以解釋肝細胞損傷（以及由此產生的ALT升高）。更具體地說，PF-04895162對膽汁酸轉運蛋白的抑制驅動了細胞內膽汁酸的積累，從而誘導了線粒體毒性。膽汁酸介導的線粒體毒性與PF-04895162介導的電子傳遞鏈抑制劑抑制相結合，在更大程度上破壞了線粒體功能，而不是單獨使用任何一種機制。線粒體功能受損的雙重作用導致模擬人而非大鼠中的細胞死亡和相關的ALT升高。

在一項對補骨脂二氫黃酮甲醚肝毒性作用機制的研究中顯示，補骨脂二氫黃酮甲醚（BVC）引起肝毒性的原因可能與其引起的基因表達改變有關，因為BVC可以影響細胞代謝通路中基因的表達。對蛋白質組分差異的檢測報告中，HepaRG細胞經BVC處理前后，發現有三百多的差異蛋白，分別分析上升和下降趨勢較大的前10種蛋白。在上升趨勢蛋白中，趨勢最大的是GPC1和FC。推測GPC1基因的高表達與給予BVC有很高的關聯性，BVC的存在使得細胞中AKT、AMPK、EGFR等通路受到較大的干擾，進而干擾到細胞的遷移與生長，肝細胞受其影響而表現出BVC的毒性。下降趨勢蛋白中變化趨勢最大的是一個與細胞核mRNA輸出有關的蛋白——UPF2。研究發現BVC引起肝損傷的另一個機制，可能是mRNA的輸出由UPF2蛋白的表達下降而降低，mRNA的輸出減少導致蛋白質合成減少，進而表現出肝損傷。在差異蛋白的生物過程分析中，發現與翻譯、核糖體結構和生物發生有關的蛋白有10種，與脂質轉運與代謝有關的蛋白有11種。推測降低脂質在細胞內的轉移與代謝能力，導致細胞產生代謝紊亂是BVC產生肝細胞毒性的可能機制。

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在腎臟進行消除。一般化療藥物會影響腎小球、腎小管、間質和腎微血管系統，體現在患者身上表現的是從無癥狀的血清肌酐升高，到可能需要透析才能治療的嚴重急性腎功能衰竭。抗生素和其他抗菌藥物最常見的是急性間質性腎炎、急性腎小管壞死、腎小管內晶體沉積和近端/遠端腎小管病變伴電解質消耗異常。

馬兜鈴酸可導致嚴重的腎衰竭等，一般認為其作用機制與其代謝物馬兜鈴內酰胺產生過程中代謝產物有關。除引起較嚴重的腎癌外，馬兜鈴酸的還有其他毒性作用，包括腎小管上皮細胞的壞死、凋亡和轉化等。研究表明，馬兜鈴酸可影響代謝途徑的基因表達，其機制與原發性腎癌的Warburg效應相似。馬兜鈴酸和原發性腎癌均上調PI3K途徑，但是馬兜鈴酸上調的是PI3K1A家族蛋白的水平，而原發性腎癌上調的是PI3K1B家族的蛋白水平。另外，馬兜鈴酸不僅可以誘發腎癌，還會通過損傷腎小管上皮細胞致其壞死而引起腎間質纖維化。在馬兜鈴酸引起的差異表達基因中，細胞周期蛋白P21異常高表達，抑癌基因Primal異常低表達，但是這兩種蛋白質在原發性腎癌中并無異常，說明其有作為腎毒性評價的生物標志物的潛力。另外，馬兜鈴酸可以上調致癌基因PANX2、WNT7B和下調Acad1l、Enpep，其異常表達與原發性腎癌表達類似。

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激和線粒體異常密切相關。BDE-47通過同時抑制線粒體融合和裂變來降低細胞活力并破壞線粒體動力學，導致線粒體膜電位減少、活性氧過度生成、ATP耗竭和細胞解體，并呈劑量依賴性。BDE-47暴露后PK15細胞的腎毒性是線粒體形態異常的結果，這是由于線粒體融合和裂變的不平衡伴隨著活性氧的過度產生。研究觀察到BDE-47引發氧化應激，導致線粒體膜電位崩潰，融合和裂變蛋白表達降低，導致線粒體動力學中斷，并最終導致細胞功能障礙。BDE-47可通過誘導活性氧過度分泌和小鼠腎細胞凋亡來降低細胞活力，這可能是對氧化應激失衡的反應。

4討論與展望

上世紀以來，人類發現和開發了各種新藥，大部分藥物給人類來帶來了福音，減輕了很多病痛和死亡人數。不過新發現和原有藥物的毒性仍然是人類面臨的一大問題，由于藥物毒性導致的悲劇數不勝數。為了減少藥物毒性引起不必要的損失，全世界對藥物的開發和使用做了很多嚴格的要求。在無數前人的帶領下，藥物毒性方面的研究日趨完善，研究領域已深至毒性機理等方面。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，不過依然有許多未探明的機制待研究。研究人員應該在藥物毒性方面進行更加深入的研究，研究透徹藥物的毒理，在新藥毒理預測上更進一步，縮短藥物研發周期，開發出高效低毒的藥物。

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