鈣調神經磷酸酶抑制劑體內處置的臨床決定因素及機制研究進展

張 璐，李晶潔，閆佳佳，王長希，黃 民，陳 孝，陳 攀

(中山大學1. 附屬第一醫院藥學部，廣東 廣州 510080；2. 附屬第六醫院生殖醫學中心，廣東 廣州 510655；3. 附屬第一醫院器官移植中心，廣東 廣州 510080；4. 臨床藥理研究所，廣東 廣州 510080)

鈣調神經磷酸酶抑制劑(calcineurin inhibitor，CNI)他克莫司和環孢素是實體器官移植中大多數免疫抑制方案的基石，但其使用因為具有較高的藥代動力學(pharmacokinetic，PK)和藥效學變異性而變得復雜。因此，臨床醫生常規基于治療藥物監測(therapeutic drug monitoring，TDM)來調整CNI的劑量，以使其血藥濃度保持在治療窗內。但是TDM有局限性，例如治療窗作為相對合理濃度范疇不能保證有效性及安全性，TDM不能預測劑量需求及與藥物的相互作用程度。此外，常規CNI的TDM是基于全血濃度，但是全血濃度與游離濃度(藥理活性形式)的比例在隨時變化。鑒于此，必須在了解特定臨床環境下決定個體患者體內CNI處置因素的基礎上，個性化使用CNI。本文綜述了有關CNI的PK變異機制相關的研究，涵蓋吸收、血液分布、組織分布、代謝、排泄以及與藥物的相互作用環節。

1 影響CNI處置的機制—CYP3A和P-gp

影響CNI處置的因素通常是通過對CYP3A和(或)P-gp的影響來實現。他克莫司和環孢素都是CYP3A4和P-gp的底物和抑制劑，他克莫司的抑制作用低于環孢素[1]，其解釋可能是他克莫司的劑量比環孢素低20～50倍，在人體內沒有達到體外抑制所需的濃度。基于生理學的PK模型估計腸細胞中的CNI濃度比血液和大多數其他組織中的游離濃度高出10倍[2]。因此，CYP3A4抑制的相關程度更可能發生在腸細胞而不是肝臟。

當CYP3A底物轉化為代謝中間體與CYP3A不可逆地結合，導致酶的快速降解時，就會發生基于機制的抑制。許多藥物和草藥成分都是基于機制的CYP3A抑制劑，它們能強烈抑制腸道CYP3A活性[3]。腸道中的絕對酶含量低于肝臟，腸細胞的周轉率高于肝細胞。因此，腸道CYP3A可能更容易被耗盡。

CYP3A4和P-gp的誘導是一個緩慢的過程，涉及轉錄激活，需要幾天的時間才能起效。孕烷X受體(pregnane x receptor，PXR)和組成型雄烷受體(constitutive androstane receptor，CAR)是一類代謝相關核受體，能調節多種藥物代謝酶和轉運體的表達，包括CYP3A和P-gp。由于這些非特異的誘導途徑，外源性物質通常會同時上調多個酶和/或轉運體的表達，如利福平可以同時上調CYP3A、CYP2C8、CYP2C9、P-gp等的表達。

2 CYP3A和P-gp在腸道的分布

腸道對他克莫司首過代謝起關鍵作用，CNI的PK變異性與吸收過程中的腸道代謝有關，而不是僅與肝臟代謝有關。在腸壁中有表達許多I和II相代謝酶以及轉運體。CNI是高度親脂性的，很容易擴散到腸細胞，在那里它們可以被 CYP3A代謝，被P-gp泵回腸腔或者通過基底膜擴散到門靜脈循環。由于CNI通過P-gp反復的再循環到腸腔中，每次通過腸細胞都為CYP3A介導的代謝提供了新的機會。這種連續的流出也使細胞內CNI的濃度保持較低，并防止了酶代謝能力的飽和。產生的代謝產物也是P-gp的潛在底物，并且親水性更高，更可能保留在管腔一側。

CYP3A和P-gp在整個腸道具有相反的表達梯度。腸上皮細胞中CYP3A4的表達量從近端到遠端逐漸降低。人腸上皮細胞中P-gp的表達量在不同研究之間差異很大，但總體趨勢與CYP3A4相反，即從胃到結腸逐漸升高[4]。遠端小腸中的CYP3A4含量低，因此，盡管P-gp含量很高，他克莫司從遠端腸道的吸收可能比近端腸道更有效。

2.1 腹瀉/腸道炎癥對CNI處置的影響感染性和非感染性腹瀉可顯著增加他克莫司的生物利用度，腹瀉導致他克莫司谷濃度升高的可能機制是腸道運輸時間的減少，導致他克莫司向遠端小腸和結腸的遞送增加，這些小腸和結腸能夠吸收更多的他克莫司。在一項對6名健康志愿者使用定點放射標記膠囊的研究中，比較了他克莫司在小腸遠端和近端結腸中的定時釋放量。與近端結腸相比，小腸遠端具有較高的AUC[5]。使用紅霉素呼氣試驗(erythromycin breath test，EBT)對20名腎移植受者的P-gp活性進行的功能分析，與對照組相比，腹瀉患者的腸道P-gp活性降低了50%，腹瀉對腸道或肝臟的CYP3A活性沒有顯著影響[6]。

腸道損傷和炎癥也會通過改變P-gp和CYP3A的表達和活性來影響CNI的處置。體外和動物實驗均表明，在內毒素等炎性刺激下，CYP3A4在肝細胞和腸道細胞中的表達下調，機制涉及炎癥反應抑制CYP3A4上游調控核受體PXR和CAR的激活。同樣，發炎的腸粘膜的活檢樣本顯示CYP3A4的表達低于未發炎的粘膜。多數人體內研究表明，腸道損傷和炎癥會降低P-gp的表達。

2.2 腸道微生物對CNI處置的影響一項關于腎移植患者腸道菌群變化的研究發現，與健康人群比較，腎移植患者體內普拉俊菌(Faecalibacterium prausnitzii)減少具有統計學差異[7]。而在19名腎移植受者中進行的一項研究表明，移植后3個月，糞便中普拉俊菌的含量與他克莫司的較高劑量需求存在關聯，這可能是因為該細菌產生的丁酸鹽是腸細胞的能量來源，并可能刺激上調CYP3A4和P-gp活性[8]。另一項在24名心臟移植早期(<3個月)患者中的研究發現，他克莫司高劑量需求患者有更高的腸道菌群多樣性[9]。

3 CNI的血液分布

因為CNI的親脂性和紅細胞中存在免疫親和素，CNI與紅細胞高度結合。他克莫司在全血與血漿中的含量比為13-114 ∶1。血漿中的他克莫司與白蛋白、α1-酸性糖蛋白和球蛋白高度結合，而與脂蛋白的結合程度較小，游離的他克莫司占比低于1%。環孢素在全血與血漿中的含量比為2-3 ∶1，血漿中的環孢素與脂蛋白結合，游離的環孢素占比在1%～5%。淋巴細胞中含有0.5%～5%的循環CNI。在較高的CNI濃度下，全血與血漿的比率較低。測定CNI的全血濃度是臨床實踐中定量的首選方法。對于他克莫司，未結合的濃度非常低，以至于難以檢測到[10]。

血液中游離的他克莫司與組織區室保持動態平衡，并決定了生物學效應和肝臟提取率。即使游離的他克莫司肝清除率中等較高，但大部分他克莫司被截留在紅細胞中，僅緩慢(超過幾分鐘)與血漿達到平衡，因此避免了過高的肝臟提取，導致肝臟全血清除率較低(占肝臟血流量的±3%)。紅細胞壓積和白蛋白的變化增加了CNI的清除率和劑量需求，但對游離部分沒有顯著影響。當紅細胞壓積降低時，游離部分會短暫增加，但會被肝臟迅速提取。最終結果是相同的游離濃度(和治療效果)，但由于清除率較高，全血濃度降低，每日劑量需求增加。白蛋白的變化也是如此，預計不會影響游離濃度。在一些臨床情況下，全血濃度的改變僅是血液分布改變的結果，而游離血藥濃度不變。例如，妊娠期患者的血容量增加，而血紅蛋白、白蛋白和a1-酸性糖蛋白下降。Zheng等[11]報道由于血容量增加，10名孕婦需要增加45%的平均劑量才能維持他克莫司的谷濃度水平，但是劑量增加，而血紅蛋白、白蛋白和a1-酸性糖蛋白下降，導致游離的他克莫司AUC增加173%，這可能與觀察到的妊娠腎移植受者較高的感染率、高血壓和先兆子癇有關。因此，在貧血和(或)嚴重低白蛋白血癥的患者中，他克莫司的全血濃度會低估游離的濃度，維持相同的全血水平可能會增加中毒的風險。

許多臨床PK研究證實，紅細胞壓積與他克莫司血藥濃度呈正相關。紅細胞壓積增高，他克莫司的清除率下降，測定他克莫司全血濃度來評估療效可能導致他克莫司的療效水平低估0%～20%[12]；相反，隨著血細胞壓積降低，他克莫司的清除率增加，測定他克莫司全血濃度來評估療效，可能導致他克莫司療效水平高估10%～40%。兒童腎移植患者紅細胞壓積低于成人參考值，可根據紅細胞壓積校正他克莫司劑量和濃度。更高的白蛋白水平為增強他克莫司清除率的協變量[13]。由于環孢素與血漿脂蛋白高度結合，因此脂蛋白水平的變化對血液分布和劑量需求也有類似影響，但不如貧血對他克莫司的影響明顯。

4 CNI的組織分布

雖然CYP3A主要決定CNI的“進出”，即限制進入人體的藥物數量，然后將其清除，但不同組織之間CNI濃度的差異在很大程度上取決于組織或細胞特異性的P-gp活性、脂肪含量和免疫親和素濃度。

4.1 腦P-gp作為主要的轉運體，在限制CNI的腦滲透中發揮重要作用。ABCB1C3435T多態性的存在與P-gp功能下降有關，導致幾種P-gp底物(如苯巴比妥)具有較高的腦滲透性[14]。無論是由于基因多態性或伴隨使用P-gp抑制藥(如維拉帕米)，血腦屏障的P-gp功能降低都可能導致更高的CNI腦濃度和更高的神經毒性。ABCB1多態性對P-gp功能的體內作用尚有爭議。在63位骨髓移植受者中進行的一項研究報告發現，環孢素相關神經毒性的預測因素之一是ABCB1C1236T和G2677T/A基因型。然而，對103名接受他克莫司治療的腎移植受者研究發現了相反的關聯：ABCB1野生型等位基因2677GG和1236CC與神經毒性的最高風險相關[15]。

4.2 外周血單核細胞外周血單核細胞(peripheral blood mononuclear cells，PBMCs)內的CNI濃度直接決定免疫抑制效應。P-gp功能和基因型是PBMCs內濃度的重要決定因素。ABCB1 mRNA的表達與細胞內CsA濃度呈顯著負相關[16]，而P-gp抑制劑如維拉帕米以劑量依賴性方式增加PBMCs內環孢素的濃度。關于ABCB1基因多態性對他克莫司藥效學的研究發現，ABCB1 3435C>T 單核苷酸多態性對腎移植患者T細胞P-gp活性有影響，相比于3435CC基因型患者，ABCB1 3435TT患者T細胞內CNI濃度更高[17]。另有研究表明，ABCB1 1199AA患者P-gp活性降低降低，PBMCs內他克莫司濃度增加[18]。同樣，在一項對96名腎移植受者的研究中，多因素分析顯示，ABCB1 3435T、1199A和2677T/A等位基因攜帶者的P-gp活性降低，PBMCs內他克莫司濃度增加[19]。此外，性別也可能影響CNI的細胞分布。在研究非裔美國人和高加索腎移植受者環孢素PK特征和PBMCsABCB1表達的性別差異時，發現女性腎移植患者PBMCs環孢素清除較慢，ABCB1基因表達較低，提示外排活性降低，細胞內藥物暴露較多[20]。

Yoon等[21]研究發現CYP3A5基因型可以影響單核細胞內他克莫司的代謝，與CYP3A5*1/*1或CYP3A5*1/*3患者相比，CYP3A5*3/*3患者的他克莫司及其代謝物的AUC0-12和劑量調整后的C0更高。另一項研究結果表明，與年輕患者相比，老年患者的環孢素清除率降低了34%，但淋巴細胞內環孢素與全血環孢素的比率高出44%，該變化與ABCB1基因型和CYP3A5或ABCB1 mRNA水平無關[22]。同等谷濃度水平下，較高的淋巴細胞內CNI濃度可以解釋老年患者不易發生急性排斥反應，同時更容易出現免疫過度抑制。

4.3 肝臟一旦從胃腸道吸收，CNI就會經肝代謝和膽汁排泄。環孢素是一種中低肝攝取率藥物，而他克莫司是一種低肝攝取率藥物，因此，預期肝功能障礙對首過代謝和口服生物利用度的影響是中度的[23]。肝硬化患者的內在肝清除率較低，但由于他們經常伴有貧血和低白蛋白血癥，因此可用于肝清除的游離部分會增加。多數研究證實，中至重度的肝功能障礙才會顯著影響CNI的處置。在122名骨髓移植受者的隊列研究中，與膽紅素<20 mg·L-1的患者相比，膽紅素為20～99.9 mg·L-1的患者他克莫司清除率降低了20%，而當膽紅素>100 mg·L-1時，他克莫司清除率降低49.9%[24]。與對照組相比，輕度肝功能不全(Child-Pugh評分6-7)對他克莫司清除率沒有影響。

在肝移植中，移植的肝臟大小也是劑量需求的決定因素。在成人右葉活體肝移植患者中，在術后前兩個月，與非小體積移植物受體相比，小體積移植物受體的他克莫司劑量需求明顯降低[25]。而環孢素分布體積和清除率高于他克莫司，其血漿濃度與肝臟體積無關。小體積肝移植兒童的他克莫司濃度升高可能與其肝代謝較低相關。這很可能是因為肝臟較低的他克莫司代謝相關。

患有丙型肝炎的肝腎受者的CNI劑量需求較低，這種影響在病毒復制活躍的PCR陽性患者中最為明顯，可能的機制是肝細胞中的病毒復制、炎癥和輕度肝損傷會干擾藥物代謝。

4.4 腎臟腎臟對CNI代謝清除的影響很低。但是，嚴重的慢性腎臟疾病會至少部分通過尿毒癥毒素，炎性細胞因子和甲狀旁腺激素的作用影響非腎臟消除藥物的處置，這些作用可以抑制或誘導多種腸道和肝酶和轉運體[26]。盡管如此，慢性腎臟疾病對CNI處置的凈效應似乎有限。在絕大多數移植受者的CNI群體藥代動力學研究中，腎功能不是劑量需求的預測因素之一[27]。

腎小管上皮細胞表達P-gp和CYP3A5，但很少表達CYP3A4。CYP3A5和P-gp基因型影響CNI的腎臟代謝[28]，從而導致潛在的CNI代謝物在腎內蓄積的毒性。Zheng等[11]研究顯示，表達CYP3A5的腎臟對環孢素和他克莫司的尿表觀清除率較高，與腎內代謝增加相關聯。

5 藥物相互作用

通過抑制CYP3A和/或P-gp導致CNI暴露顯著增加的藥物主要為唑類抗真菌藥、鈣通道阻滯劑(主要為維拉帕米和地爾硫卓)、HIV蛋白酶抑制劑(尤其是利托那韋)、大環內酯類藥物(阿奇霉素除外)等。其中許多藥物同時抑制CYP3A和P-gp。唑類抗真菌藥是CNI代謝的最強抑制劑之一，但不是基于機制的抑制劑；阿奇霉素是基于機制的抑制劑，但臨床經驗表明，它對CNI代謝的影響很低。CYP3A和P-gp的主要誘導藥物是利福平、抗驚厥藥和皮質類固醇。

某些藥物相互作用具有潛在的藥物經濟學或治療效益。在中國，五酯片或五酯膠囊可以提升他克莫司谷濃度，減少他克莫司劑量，明顯降低藥物費用。當CNI達到中毒濃度且透析不能有效去除時，苯巴比妥和苯妥英鈉可被嘗試用于加速CNI的肝清除，盡管此方法的有效性可能會受到誘導肝酶所需較長天數的限制。

CNI的DDI通常在腸屏障水平比在肝水平更為明顯。抑制劑和誘導劑對口服生物利用度的影響大于對肝清除率的影響。其原因可能是，與肝細胞相比，口服藥物在腸細胞中的濃度要高得多，而腸道中CYP3A的絕對含量低于肝臟，因此基于機制的抑制劑更容易耗盡CYP3A4。該理論的臨床意義在于，與靜脈聯合給藥相比，口服聯合給藥往往對CNI體內暴露產生更大的影響。

與他克莫司相比，環孢素對DDI的敏感性明顯降低。研究表明，伊曲康唑的口服聯合給藥對環孢素谷濃度的影響顯著低于他克莫司[29]。CNI和HCV蛋白酶抑制劑波普瑞韋和特拉匹韋[30]的口服聯合給藥也發現類似的結果[30]。特拉匹韋使他克莫司劑量校正后AUC增加70倍，但環孢素的AUC僅增加了4.3倍。可能的解釋是環孢素本身對CYP3A4和P-gp的持續抑制會減弱抑制劑的額外作用。如前所述，抑制劑的最重要作用是增加CNI的生物利用度。如果患者的生物利用度為10%，則在完全抑制CYP3A4和P-gp的情況下，理論上患者生物利用度可以增加10倍至約100%。如果生物利用度為50%(例如由于之前使用了抑制劑)，則只能增加2倍。CNI的基線生物利用度與CYP3A4和P-gp活性有關，因此，它是患者對抑制和誘導的易感性的關鍵因素。

6 結論和展望

隨著對CYP3A和P-gp動力學的了解不斷加深，逐漸揭開對CNI體內處置的影響因素(例如腹瀉、移植術后時間)的機制。CNI全血谷濃度和劑量需求的變化與紅細胞壓積和血漿蛋白相關的CNI的血液分布的改變關系顯著。優化CNI使用的PK模型應該涵蓋藥物遺傳學信息、臨床變量，以及可能使用藥物探針對CYP3A和P-gp活性進行功能評估。鑒于CNI的治療窗窄，需要使用PK模型來預測其DDI的影響程度。CYP3A5基因型和CYP3A4基線活性影響個體對DDI的易感性，但目前這些因素尚未納入CNI相互作用的預測性PK模型。