藥物性肝損傷的影響因素研究進展
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藥物性肝損傷的影響因素研究進展
Progress in Influence Factors on Drug Induced Liver Injury
作者
谷麗維，朱慶，李曉東，冉慶森，沈建英
中國中醫科學院中藥研究所
北京凱因科技股份有限公司藥物研究院
摘要
藥物性肝損傷( DILI) 已成為醫生、科研人員、製藥企業及藥品管理部門所關注的熱點問題，研究藥物性肝損傷的影響因素對準確預測和預防藥物性肝損傷的發生十分重要，但目前對藥物性肝損傷的了解仍然有限。
實際上，藥物性肝損傷的發生風險和臨床轉歸是由藥物和機體多個方面的相互作用來決定。
筆者系統性的討論影響藥物性肝損傷發生髮展的藥物特性和機體因素，為進一步深入了解藥物性肝損傷提供支持。
正文
藥物性肝損傷( drug-induced liver injury，DILI) 是目前臨床醫生、科研人員、製藥企業及藥品管理部門極具挑戰的難題之一，吸引了越來越多的工作者進行研究，過去15 年間發表的相關研究成果逐年遞增。
在美國，DILI 是引起急性肝衰竭和肝移植的主要原因。
我國DILI 住院診治人數有升高趨勢，其中中藥、抗結核葯、補充和替代藥物引起的肝損傷最為常見。
在非臨床研究階段，大約有50%的候選化合物由於高劑量產生的肝毒性而被放棄。
同時，DILI 也是導致新葯臨床試驗失敗和撤市的主要原因。
最近的一項調查顯示， 10 萬人中每年發生DILI 的人數約有19 人。
美國DILI 網記錄了650 多種可引起DILI 的藥物及病例，這些不同藥物的DILI 發生率和肝損傷程度不同，提示藥物本身是引起DILI 的一個危險因素。
然而，那些能引起肝損傷的藥物往往只引起少數病人產生肝損傷，可見機體因素在DILI 的發生髮展過程中也起了重要作用。
美國胃腸病學會將DILI 分為固有性和特異質性肝損傷。
固有DILI 與藥物劑量相關，特異質DILI 與劑量無關，不可預測。除個別DILI 是可預測的及具有劑量依賴性外( 如對乙醯氨基酚) ，絕大部分DILI 都屬於特異質反應。
實際上，大約有10%對乙醯氨基酚引起的肝損傷是發生在治療劑量範圍內，這表明機體因素能夠影響對乙醯氨基酚肝損傷的發生。
同時，服藥劑量也是決定發生特異質肝損傷的重要因素。
因此，藥物劑量和機體因素可能在DILI 的發生髮展過程中同時發揮作用。
目前認為DILI 的發生機制是: 當藥物或其代謝物的暴露量超出肝臟的代謝能力後，初步造成肝細胞損傷並釋放損傷相關模式分子( DAMPs) ，隨後啟動固有免疫應答和適應性免疫應答，產生炎症反應和損傷。
組織損傷和修復的綜合作用決定了臨床轉歸。
可見，藥物的暴露量和理化性質在細胞損傷的起始階段發揮重要作用，而機體因素決定了個體對毒性損傷和損傷修復的反應。
筆者系統性的討論了影響DILI 發生髮展的藥物特性和機體因素，為進一步了解DILI的發生機制提供支持。
1
與DILI 相關的藥物因素
1. 用藥劑量
絕大部分的DILI 是在常規劑量及正常用法下，僅發生在少數病人中的不良反應，往往被認為不具有劑量依賴性。
然而，Uetrecht 首先發現日用藥量≤10 mg 的藥物很少產生DILI，由於肝毒性被「黑框警告」的上市藥物尼美舒利、波生坦等的建議日服用量≥50 或100 mg，並且流行病調查也顯示由於DILI 導致肝移植患者的日用藥量往往≥50mg。
因此，藥物劑量和DILI 之間具有重要的相關性，當日用藥量超過毒性閾劑量後將增大發生DILI 的危險。
不過，僅僅用日用藥量來預測DILI 是不可靠的，因為大部分藥物的治療作用劑量≥50 mg。
2. 親脂性
藥物的理化性質影響藥物的細胞攝取和藥物的葯動學過程。
Chen 等研究了藥物的親脂性和日服用量對DILI的影響，結果發現，當日服藥量≥100 mg 和藥物油水分配係數≥3 時，發生DILI 的風險明顯升高，結合親脂性和日服藥量預測DILI 比單純用日服藥量預測的準確度大大提高。
高親脂性可促進肝細胞從血液中攝取藥物，增強藥物代謝併產生大量活性產物。
除了親脂性，藥物的相對分子質量也與肝毒性具有相關性。
3. 形成活性代謝物
研究發現，絕大多數可誘發DILI 的藥物都在肝臟被代謝轉化成了活性代謝物。
活性代謝物不但能與肝細胞的大分子蛋白共價結合形成加合物，通過免疫反應誘導肝損傷，也能發揮直接毒性作用而引起肝損傷。
膽小管分泌的活性代謝物可通過耗竭谷胱甘肽和/或葡萄糖醛酸內酯損傷膽管細胞或誘導免疫反應，從而引起膽汁淤積。
相反，Obach等研究發現，不能通過檢測活性代謝物與肝微粒體的共價結合預測藥物肝毒性。
另一項通過大約100 個化合物的研究也表明，動物實驗觀察到的肝毒性與代謝物的共價結合程度之間沒有相關性。
對於某一類藥物來說，特定的化學結構往往能更準確的預測肝毒性。
例如，抗潰瘍葯ebroditine具有溴苯環，法莫替丁不具有溴苯環，前者代謝後可形成具有肝毒性的產物。
喹諾酮類藥物替馬沙星和曲伐沙星由於都有氟化側鏈而肝毒性明顯，其他喹諾酮類由於沒有此結構而肝毒性較弱。
4. 誘導氧化應激
氧化應激是指體內氧化與抗氧化作用失衡，機體產生過多活性氧(ROS) ，超出氧化物的清除能力而導致組織損傷。
藥物引起的氧化應激也是產生DILI 的重要危險因素。
藥物代謝後引起的細胞氧化應激或線粒體氧化應激可造成肝細胞氧化性損傷，損傷的肝細胞進而引起炎症反應，因此，細胞內抗氧化防禦體系和炎症調節因子對於DILI 的發生髮展至關重要。
過多的ROS 能直接損傷DNA、蛋白和細胞脂質，通過免疫反應損傷肝細胞。一些藥物( 如丙戊酸) 可通過破壞線粒體呼吸鏈的穩態和啟動JNK 信號通路產生ROS，造成線粒體膜通透性增加和肝細胞死亡。
5.抑制肝臟轉運蛋白
肝細胞分泌膽汁酸鹽到膽小管主要是通過肝臟轉運蛋白家族完成，如ATP 依賴性膽鹽輸出泵( bile salt exportpump，BESP) 。
BESP 的功能損害後會造成過多的膽汁酸鹽在肝內淤積，誘導氧化應激及肝細胞的死亡和凋亡。
有研究表明，在體外能夠抑制BESP 功能的藥物或代謝產物有可能引起DILI，一些因肝毒性撤市或被警告的藥物如曲格列酮、伊馬替尼也可抑制BESP，但是有些BESP 抑製劑如吡格列酮和辛伐他汀的肝毒性則較弱。
因此，還不能僅根據抑制BESP 的活性判斷DILI 的風險，還應考慮其他因素。
最近的一項研究表明，對BESP 和線粒體功能都有影響的藥物產生DILI 的風險更高。
因為線粒體功能的失調將減少ATP 的產生，這將加重BSEP 的抑制作用。
肝臟轉運體P-糖蛋白在介導化療葯的多葯耐藥方面起到重要作用，許多多葯耐葯P-糖蛋白( MRP) 家族成員都具有轉運有機陰離子、膽紅素和藥物代謝物的能力，如MRP2 /3 /4、BSEP。
研究表明，檢測藥物抑制MRP3 /4、BSEP 的能力比單獨檢測抑制BSEP 能更準確預測發生的DILI 風險。
由於肝細胞處於高度活化狀態，轉運蛋白具有多功能性，個體和藥物之間的相互作用可引起DILI 不同的臨床轉歸，如膽汁淤積、肝細胞脂肪變性等。
2
與DILI 相關的機體因素
1. 影響藥物代謝動力學的機體因素
藥物在體內的吸收、分布、代謝和排泄對DILI 的產生有十分重要的影響。
例如減少用藥量或延長用藥間隔將會降低藥物的肝毒性風險，增加用藥量或縮短用藥間隔則會升高DILI 風險。
這也表明前面所述易感人群用藥量超過毒性閾劑量後引發DILI 的風險增加。
患者間的某些個體差異會影響藥物在肝臟中的血葯濃度，如個體間不同的藥物吸收、代謝和排泄能力、表觀分布容積、靶部位血流量、營養狀態、年齡、遺傳因素和環境因素等。
年齡是影響藥物動力學過程的一個重要因素。老年人由於腎血流量減少，肝代謝功能退化，因此發生DILI 的風險更高。
例如老年患者服用異煙肼後更容易產生肝毒性。針對異煙肼用藥人群DILI 的一項回顧性調查結果顯示，35 ～ 49 歲和≥50 歲兩個年齡段人群的DILI 發生率分別是25 ～ 34歲人群的2 倍和5 倍。
然而，實際情況卻並非總是如此，西班牙藥物性肝損中心記錄中只有46% 的DILI 患者年齡大於60 歲，美國DILI 網記錄中只有18. 5%的DILI 患者年齡超過65 歲。
此外，老年DILI 患者與年青患者的DILI類型有明顯不同，老年患者一般是膽汁淤積性和混合性，年青患者往往是肝細胞性。
嬰幼兒由於生理機能未完全發育成熟，發生DILI 的風險也會升高。
肝葯酶和轉運蛋白的遺傳多態性被認為是影響個體DILI 風險的重要因素。
肝葯酶和轉運蛋白的基因表達受到先天遺傳變異、表觀遺傳修飾、年齡、性別、激素、營養狀況、飲酒和聯合用藥等因素的影響。
例如，不同人種間抗結核葯DILI 的一些差別是由於編碼NAT2，CYP2E1，GSTM1 和GSTT1 的基因不同造成。
有研究發現，哌克昔林引起的肝毒性與CYP2D6 酶缺陷有關，錳超氧化物歧化酶C 突變等位基因的存在和谷胱甘肽S 轉移酶的缺陷與抗結核藥物引起的肝毒性有關。
慢乙醯化代謝型人群服用異煙肼後發生DILI 的發生率高於快乙醯化代謝型。
雖然以上例子表明肝葯酶的遺傳多態性增加了發生DILI 的風險，但卻不能解釋肝毒性藥物未能導致特定基因型患者都發生DILI，可見遺傳多態性不是影響DILI 的主要因素。
性別、青春期發育、性激素和炎症因子都對肝葯酶活性有影響。
例如，男性比女性清除對乙醯氨基酚的速率快，因為男性具有更高的葡萄糖苷酸化速率。
CYP3A4 是人體含量最豐富的肝葯酶，具有廣泛的代謝底物，研究表明，CYP3A4底物的代謝具有明顯的性別差異，女性體內的代謝快於男性。
炎症反應釋放的細胞因子能夠明顯抑制細胞色素P450 單加氧酶和轉運蛋白的活性。
生活方式、疾病狀態、聯合用藥等因素也會改變藥物的體內過程。
酒精是肝葯酶誘導劑，飲酒通過誘導CYP2E1 活性從而促進較多的對乙醯氨基酚分解為N-乙醯苯亞胺醌( NAPQI) ，增加發生肝臟毒性反應的危險。
營養不良和細胞衰老可減弱機體清除外源物的能力，從而使得外源化合物在體內蓄積。
此外，當與肝葯酶、轉運蛋白的誘導劑或抑製劑合使用時，可改變某些藥物的代謝速度和/或產物，從而影響個體發生DILI 的風險。
2. 影響藥物毒性強度的機體因素
藥物通過不同機制損傷肝細胞，包括形成活性代謝產物、氧化應激、損傷線粒體、損傷DNA、表觀遺傳修飾、抑制膽汁酸分泌等。
多種毒性機制的共同作用將影響患者肝毒性的反應強度。
誘導細胞氧化應激是藥物的一個重要毒性作用機制。
患者體內預先存在的氧化應激狀態將影響藥物誘導氧化損傷的程度。
線粒體超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化酶基因多態性的患者更容易產生DILI，尤其是服用損傷線粒體和/或可形成活性代謝物的藥物後。
細胞線粒體在正常狀態下會產生、清除適量活性氧，維持細胞正常功能，但是某些機體因素將促進線粒體的氧化損傷，如肥胖、糖尿病、胰島素抵抗、非酒精性脂肪性肝炎、線粒體DNA 損傷累積等。
基因突變、聯合用藥、細菌內毒素水平都能影響肝臟轉運蛋白的活性，而抑制膽汁酸轉運蛋白可導致膽汁淤積的發生，抑制磷酯轉運蛋白可改變膽汁成分並造成膽管細胞損傷。
膽鹽濃度過高將損害肝細胞，膽固醇、磷脂、膽色素、蛋白質和電解質組成的混合微膠粒能對膽鹽的細胞毒性起到保護作用。
磷脂輸出泵( MDR3) 的功能失調將抑制微膠粒的形成，造成膽管中遊離膽鹽含量升高，膽管細胞損傷。
3.影響炎症反應和免疫反應的機體因素
固有免疫和適應性免疫在炎症反應啟動過程中發揮重要作用，決定了細胞損傷的程度，因此能夠影響炎症反應和免疫反應的機體因素也會影響DILI 的發生。
人類白細胞抗原( HLA) 基因區上某些位點的基因突變是發生DILI 的危險因素。
攜帶HLA-B/57: 01 基因型的人群發生氟氯西林肝毒性的幾率增加了80 倍，其他藥物如魯米考昔、噻氯匹定、阿莫西林克拉維酸鉀、希美加群等肝毒性也與患者的HLA 基因型有關，甚至不發生過敏反應的藥物，其肝毒性也與患者HLA 基因型有關。
眾所周知性激素能影響炎症反應和免疫反應。最近一種免疫介導的DILI 動物模型顯示出炎症反應和免疫反應具有性別差異，與雄性動物相比，雌性動物的肝炎更嚴重，產生的抗體更多，肝臟中的促炎因子水平更高。
實際上，女性發生DILI 後更有可能發展成急性肝衰竭和進行肝移植。
一項利用氟烷引起DILI的動物模型研究發現，雌激素能夠減輕肝損傷的程度，而孕酮則通過調節炎症反應和免疫反應加重肝損傷，表現為增加肝臟中的中性粒細胞，上調肝臟中促炎因子mRNA 的表達。
種族差異對炎症反應和免疫反應也有影響，如非洲裔美國人更容易產生持續時間較長的DILI，而亞洲人的DILI通常惡化的更快。
聯合用藥同樣也會影響炎症反應和免疫反應，例如人們普遍同時服用抗炎葯和免疫抑製劑。
肝腸軸機制在DILI 的發生髮展過程中也起到了重要作用。
如果腸道黏膜屏障功能受損，腸道黏膜的通透性則增加，從而導致腸道內的細菌及其產物( 如內毒素等) 通過門靜脈系統進入肝臟，引起肝臟固有免疫系統如Kupffer 細胞激活，釋放一系列炎性因子和活性氧。
有動物實驗結果表明，來源於腸道中的內毒素或同時給予內毒素可加重外源性化合物的肝損傷。
同樣，能夠破壞腸道黏膜屏障的因素，如服用非甾體抗炎葯、酗酒、或腸道疾病也都能加重肝毒性藥物的肝損傷。
有研究表明，患者自身的肝臟疾病將加重藥物的肝毒性。
一項回顧性研究表明，患者本身存在的慢性肝病更容易引起對乙醯氨基酚急性肝損傷。
同時患有乙肝和丙肝病毒感染的患者服用抗病毒藥後發生DILI 的病例更常見。
慢性丙肝病毒感染、HIV 感染和自身免疫疾病都與抗結核葯DILI 的發生相關。
4.影響組織損傷和修復的機體因素
當細胞和組織的修復功能失調後將會進一步加重DILI的臨床轉歸。
患者染色質的表觀遺傳修飾會影響肝損傷後的修復功能。
有文獻報道抑制小鼠的組蛋白乙醯化作用可損害肝再生功能，在托屈嗪引起急性肝衰竭的病例中，由於干擾了組蛋白乙醯化作用而抑制肝再生。
另外，由於營養缺乏造成的表觀遺傳修飾也會影響發生DILI 的風險，葉酸、維生素B12 和膽鹼缺乏可引起甲基供體耗竭，從而在細胞代謝和肝細胞分化時造成基因低甲基化。
葉酸缺乏還會加重小型豬的酒精性肝損傷。與年齡相關的線粒體功能異常可減少向細胞代謝和組織再生的功能，如甲肝患者年齡越大臨床轉歸越差。
聯合用藥會影響組織的修復功能。已經有臨床研究表明，當對乙醯氨基酚與其他藥物合用後將影響對乙醯氨基酚肝損傷的程度。
動物實驗結果同樣表明，將對乙醯氨基酚與其他保肝類藥物合用，如他汀類藥物、氯貝特、β 受體阻斷劑、非甾體抗炎葯，可降低發生嚴重肝損傷的機率，但是若與肝毒性藥物或損傷肝再生功能的藥物合用，發生嚴重肝損傷的可能性則大大增加。
細胞的死亡形式具有性別差異。在一種免疫介導的腎炎動物模型中，雌性動物主要發生細胞凋亡，而雄性動物主要發生細胞壞死，這種細胞死亡形式的性別差異主要受到聚腺苷二磷酸多聚酶-1( PARP-1) 的調控。
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結語
研究DILI 的發病機制和影響因素對準確地預測和預防DILI 的發生是十分必要的，筆者主要探討了影響DILI 發生髮展的藥物特性和機體因素。
實際上，DILI 的發生風險和臨床轉歸是由藥物和機體多個方面的相互作用來決定。
目前對於DILI 的研究還處於起步階段，現有的知識尚不能全面解釋臨床遇到的各種情況，運用於實驗研究的動物模型和細胞模型也有待改進。
利用新的技術手段如基因組學、蛋白組學和代謝組學技術將會引導DILI 研究領域進一步深入。
相信通過多中心、多學科合作以及新技術的應用，能在DILI 的發生機制、預測和預防方面取得突破性進展。
說明
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來源：中國藥學雜誌2016 年4 月第51 卷第8 期
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