药物不良反应的流行病学和发病机制研究进展

吴超 刘铁军 晋红中

·综述·

药物不良反应的流行病学和发病机制研究进展

吴超 刘铁军 晋红中

按照WHO国际药物监测合作中心的规定,药物不良反应(adverse drug reactions,ADR)指正常剂量的药物用于预防、诊断、治疗疾病或调节生理机能时出现的有害的和与用药目的无关的反应,约占所有住院原因的3%～6%[1]。药疹也称药物性皮炎,即皮肤药物不良反应(cutaneous adverse drug reactions,cADR),指药物进入人体后引起的皮肤和黏膜反应,是临床上最常见的药物不良反应。普通药疹包括发疹型、荨麻疹型、固定型等类型。重型药疹即严重皮肤不良反应(severe cutaneous adverse reactions,SCAR),指皮损广泛、伴有系统损害的皮肤药物不良反应,包括Stevens-Johnson综合征(SJS)、中毒性表皮坏死松解症(TEN)、药物超敏综合征(DHS)、伴嗜酸性粒细胞增多和系统症状的药疹(DRESS),最近急性泛发性发疹性脓疤病(AGEP)也被归于SCAR之列[2]。

一、流行病学

药物不良反应和药疹的流行病学国内外各项研究结果不尽相同,甚至差异较大,主要原因包括以下几点。首先,大部分流行病学研究的对象仅局限于某一特定人群;其次,对于SCAR的定义及范畴也在随时间而变化,故发病率在各个时期的研究结果会有所差异。另外,绝大多数病例中关于药物使用和不良反应的关系都是通过采集临床病史得来,缺乏体内和体外药敏检测试验来确证,因此影响了流行病学研究的准确性。

1.基于住院患者的研究:关于ADR及cADR的发病率、患病率、死亡率的前瞻性研究很少。2002年新加坡的一项对90 910例住院患者的前瞻性研究显示[1],住院患者ADR发病率为4.2/1 000,死亡率为0.09/1 000,其中cADR是最常见的表现(95.7%),30%出现系统症状,而出现SCAR(SJS、TEN、红皮病)者占5.2%;最常见的致敏药物是抗生素和抗癫痫药(共占75%)。2003年在法国的一家医院进行了一项为期6个月的前瞻性研究,关注系统用药cADR发生率[1],结果显示,住院患者中cADR的总发生率为3.6/1 000,其中57%表现为发疹型药疹,8%红皮病,2%SJS/TEN;21%与使用β内酰胺类抗生素有关;其发生与人免疫缺陷病毒(HIV)感染(19%)、结缔组织病(10%)、病毒性或自身免疫性肝炎(12%)关系最大;这些患者中三分之一既往有药物过敏史。2006年墨西哥一项为期10个月的住院患者cADR前瞻性研究[1]显示,住院患者中cADR的患病率是7/1 000,SCAR的死亡率是16.6%;cADR的危险因素包括系统性红斑狼疮(14.6%)、HIV感染(7.3%)、非霍奇金淋巴瘤(7.3%)。一项基于儿童和成人ADR的前瞻性研究显示,住院儿童的ADR总体发病率是10.9%,门诊儿童为1.5%,而因为ADR所致的住院率是2.1%[3]。美国的一项10年内1 087例ADR儿童患者的回顾性队列研究显示,24%由药物过敏反应所致,最常见的药物是苯妥英钠和卡马西平;而抗生素是引起ADR的最常见药物(33%),其次是镇痛药(12%)和抗惊厥药(11%);共2例儿童死亡,但都与药物过敏无明确关系[1]。

2.基于门诊患者的研究:一项大型前瞻性、描述性、交叉横断面研究[4]纳入首次因过敏性疾病就诊的成人患者4 991例。其中732例患者过敏前有可能的服药史,这732例患者中26.6%被诊断为药物过敏,75%仅有皮肤症状,0.75%发生SJS;药物过敏者中由抗生素引起者占47%,其中73%由阿莫西林导致;29%由非甾体抗炎药(NSAID)引起,10%由吡唑酮类药物引起。

3.基于急诊患者的研究:急诊科数据通常用于研究严重类型过敏反应的发病率、患病率。美国伤亡-药物不良反应电子监测系统(NEISS-CADES)[5]的数据显示,美国2004—2005年因发生ADR而就诊于急诊科者占2.4/1 000,其中药物过敏者占33.5%,11.3%需要住院治疗。Cohen等[6]随后报道该系统内小于18周岁的儿童患者因ADR而就诊于急诊者占2/1 000,其中药物过敏者占35%,最常见过敏药物是抗生素(60.8%),无死亡病例报道。意大利Novaran医院急诊科的一项回顾性研究示,165 120例急诊患者中6 107例发生过敏反应,其中7.5%的成人和6.1%的儿童发生药物过敏[7]。

4.对SCAR的研究:国外研究报道,SJS/TEN的发病率是(1.4～6)/1 000 000[8-10]。预期死亡率SJS为10%,SIS/TEN重叠为30%,TEN为50%[11]。大多数研究显示,SCAR的潜伏期(从服用到出现过敏反应)在4周内,但不同药物之间有差异。可引起SCAR的“高危”药物包括磺胺甲唑、卡马西平、别嘌醇、苯妥英钠、苯巴比妥、NSAID。使用8周内未出现症状者则过敏风险很小[1]。AGEP最近才被纳入SCAR之列,可引起AGEP的药物与引起SJS/TEN的药物差异较大,包括喹诺酮类、羟氯喹、地尔硫卓[12]等,最近还有报道治疗类风湿关节炎的生物制剂Tocilizumab[13]及抗肿瘤药厄洛替尼[14]引起AGEP。发生AGEP的潜伏期总体短于SJS/TEN,多数于首次服药后1～11 d发生。国内报道的SCAR的发生率相对较低。Li和Ma[15]对北京市海淀区SCAR(包括SJS、TEN、剥脱性皮炎、DRESS)发生率的回顾性研究显示,住院患者SCAR、SJS、剥脱性皮炎、TEN、DRESS的患病率分别是 0.32/1 000、0.15/1 000、0.10/1 000、0.04/1 000、0.07/1 000。北京市海淀区SCAR的报告年发病率≥1.8/1 000 000,剥脱性皮炎、SJS、TEN、DRESS的报告发病率每百万人年分别不低于0.6、0.8、0.05、0.4。最常见的致敏药物为抗生素,其次是抗惊厥药和中药。

二、发病机制

药物不良反应的发生机制有三种:非免疫性机制、免疫性机制、遗传倾向性。非免疫性机制包括药理学副作用、毒性蓄积、毒性延迟、药物相互作用、药物激发原有疾病等。免疫性机制主要包括四型变态反应。临床上多数药疹与I型或Ⅳ型变态反应有关;重型药疹主要由T细胞介导的迟发型变态反应引起。本文主要介绍药物过敏中T细胞介导的迟发型变态反应的研究进展。

1.药物的免疫原性

(1)半抗原/前半抗原模式(hapten/prohapten model):大多数药物均是小分子,无免疫原性,其需要与“载体蛋白”如自体膜蛋白、血清白蛋白共价结合后才具有免疫原性,这种共价结合物可作为半抗原,经抗原提呈细胞(APC)修饰成抗原肽后提呈给主要组织相容性复合物(MHC)分子,之后半抗原-肽-MHC复合物被T细胞表面的T细胞受体(TCR)识别,从而激活T细胞[16]。

(2)药理学作用理论(pharmacologic interactions of drugs with immune receptor,P-I concept):最近的研究发现,特定环境下一些药物可以直接作用于TCR或APC表面的MHC分子,从而激活T细胞。这种结合是非共价结合,易被机械力分离,被称为“药理学作用理论(P-I concept)”[17]。在经典的半抗原理论中,机体受半抗原致敏后,记忆性T细胞可以依靠TCR的臂特异性识别APC提呈的抗原,然而在独特的P-I理论中并不需要药物致敏T细胞。只要药物和APC存在,表达TCR的T细胞与特定的药物即有一种强关联性,即便它们未被该药物致敏[17]。在台湾汉族人群中,HLA-B*1502等位基因是卡马西平导致SJS/TEN发生的遗传标记分子,二者100%相关,但携带HLA-A*3101的日本人比携带HLAB*1502的汉族人对卡马西平的敏感性更高[18]。这些病例中HLA多态性与药物超敏反应的严重性并无明显联系,提示其他因素参与了药物超敏反应。个体先前是否被感染可影响记忆性T细胞TCR的大小。Hashizume提出[16],记忆性T细胞TCR的尺寸越大,药物与TCR的关联性越强。因此,在P-I理论中,经历感染越多的个体T细胞与药物结合的越多。

2.参与药物过敏反应的T细胞:效应性T细胞可分为CD4+和CD8+T细胞,根据释放的细胞因子不同,CD4+T细胞可分化为 Th0、Th1、Th2、Th9、Th17 和 Th22[19]。 活化 T 细胞的质量和数量决定了药疹的皮肤表现。CD8+T细胞浸润皮肤的严重程度与表皮细胞坏死的程度相关,这就决定了药疹的类型是多形红斑型、SJS还是TEN。在SJS/TEN中,水疤中的CD8+T细胞通过强烈的活化而在其表面获得自然杀伤(NK)细胞标志物——CD94/NKG2c,通过该标志物与表皮炎症细胞表面表达的经典型MHC(HLA-E)结合,从而获得类似于NK一样的抗原非依赖性的杀伤能力[20]。因此,皮肤和血中CD8+T细胞活化的状态可以作为预示药疹严重程度的因素。另一方面,Th2免疫反应可导致组织中嗜酸性粒细胞和IgE的过表达,引起水肿性红斑和水疤。β内酰胺特异性T细胞易产生Th2细胞因子如白介素(IL)4、IL-5、IL-13。Th17细胞——IL-17诱导产生的T细胞,因为在银屑病发病中的作用而越来越受到关注,它还产生IL-8(CXCL-8),一种中性粒细胞趋化因子[21]。AGEP患者血清中IL-17和IL-8水平升高,临床上与脓疤性银屑病相似,提示Th17在AGEP发病中发挥作用。SJS/TEN中损伤的表皮细胞释放前列腺素E2和警报素(alarmin),促进Th17细胞的增殖和分化。调节性T细胞(Treg)是药疹炎症反应中另一种调节剂,由天然的及诱导的CD4+CD25+Foxp3+Treg和其他亚型Treg细胞构成。因为CD4+CD25+Foxp3+Treg的功能障碍,药疹更容易发生于自身免疫性疾病患者中[22]。抗CCR4抗体用于治疗成人T细胞白血病(ATL/L)以消灭表达CCR4的ATL/L细胞,而它也可用于减少表达CCR4的CD4+CD25+Foxp3+Treg的数量。经过这种治疗后,包括SJS/TEN在内的70%的药疹可缓解。目前尚待解决的问题包括,什么因素决定了药物在特定个体中引起免疫效应分子的类型。

3.角质形成细胞凋亡:药物引起的多形红斑,Th1介导的细胞免疫反应起重要作用,主要通过CD-40L与CD40以及FasL-Fas途径介导。对SJS/TEN的研究发现[11],Th1和Th2同时起反应,除了通过CD-40L与CD40以及FasL-Fas介导的两条途径外,还可通过CD8+T细胞释放穿孔素、颗粒酶、肿瘤坏死因子α(TNF-α)等引起细胞毒作用,导致角质形成细胞凋亡。SJS/TEN患者皮肤活检组织中TNF-α、干扰素γ(IFN-γ)、IL-2、IL-5、IL-13、IL-6、IL-10、IL-18 以及 CXCR4、CCR3表达明显增高。患者外周血单核细胞中IL-2、IL-6、IL-10及CCR10有高表达。在红斑丘疹型药疹的皮肤组织中CCL17、CCL22表达上调,急性期患者外周血单核细胞中CCR4高表达。

4.固有免疫:损伤的细胞释放的损伤相关分子模式分子(damage-associated molecular pattern molecule,DAMP)是各种器官中触发免疫反应的诱因,其与模式识别受体或Toll样受体作用后被活化[23]。这些分子可促进骨髓来源淋巴细胞向炎症反应的组织迅速募集,并促进SJS/TEN等无菌性炎症中骨髓来源淋巴细胞的再生[24]。这组分子由各种不同物质构成,既可以是尿酸等简单的化学物质,也可以是IL-33或DNA等大分子。内源性DAMP目前被称为“警报素”。高迁移率族蛋白1(HMGB-1)是一种具有双重功能的警报素,组织损伤时可由坏死的细胞被动释放和(或)激活的免疫细胞主动分泌至细胞外,作为内源性警报素参与致命性全身性炎症和局部炎症的发生、发展。近年来发现,SJS患者外周血中高表达HMGB-1[25]。颗粒溶素可分为相对分子质量9 000亚型和15 000亚型。9 000亚型颗粒溶素是一种具有致炎效应的细胞毒性分子,被认为是导致SJS/TEN中角质形成细胞凋亡的关键分子。15 000亚型颗粒溶素并非细胞毒性分子,其最近才被认为是一种警报素,可通过结合Toll样受体4/Myd88来激活单核细胞和树突细胞[26-27],因此,15 000亚型颗粒溶素可能作为SJS/TEN中促进Th17细胞反应的一种警报素。

5.人疤疹病毒(HHV)再活化与药物导致的超敏综合征(DIHS):DIHS中最为神秘的现象就是各种HHV亚型的再活化,包括巨细胞病毒(即HHV-5)、EB病毒(即HHV-4)、HHV-6、HHV-7。HHV-6再活化可出现于60%病例中,且预后不佳[16]。为何DIHS中HHV-6会频繁地再活化?Hashizume等[16]发现,DIHS患者外周血单核细胞的数量在发病3周内迅速上升,其后又恢复正常,并经过一系列研究后提出,单核细胞、T细胞和皮肤定居CD4+T细胞内出现的HHV-6有密切联系。CD4+T细胞感染HHV-6是病毒复制和再活化的一个重要环节,而单核细胞促使此环节的发生。

三、药物不良反应与HLA遗传易感性

为何药物不良反应和药疹仅发生于特定个体?研究发现,药物不良反应的发生常存在强关联的遗传易感性,部分药疹的发生具有类似单基因遗传的特点。HLA的主要功能是参与自我识别、调节免疫反应和对异体移植的排斥作用。HLA至少有3类基因,即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类基因。HLAⅠ类基因包括A、B、C等座位;Ⅱ类基因至少分为DR、DQ、DP 3个亚区;Ⅲ类基因位于Ⅰ类基因和Ⅱ类基因之间,主要是与补体有关的 C4A、C4B、BF、C2等以及 21-羟化酶基因(CYP21)、肿瘤坏死因子等。HLA多态性导致特定个体的药物敏感性升高10～1 000倍。

1.HLA-B*1502与卡马西平:在台湾汉族人群中,HLAB*1502等位基因是卡马西平导致SJS/TEN发生的遗传标记分子,二者100%相关,耐受卡马西平的人群中只有3%(3/101)携带此等位基因,而普通人群中8.6%(8/93)携带此等位基因[28]。HLA-B*1502等位基因在东南亚人群中出现频率(2.7%～11.6%)均高于东北亚和欧洲等地(0～0.1%),这与白种人的卡马西平导致SJS/TEN发生率较低相一致。欧洲一项研究发现:15例卡马西平导致SJS/TEN的患者中,5例携带HLA-B*1502等位基因者均来自中国及东南亚,其余10例为白种人,且不携带HLA-B*1502等位基因。故白色人种中HLA-B*1502不足以作为卡马西平导致SJS/TEN的生物标志。

2.HLA-B*5701与阿巴卡韦:阿巴卡韦治疗的HIV感染者中5%～9%发生皮疹。这种相关性也存在种族差异,Mallal等[29]报道白种人阿巴卡韦超敏反应与HLA-B*5701等位基因强烈相关。热休克蛋白-Hom(HSP1AL)中的单倍型M493T的基因多态现象与HLA-B*5701等位基因同时存在,对阿巴卡韦超敏反应的预测更为精确。

3.HLA-B*5801与别嘌醇:Chung等[30]报道HLAB*5801与别嘌醇导致的皮肤不良反应强烈相关。100%患者携带此等位基因,而对别嘌醇耐受的对照者仅15%(20/135)携带此基因。汉族人群中HLA-B*5801等位基因是别嘌醇导致严重皮肤不良反应的主要易感基因。

4.HLA-B*1301与氨苯砜:Wang等[31]研究发现,中国麻风患者中2%发生氨苯砜综合征,而HLA-B*1301等位基因是氨苯砜导致氨苯砜超敏综合征发生的遗传标记分子,其相关性为90%。耐受氨苯砜的麻风人群中,只有6.9%(7/102)携带此等位基因。而普通人群中11.5%(11/96)携带有HLAB*1301等位基因。

HLA分子在药物反应发病机制中的作用在于,它可将药物及其代谢产物包装后提呈给T细胞、使T细胞活化。细胞毒性T细胞使自身淋巴细胞或皮肤角质形成细胞发生死亡。目前HLA等位基因频率检测已应用于预测药疹的发生。在澳洲西部的HIV队列研究中,通过预测性基因筛查HLAB*5701可以降低阿巴卡韦超敏反应的发生率。美国、加拿大和台湾地区在卡马西平说明书中加入相关信息,提示HLAB*1502基因型阳性患者服用该药物具有高风险性,并建议首次服用该药物前进行HLA-B*1502基因检测。这些对减少重型药疹的发生具有重要意义。

HLA-Ⅰ类分子等位基因与某些特殊药物引起的超敏反应具有遗传相关性,提示HLA分子在药疹尤其重症药疹的发生机制中起了直接作用,但其中具体机制尚不清楚。发生药物超敏反应的人群具有很强的遗传倾向,这种遗传倾向具有药物特异性、表型特异性、种族特异性。如何利用这些研究成果开展药敏预测是个重要课题。寻找和建立分子检测方法预测个体是否存在发生重症药疹的遗传易感性,对保护易感人群、防范重症药疹的发生以及促进研发高效安全的新药具有重大意义。

[1]Thong BY,Tan TC.Epidemiology and risk factors for drug allergy[J].Br J Clin Pharmacol,2011,71(5):684-700.

[2]Halevy S.Acute generalized exanthematous pustulosis[J].Curr Opin Allergy Clin Immunol,2009,9(4):322-328.

[3]Clavenna A,Bonati M.Adverse drug reactions in childhood:a review of prospective studies and safety alerts[J].Arch Dis Child,2009,94(9):724-728.

[4]Gamboa PM.The epidemiology of drug allergy-related consultation in Spanish Allergology services:Alergológica-2005[J].J Investig Allergol Clin Immunol,2009,19 Suppl 2:45-50.

[5]Budnitz DS,Pollock DA,Weidenbach KN,et al.National surveillance ofemergency departmentvisits foroutpatien adverse drug events[J].JAMA,2006,296(15):1858-1866.

[6]Cohen AL,Budnitz DS,Weidenbach KN,et al.National surveillance of emergency department visits for outpatient adverse drug events in children and adolescents[J].J Pediatr,2008,152(3):416-421.

[7]Dantonio C,Galimberti M,Barbone B,et al.Suspected acute allergic reactions:analysis of admissions to the Emergency Department of the AOU Maggiore della Carità Hospital in Novara from 2003 to 2007[J].Eur Ann Allergy Clin Immunol,2008,40(4):122-129.

[8]Chan HL,Stern RS,Arndt KA,et al.The incidence of erythema multiforme,Stevens-Johnson syndrome,and toxic epidermal necrolysis.A population-based study with particular reference to reactions caused by drugs among outpatients[J].Arch Dermatol,1990,126(1):43-47.

[9]Naldi L,Locati F,Marchesi L,et al.Incidence of toxic epiderma necrolysis in Italy[J].Arch Dermatol,1990,126(8):1103-1104.

[10]Schöpf E,Stühmer A,Rzany B,et al.Toxic epidermal necrolysis and Stevens-Johnson syndrome.An epidemiologic study from West Germany[J].Arch Dermatol,1991,127(6):839-842.

[11]Borchers AT,Lee JL,Naguwa SM,et al.Stevens-Johnson syndrom and toxic epidermal necrolysis[J].Autoimmun Rev,2008,7(8):598-605.

[12]Kim HJ,Jung KD,Lee KT,et al.Acute generalized exanthematous pustulosis caused by diltiazem[J].Ann Dermatol,2011,23(1):108-110.

[13]Izquierdo JH,Bonilla-Abadía F,Ochoa CD,et al.Acute generalized exanthematous pustulosis due to tocilizumab in a rheumatoid arthritis patient[J].Case Rep Rheumatol,2012,2012:517424.

[14]Liquete E,Ali S,Kammo R,et al.Acute generalized exanthematous pustulosis induced by erlotinib(Tarceva)with superimposedStaphylococcus aureusskin infection in a pancreatic cancer patient:A case report[J].Case Rep Oncol,2012,5(2):253-259.

[15]Li LF,Ma C.Epidemiological study of severe cutaneous adverse drug reactions in a city district of China[J].Clin Exp Dermatol,2006,31(5):642-647.

[16]Hashizume H.Recent progress of elucidating the mechanisms of drug hypersensitivity[J].Asia Pac Allergy,2012,2(3):203-209.

[17]Pichler WJ,Beeler A,Keller M,et al.Pharmacological interaction of drugs with immune receptors:the p-i concept[J].Allergol Int 2006,55:17-25.

[18]Ozeki T,Mushiroda T,Yowang A,et al.Genome-wide association study identifies HLA-A*3101 allele as a genetic risk factor for carbamazepine-induced cutaneous adverse drug reactions in Japanese population[J].Hum Mol Genet,2011,20(5):1034-1041.

[19]Annunziato F,Romagnani S.Heterogeneity of human effector CD4+T cells[J].Arthritis Res Ther,2009,11(6):257.

[20]Morel E,Escamochero S,Cabañas R,et al.CD94/NKG2C is a killer effector molecule in patients with Stevens-Johnson syndrome and toxic epidermal necrolysis[J].J Allergy Clin Immunol,2010,125(3):703-710,

[21]Romagnani S.Human Th17 cells[J].Arthritis Res Ther,2008,10(2):206.

[22]Takahashi R,Kano Y,Yamazaki Y,et al.Defective regulatory T cells in patients with severe drug eruptions:timing of the dysfunction is associated with the pathological phenotype and outcome[J].J Immunol,2009,182(12):8071-8079.

[23]Piccinini AM,Midwood KS.DAMPening inflammation by modulating TLR signalling[J].Mediators Inflamm,2010,pii:672395.

[24]Bellón T,Alvarez L,Mayorga C,et al.Differential gene expression in drug hypersensitivity reactions:induction of alarmins in severe bullous diseases[J].Br J Dermatol,2010,162(5):1014-1022.

[25]Nakajima S,Watanabe H,Tohyama M,et al.High-mobility group box 1 protein(HMGB1)as a novel diagnostic tool for toxic epidermal necrolysis and Stevens-Johnson syndrome[J].Arch Dermatol,2011,147(9):1110-1112.

[26]Clayberger C,Finn MW,Wang T,et al.15 kDa granulysin causes differentiation of monocytes to dendritic cells but lacks cytotoxic activity[J].J Immunol,2012,188(12):6119-6126.

[27]Tewary P,Yang D,de la Rosa G,et al.Granulysin activates antigen-presenting cells through TLR4 and acts as an immune alarmin[J].Blood,2010,116(18):3465-3474.

[28]Hetherington S,Hughes AR,Mosteller M,et al.Genetic variations in HLA-B region and hypersensitivity reactions to abacavir[J].Lancet,2002,359(9312):1121-1122.

[29]Mallal S,Nolan D,Witt C,et al.Association between presence of HLA-B*5701,HLA-DR7,and HLA-DQ3 and hypersensitivity to HIV-1 reverse-transcriptase inhibitor abacavir[J].Lancet,2002,359(9308):727-732.

[30]Chung WH,Hung SI,Hong HS,et al.Medical genetics:a marker for Stevens-Johnson syndrome[J].Nature,2004,428(6982):486.

[31]Wang H,Yan L,Zhang G,et al.Association between HLAB*1301 and dapsone-induced hypersensitivity reactions among leprosy patients in China[J].J Invest Dermatol,2013,133(11):2642-2644.

2013-07-30)

(本文编辑:尚淑贤)

10.3760/cma.j.issn.0412-4030.2014.07.023

卫生公益性行业科研专项经费(201002016)

100730北京,中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院皮肤科(吴超、晋红中);中国医学科学院北京协和医学院(刘铁军)

晋红中,Email:jinhongzhong@263.net