药物引起的肝损伤发病机制研究进展

沈琴，王晓萍，强磊

(中国药科大学基础医学与临床药学学院,天然药物国家重点实验室,江苏 南京 211198)

药物或其他外源性物质的引起的肝损伤称之为药物性肝损伤[1]。一般可以将药物性肝损伤分为固有型肝损伤和特异质型肝损伤[2]。固有型肝损伤是可预测且具有剂量依赖性的；而特异质型肝损伤则难以预测，与药物剂量相关性不大，与药物、患者状态和环境因素相关。最近，茅益民等学者对中国大陆地区的药物性肝损现状进行了回顾性研究，该研究共统计了2012至2014年间来自308家医院的25 927例药物性肝损伤患者的临床数据，并推算出我国普通人群中每年DILI的发生率至少为23.80/100 000，而英国DILI的发生率为2.4/100 000[4]，美国为2.7/100 000[5]，远高于西方国家，DILI已成为我国民众服药过程中不容忽视的问题。在可引起肝损伤的药物中，中草药和各种膳食补充剂占比最高，为26.81%，抗结核药占21.99%、抗肿瘤药或免疫调节剂占8.34%，抗生素和非甾体抗炎药等也占有一定比例，如图1所示。DILI的发病机制目前仍不甚明了，已有相当多的研究从各个方面探讨了其可能的发生机制，本文结合国内外最新研究进展从药物分类上对药物性肝损伤的发病机制进行概述。

图 1 各类药物导致的肝损伤比例

1 中草药和膳食补充剂导致的肝损伤

中草药和膳食补充剂(herbal and dietary supplements,HDS)指的是广泛的补充剂，用来补充饮食，包括维生素、矿物质、膳食元素、食物成分、天然草药、草药制剂和合成化合物，但不当的使用可能导致肝损伤[6]。

对于中草药来说，由于其多为复方制剂、成分复杂且药物相互作用，引起肝损伤的机制不明，使得由此导致的肝损伤往往不具有预测性[7]。一项回顾性研究[8]统计出在334例确认由单一中草药引起的肝损伤案例中，何首乌占比最多，达108例，其次为补骨脂41例，延胡索36例，大黄24例，雷公藤18例，决明子18例。通过生物信息学技术[9]，从中草药的化学结构入手，研究发现引起中草药肝损伤最多的活性成分是生物碱和萜类化合物。何首乌主要由蒽醌类，如大黄素，大黄酚、大黄酸等化学成分构成。其中顺式二苯乙烯苷是何首乌致肝毒性的关键成分[10]。在何首乌致肝损伤的大鼠模型中[11]，研究人员发现中、高剂量组大鼠血清的ALT、AST、ALP、TG、TBA水平均显著升高，而T-Bil、D-Bil、TC、TP水平显著降低，并通过代谢组学分析，证明了脂肪代谢、氨基酸代谢和胆汁酸代谢参与了何首乌致肝损伤的发生。最近的研究表明，何首乌主要破坏苯丙氨酸和酪氨酸的代谢，随着给药时间的增加，何首乌的毒性逐渐影响维生素B6、胆汁酸、胆红素代谢，导致肝损伤加重，生化指标异常，肾毒性明显[12]。在一项旨在识别何首乌致肝损伤易感性遗传基础的研究中，发现HLA-B*35∶01等位基因是何首乌致肝损伤的遗传风险因子，也是预测人类何首乌致肝损伤的潜在生物标志物[13]。补骨脂是另一种常见的可导致肝损伤的草药，主要的化学成分有黄酮类、香豆素类、苯并呋喃类、单萜酚类等。其中，补骨脂二氢黄酮和补骨脂二氢黄酮甲醚可直接造成肝损伤。补骨脂可通过胆汁酸转运代谢失调导致胆汁酸淤积，大剂量的给药则会引发肝细胞氧化应激和线粒体损伤，补骨脂也可通过脂代谢障碍引起肝脏脂肪变性[14]。

在美国，膳食补充剂不遵循与处方药相同的标准，其有效性和安全性在上市前无须证实[15]。因此，许多膳食补充剂中存在大量潜在的、未知浓度的肝毒性成分，甚至与标签注明成分不符的物质，使得因此导致的肝脏损伤表型表现和范围不可预测，诊断更具挑战性[15]。其中，绿茶提取物作为一种可引起急性肝损伤的单剂，受到了广泛关注。用绿茶提取物处理大鼠肝原代细胞后，在100～500 μg·mL-1浓度范围内，7种绿茶提取物均降低了线粒体活性，而在1～3 mg·mL-1浓度范围内则显著降低线粒体活性，大量肝细胞坏死伴随着乳酸脱氢酶活力下降。在绿茶的成分中(表儿茶素、表没食子儿茶素-3-没食子酸酯、咖啡因、茶氨酸)，只有表没食子儿茶素-3-没食子酸酯具有细胞毒性，由此可见，高浓度绿茶提取物对大鼠肝细胞具有急性毒性作用，表没食子儿茶素-3-没食子酸酯是导致肝毒性的关键成分[16]。除此之外，高剂量的绿茶多酚(green tea polyphenols,GTPs)也具有肝毒性。在正常小鼠中，喂养1% GTPs后肾脏和肝脏中的氧化损伤增加了，同时抗氧化酶和热休克蛋白(heat shock proteins，HSPs)的表达水平降低。但是，0.01%和0.1%的GTPs具有肝保护作用[17]。这说明，摄入中草药和膳食补充剂一定要严格控制剂量和种类，密切关注身体的生化指标，防止肝损伤的发生。

2 抗结核药导致的肝损伤

2020年，世界范围内约有890万～1 100万人患结核病，而中国就有83.3万例，发病率约为58/100 000[18]。目前临床上用于治疗结核病的主要药物有异烟肼、利福平、吡嗪酰胺、乙胺丁醇、链霉素等，几乎所有一线药物均具有肝毒性，可导致抗结核药物性肝损害(anti-tuberculosis drug-induced hepatotoxicity,ATDH)，但不同药物的肝毒性有很大差异[19]。目前的研究表明，药物的代谢和转运、免疫反应和抗氧化反应都可能参与了ATDH的发生机制，涉及Ⅰ期代谢(CYP2E1、CYP2B6和CES1)、Ⅱ期代谢(NAT2、GST和UGT)、Ⅲ期代谢(ABCB1和SLCO1B1)、免疫反应(TNF-α和HLA-DQB1)和抗氧化反应(MnSOD、NOS2A、BACH1和MAFK)的基因与ATDH相关[20]。在药物代谢方面，5种一线抗结核药物(异烟肼、利福平、吡嗪酰胺、乙胺丁醇、利福布汀)和新批准的药物贝达喹啉作用于人肝微粒体(human liver microsome，HLMs)后，检测6种常见人肝脏尿甘二磷酸葡糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyl transferase，UGTs)活性(UGT1A1、UGT1A4、UGT1A6、UGT1A9、UGT2B7和UGT2B15)，发现对其均有抑制作用，这些药物同时也抑制人药物代谢酶细胞色素P450(CYP1A2、CYP 2B6、CYP 2C8、CYP 2C9、CYP 2C19、CYP 2D6、CYP 2E1和CYP 3A)[21]。使用利福平和异烟肼治疗结核可引起明显的肝细胞损伤以及细胞死亡。在谷草转氨酶水平升高，三磷酸腺苷合成下降的同时，动力蛋白相关蛋白(dynamin related protein 1，Drp1)过度激活且线粒体移位。这说明利福平诱导的肝毒性可能与线粒体功能障碍和Drp1介导的线粒体分裂密切相关[22]。在ATDH诊断方面，有研究发现人白细胞抗原(HLA)-B和HLA-DQB1的5-甲基胞嘧啶(5-mC)和5-羟甲基胞嘧啶(5-hmC)含量与ATDH有很强的相关性，可以将其作为ATDH的诊断标记物[23]。因此，开发出抗结核效果好、肝毒性低的药物是目前结核病治疗中亟须解决的问题。

3 非甾体抗炎药引起的肝损伤

根据非甾体抗炎药(non-steroidal anti-inflammatory drugs，NSAIDs)的化学结构，NSAIDs可大致分为水杨酸类、芳基和杂芳基乙酸衍生物类、吲哚/茚乙酸衍生物类、邻氨基苯甲酸类和昔康类(烯醇酸类)[24]。NSAIDs治疗范围广泛，有镇痛、解热、抗炎等作用，在抗癌、抗血栓等方面也有一定的疗效[25]。另一方面，NSAIDs在正常使用剂量下，约有10%的患者会产生不同程度的肝损伤[26]。不同的非甾体抗炎药导致肝损伤的具体机制不尽相同，但大体可分为两类：超敏反应和代谢异常[27]。葡萄糖醛酸化是含羧酸药物(包括非甾体抗炎药)在肝脏中的主要代谢途径。代谢后形成的酰基葡萄糖醛酸结合物(acyl glucuronide conjugates，AGs)大部分可以通过胆汁或者尿液排出，但是由于AGs在生理pH下结构不稳定，可发生水解或异构化，还可与内源性蛋白形成共价键，结合蛋白作为抗原诱导免疫反应。此外，AGs的暴露直接促进外周血单核细胞中炎性细胞因子的产生。因此，AGs引发的直接细胞毒性和免疫毒性可能是形成肝损伤的潜在机制。这些结果表明非甾体抗炎药引起的肝损伤的发展可能取决于非甾体抗炎药化学结构的立体选择性特征。综上，使用低葡萄糖醛酸化和低蛋白结合的NSAIDs对映体可降低肝损伤的发生率[28]。双氯芬酸钠可诱导肝细胞产生活性氧自由基(reactive oxide species，ROS)并导致溶酶体功能障碍，从而抑制自噬。由于细胞自噬受损进而无法维持线粒体的完整性，又进一步加重细胞ROS的产生，使得肝脏受损[29]。法尼醇X受体(farnesoid X receptor，FXR)是配体激活的转录因子，作为胆汁酸的细胞传感器，它的高表达可以保护肝脏免受伤害。布洛芬、吲哚美辛和双氯芬酸钠这些非甾体抗炎药可以降低FXR的信号，导致肝损伤[30]。由于几乎所有的NSAIDs均可导致肝损伤，而NSAIDs又是临床最常使用的药物之一，所以规范NSAIDs的使用范围和剂量，及时检测肝脏相关指标，是预防NSAIDs导致肝损伤的有效手段。

4 抗肿瘤药引起的肝损伤

根据最新的全球癌症统计报告，在2020年世界范围内约有19 292 789例新发癌症患者，粗发病率247.5/100 000，较往年有显著上升[31]。据估计，2018年中国新增癌症病例430万例[32]，新增癌症死亡290万例。癌症已成为我国居民主要的死亡原因之一。目前主流的癌症治疗手段有手术治疗、化疗、放疗和免疫疗法，均能不同程度的引起肝损伤。化疗相关肝毒性的主要机制是基于Ⅰ期氧化反应、免疫损伤或线粒体功能改变所产生的活性代谢物引起的[33]。目前已知，甲氨蝶呤可以抑制胞质NAD(P)依赖的脱氢酶和NADP苹果酸脱氢酶，进而可以通过抑制戊糖循环酶活性来降低细胞中NADPH的可用性。使得谷胱甘肽还原酶无法利用NADPH维持谷胱甘肽的还原态，导致抗氧化能力大大降低，使细胞对ROS敏感，肝脏受到损害[34]。奥沙利铂不仅会导致脂质过氧化增加，还会降低抗氧化谷胱甘肽水平，抑制各种抗氧化酶的活性，导致氧化和抗氧化系统之间的失衡，其致肝损伤的病理特征包括肝窦扩张、肝窦内血小板聚集、肝脂肪变性，以及肝呈蓝色、脾肿大和血小板减少等[35]。紫杉醇诱导腺嘌呤核苷酸转位酶和亲环素复合物介导的线粒体通透性转变，细胞色素氧化酶介导ROS生成，从而诱导自杀途径，导致细胞毒性[36]。

近年来，以CTLA-4(cytotoxic T-lymphocyte associated antigen 4，细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4)单抗、PD-1/PD-L1(programmed cell death protein 1/programmed cell death-ligand 1，细胞程序性死亡-受体1/细胞程序性死亡-配体1)单抗等为代表的免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors，ICI)作为一种新的恶性肿瘤治疗方法已被广泛应用[37]，对于黑色素瘤[38]、非小细胞肺癌[39]、头颈部鳞癌[40]等癌症具有较好的疗效，但也有一些患者出现临床显著的免疫检查点抑制剂引起的免疫介导的肝损伤。将野生型和PD-1-/-小鼠分别给予CTLA-4阻断抗体，IDO1(哚胺2,3-双加氧酶1)抑制剂，从而导致了肝损伤和免疫细胞的浸润，联合用药时肝损伤进一步加重，PD-1-/-小鼠的肝损伤要比野生型更加显著。另一方面，CD8+T细胞的数量与肝细胞坏死程度呈正相关，同时CD8+T细胞也是免疫浸润的主要细胞。总之，阻断免疫检查点PD-1、CTLA-4和IDO1，发挥协同作用，增强T细胞在肝脏中的浸润和活性，导致肝细胞死亡[41]。ICI除了可以激活抗癌T细胞反应，也可以激活B细胞并诱导自身抗体，而自身抗体的水平与肝损伤的严重程度相关。新的细胞死亡形式如焦亡、坏死和铁死亡可能在肝脏疾病(包括DILI)的病理生理学中发挥关键作用[42]。

表1 不同种类药物可能导致的肝损伤发病机制

5 目前治疗DILI的方法及药物

大多数DILI 患者的病情在停用致病药物后可改善甚至痊愈，少部分进展为急性肝衰竭[43]。N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl-cysteine，NAC)是治疗对乙酰氨基酚导致肝损伤的特效药，NAC的治疗机制是清除体内多种自由基，因此临床使用越早效果越好[44]。另有研究表明NAC也可以缓解其他药物导致的肝损伤[45]。对于免疫检查点抑制剂和生物制剂导致的肝损伤，可采用糖皮质激素治疗[46]。异甘草酸镁、熊去氧胆酸、水飞蓟素等也常用于肝损伤的治疗，但目前缺乏前瞻性的对照研究证实其安全性和有效性[47]。

6 总结与展望

肝脏作为人体重要的代谢相关器官，具有一定的解毒功能。在药物发挥药效的同时往往伴随一定的毒副作用，所以肝脏易受到不同程度的损伤。不同种类的药物造成的肝损伤程度与机制不尽相同，提示我们在药物研发、使用过程中需要格外注意药物性肝损伤问题。在美国，约25%的研发药物由于可导致肝损伤而在临床实验中被叫停[48]。年龄、性别、基础疾病以及环境等因素都会影响药物性肝损伤的发生发展[49]。目前用于治疗药物性肝损伤的药物大多特异性不强，临床药效不显著。大部分的药物性肝损伤患者在停止服药后，肝损伤程度可得到缓解好转，也有小部分会进一步发展为肝衰竭，甚至需要肝移植治疗。因此，我们亟须继续探索不同种类药物导致肝损伤明确的分子机制，探索特异性强、灵敏度高的新靶点，为DILI的预防、诊断和治疗提供新的行之有效的理论基础。