药物性肝损伤的机制.doc

药物性肝病的发病机制造成药物性肝病的机制基本上可分为：内源性肝毒性（可预测性肝毒剂）和特异质性反应（非预测性肝毒剂）二类。近年来由于对新药筛选有严格的要求，由于可预测性肝毒剂很少能通过临床的试验，因而临床上的药物性肝病绝大多数是非预测性肝毒药物所引起的，仅有少数服药者出现不良反应，没有明显的量效关系，在实验动物中常不易复制。这类药物性肝病的机制又进一步分为代谢异常和过敏反应二种。近年来对药物性肝病的发病机制已有相当深入的了解，但与完全明了还有一定的差距。现概述几种重要的机制。一、毒性代谢产物的作用某些药物在肝内经过细胞色素P450药酶作用，代谢转化为一些毒性产物，如亲电子基、自由基和氧基，与大分子物质如蛋白质、核酸共价结合或造成细胞质膜的脂质过氧化，最终导致肝细胞坏死亲电子基：药物被P450氧化产生的亲电子基与肝细胞的大分子蛋白质的巯基（半胱氨酸）部位共价结合。谷胱甘肽则为内源性解毒剂，如毒性代谢物产生超过了肝内谷胱甘肽含量的阈值，就会造成肝毒性作用。典型的例子是乙酰氨基酚。在正常情况下，绝大部分的乙酰氨基酚与葡萄糖醛酸和硫酸结合而解毒，但也有一部分在CYP1A2，CYP2E1和CYP3A4的作用下，转化为毒性产物NAPQ1。在服用治疗剂量时，NAPQ1在细胞内与GSH结合形成硫醇尿酸和半胱氨酸衍生物而解毒。如果服用过量，可耗竭肝细胞内的GSH，NAPQ1便与肝细胞的大分子结合，造成肝细胞坏死。动物实验证明，如先用药酶诱导剂（苯巴比妥或3-甲胆蒽）处理，可显著增加肝坏死的程度。若及时用谷胱甘肽前体乙酰半胱氨酸或硫乙胺治疗，可使肝坏死减轻。另一个例子是溴苯在肝内经环氧化作用形成3，4-环氧化合物，可被谷胱甘肽结合解毒，如产生过多则与大分子结合，造成肝细胞死亡。自由基：药物经P450氧化或还原后形成带有不成对电子的代替物，即自由基，造成细胞膜和细胞器膜的不饱和脂肪酸过氧化，从而改变膜的流动性与通透性，使膜的Ca2+-ATP酶失活，胞质内Ca2+浓度增高，破坏细胞骨架，激活磷脂酶，并使氨基酸功能团受损，核酸转化和突变，使肝细胞死亡。典型的例子是卤素化合物，如甲氯化碳和氟烷。四氯化碳能先后影响内质网、线粒体和溶酶体等细胞器。由于粗面内质网的损伤，蛋白质合成被抑制，甘油三酯与蛋白质结合成脂蛋白的过程受阻，使肝内脂肪积聚，造成脂肪变性。线粒体的损害，使脂肪代谢降低，能量产生减少，也促进了脂肪变性。四氯化碳被细胞色素P450分解，形成自由基团（CCL3），作用于脂肪酸的双键，产生过氧化作用，破坏肝细胞膜、线粒体和溶酶体，导致肝细胞坏死。低蛋白饮食抑制药酶活力，使四氯化碳分解减少，因此可减低其毒性。反之，苯巴比妥和DDT诱导药酶，促进四氯化碳分解，从而增加其对肝脏的毒性。氟烷（溴氯三氟乙烷）在肝内通过还原反应可转化为氯二氟乙烯（CDF）、氯三氟乙烯（CTF）和无机氟化合物。在低氧条件下，可诱导此还原转化过程的酶系，使其代谢增快。CDF和CTF均为含自由基或负碳离子（碳自由基）的中间代谢物，能与大分子结合并使膜脂质过氧化，造成肝坏死。动物实验证明，在低氧条件下（14%O2），给大鼠吸入氟烷可造成与在人类相似的肝坏死。如在高氧条件下（100%）吸入氟烷，则肝脏无损害。因此，在用氟烷麻醉时，缺氧病人易发生肝坏死。氧基：某些药物在氧化还原循环中形成的氧基（也称氧自由基）也具有肝毒性。例如：硝呋妥因（呋喃坦啶）和阿霉素的代谢物能接受一个不成对的电子，形成自由基，后者与氧作用产生一个超氧阴离子（O2-），造成脂质过氧化和巯基氧化。肝细胞坏死的最终共同通道：由于亲电子基、自由基或氧基的毒性作用，破坏膜的完整性和膜的Ca2+-ATP酶系，使细胞内外环境Ca2+的稳态破坏，最终造成肝细胞死亡。另一方面，其代谢产物也可与肝细胞的蛋白质结合，形成新抗原，诱导免疫反应。毒性代谢产物与肝细胞的大分子结合：异烟肼在肝内经过乙酰化后，分解成异烟酸和乙酰肼，后者与肝细胞内大分子共价结合造成肝细胞坏死。苯巴比妥、利福平等药酶诱导剂，增加乙酰肼的产生，从而增加异烟肼对肝脏的毒性。使用药酶抑制剂 （如对氨基水杨酸）时，则药物性肝病的发生率降低。根据人体对异烟肼的代谢快慢，可分成快灭活（快乙酰化）和慢灭活 （慢乙酰化）两类人群，由常染色体隐性基因决定。快灭活者产生较多的乙酰肼，异烟肼所致的肝损害主要发生在此类人群中。国人以慢灭活人群为多，因此异烟肼肝损害不如外国多见。二、药源性胆汁淤积的机制肝内胆汁淤积是由于胆汁流障碍，胆汁不能正常地流入胆管而引起的一系列病理和临床表现。胆汁主要在肝细胞形成，排入毛细胆管，再进入叶间胆管、胆管、总胆管。药物所致的淤胆主要是在肝细胞水平的胆汁流障碍。肝细胞是一种高度极化的上皮细胞，它的基侧膜面向肝窦，顶端膜形成毛细胆管腔，在基侧膜面与毛细胆管膜交界处有一种特殊装置，称为紧密连接，将细胞旁间隙封闭，使毛细胞胆管与肝窦隔开，阻止胆汁流入血液。肝细胞水平胆汁流形成的过程包括：将血液内的胆汁酸、胆红素、卵磷脂等有机物质从肝窦摄入肝细胞；以上物质在肝细胞内转运；胆汁通过毛细胆管排出。这些步骤的障碍，可造成肝内淤胆。胆汁流的原始动力，是将胆汁内的成分从肝窦摄取通过基侧膜进入肝细胞内，这个过程往往与胆汁酸的分泌密切相关，称为胆汁流依赖胆汁酸的机制，这个机制有赖于肝细胞基侧膜的转运体（transporter），包括依赖钠的牛磺胆酸转运体（NTCP）和不依赖钠的转运体（OATP），以及产生ATP的钠泵，共同作用，将血液内的胆汁酸输入到肝细胞内，同时也将电解质和水分一起带入，然后通过细胞质内通过被动弥散或微泡转运至毛细胆管附近。胆汁形成的另一种机制称为不依赖胆汁酸的机制，它主要依赖GSH和电解质的分泌而进行。毛细胆管水平的胆汁形成也需要多种转运体，包括依赖ATP的单价胆汁酸转运体（cBAT）和多价胆汁酸转运体（MRP2）。毛细胆管膜上的多耐药基因产物（MDR1和MDR3）分泌兼极性阳离子药物和磷脂。由于胆汁是通过毛细胆管膜分泌的，所以该膜的流通性和完整性的受损，在胆汁淤积发生机制中也起重要作用。三、药物性肝病免疫机制药物或其代谢物与肝特异蛋白质结合成为抗原，经巨噬细胞加工后，被免疫活性细胞识别，导致过敏变态反应。肝细胞的损害可能由于T杀伤细胞或抗体依赖的K细胞（ADCC反应）攻击所致。如有多量免疫复合物在肝组织沉着，可能造成重症肝炎。肝外的变态反应如关节炎、皮疹、肾炎等，往往是由于循环内免疫复合物在局部的沉着。某些药物引起的慢性活动性肝炎，是典型的免疫反应，可在周围血内测到多种自身抗体。氟烷类麻醉剂：氟烷及异氟醚、恩氟醚等吸入麻醉剂，均可引起药物性肝损害，以氟烷发生肝损害的几率较高。氟烷在CYP2E1作用下，产生代谢物三氟乙酰氯化物（CF3COC1），后者与肝细胞内质网的半抗原（含赖氢酸残基的-氨基多肽）结合，形成新的抗原，从而激起免疫反应。从氟烷性肝病病人血清中分离到的抗体可以与多种肝内抗原作用，最主要的是作用于CYP2E1。此种抗原在细胞膜表达，与相应的抗体或免疫的T细胞结合，造成肝细胞损伤。其他的氟烷类麻醉剂如蒽氟烷、异氟烷、七氟烷、地氟烷等，由于在肝内代谢较少，因此较少发生肝损伤。另外一些药物，如排尿酸药、利尿剂、替尼酸等引起的肝损伤时，血液中可测到针对CYP2C9的抗体，可能通过抗体介导的细胞毒作用（AD-CC）使肝细胞坏死。替尼酸（tienilicacid）：本品为排尿酸利尿剂，最早应用于法国，因发现有肝、肾毒性，在美国限制应用。约1/800的服药者，可发现肝损害，在血清中可测出抗肝、肾微粒体抗体（抗-LKM2抗体）。用免疫印迹和免疫沉淀法，此抗体与肝微粒体的P-4508（亦称P450MP儿起反应。此P450MP是作用于甲基苯乙妥英苯环的羟化。在替尼酸引起肝病患者的血清中，可测到针对此新抗原的抗体，肝损害可能是ADCC的作用。药物在肝脏内的代谢一、药物在肝内的生物转化肝脏在药物（或外源性毒物）的代谢和处置中起着十分重要的作用，大多数药物和毒物在肝内经生物转化作用而排出体外。肝脏的病理状态可以影响药物在体内的代谢过程，从而影响药物的疗效和不良反应。另一方面，药物的代谢过程中的产物，可以造成肝损害。药物在肝内所进行的生物转化过程，可分为两个阶段：氧化、还原和水解反应；结合作用。（一）第一相反应多数药物的第一相反应在肝细胞的光面内质网 （微粒体）处进行。此系由一组药酶 （又称混合功能氧化酶系）所催化的各种类型的氧化作用，使非极性脂溶性化合物产生带氧的极性基因（如羟基），从而增加其水溶性。有时羟化后形成的不稳定产物还可进一步分解，脱去原来的烷基或氨基等。其反应可概括如下D+ADANADPH+DA+H+DAH2+NADP-DAH2+O2+HADPHA+DOH+H2O+NADP-（注：D=药物；A=细胞色素P450）药酶是光面内质网上的一组混合功能氧化酶系，其中最重要的是细胞色素P450，其他有关的酶和辅酶包括：NADPH细胞色素P450还原酶、细胞色素b5、磷脂酰胆碱和NADPH等。细胞色素P450（以下简称P450）是一种铁卟啉蛋白，能进行氧化和还原。当外源性化学物质进入肝细胞后，即在光面内质网上与氧化型P450结合，形成一种复合物，再在NADPH细胞色素P450还原酶作用下，被NADPH所提供的电子还原，并形成还原型复合物。后者与分子氧（O2）作用，产生含氧复合物，并接受NADPH所提供的电子，与O2形成H2O，同时药物（或毒物）被氧化成为氧化产物。细胞色素P450：药物代谢的第一相反应，主要在肝细胞的光面内质网（微粒体）进行，此过程系由一组混合功能氧化酶系（又称药酶）所催化促进，其中最重要的是P450和有关的辅酶类。P450酶系包括二个重要的蛋白质组分：含铁的血红素蛋白和黄素蛋白，后者能从NADPH将电子转移至P450底物复合体。药物与P450结合位点与血红素分子非常接近，有利于电子的转移。药物与氧化型P450结合，此时血红素的铁为三价铁（Fe3+），通过NADPH还原酶的作用，将NADPH的电子转移给P450，使其还原，血红素铁成二价（Fe2+）。还原型的P450药物复合物与氧分子作用，成为含氧复合物，并接受NADPH所提供的电子，与氧生成H2O，同时药物也被氧化，P450又成为氧化型（Fe3+）。如此反复循环，使药物进行第一相的代谢。P450实际上为同一家庭的多种异构型。迄今为止，人类P450的基因已发现有27种，编码多种P450。基本上分成至少4个基因族，又可进一步区分为不同亚族。其分类为CYP1，CYP2，CYP3和CYP4，亚族的分类按英语A、B、C和阿拉伯数字1，2，3，进一步分类。按其功能，人类的P450可分成二类。CYP1，2，3，主要代谢外源性化合物，如药物、毒物等，有交叉的底物特异性，常可被外源性物质诱导，在进化过程中，其保守性差。GYP4则主要代谢内源性物质，有高度特异性，通常不能被外源性物质诱导，在进行过程中相对保守。此类P450在类固醇、脂肪酸和前列腺素代谢中起作用。在药物代谢中起重要作用的P450。表39-1具有代表性药物代谢CYP1，CYP2和CYP3亚家族P450亚族 代谢的底物 （药物）CYP1A2 氧阿米替林，咖啡因，氟哌啶醇，茶碱，他克林，西咪替丁CYP2B6 环磷酰胺CYP2C 卡马西平，环磷酰胺，地西泮，布洛芬，奈普生，奥美拉唑，苯妥英，普奈洛尔，甲苯磺西脲CYP2D6 异喹胍，大多数受体拮抗剂，氧阿米替林，氯丙嗪，可待因，右美沙芬，恩卡尼，氟哌啶醇，去甲替林，维拉帕米CYP2E 对乙酰氨基酚，乙醇，氟烷CYP3A 胺碘酮，卡马西平，西沙必利，可卡因，皮质醇，环孢素，氨苯砜，地塞米松，地尔硫草，红霉素，丙米嗪，利多卡因，洛伐他汀，硝苯地平，孕酮，他克莫司，他莫昔芬，睾丸酮，丙戊酸盐，维拉帕米，长春新碱，华法令一般说来，药物经过第一相的氧化、还原等作用，变为极性和水溶性较高而活性低的代谢物，再经过第二相的结合作用，通过胆汁或尿液排到体外。但有些药物，在P450药酶作用下，转化为对肝细胞肝毒性的代谢物。（二）第二相反应 药物经过第一相反应后，往往要通过结合反应，分别与极性配体如葡萄糖醛酸、硫酸、甲基、乙酰基、硫基、谷胱甘肽、甘氨酸、谷酰胺等基因结合。通过结合作用，不仅遮盖了药物分子上某些功能基因，而且还可改变其理化性质，增加其水溶性，通过胆汁或尿液排出体外。药物结合作用的相对能力也有不同，如葡萄糖醛酸结合、乙酰化和甲基化是高能力组，甘氨酸、谷酰胺和硫酸结合为低能力组。例如，与硫酸结合通常是代谢苯环化合物的主要途径之一，但它有一定的限度，可能是可利用的“活性硫酸盐”（PAPS）含量有一定的限度。如低剂量的扑热息痛，主要是与硫酸结合，高剂量时则主要与葡萄糖醛酸结合；很大剂量时，由于结合能力耗竭，可能通过第一种途径，生成N-羟基衍生物，造成肝损害。药物的结合反应有两种类型，第一种药物与活性基团结合（表39-2），第二种是被激活的药物与有关化合物结合（表39-3）。表39-2第一种结合反应结合物 激活的结合物 转移酶 酶定位葡萄糖醛酸 尿核苷二磷酸葡萄糖醛酸（UDPGA） 葡萄糖醛酸转移酶微粒体（光面内质网）硫酸 磷酸腺苷磷酰硫酸（PAPS） 硫酸转移酶胞质液甲基 S-腺苷蛋氨酸 甲基转移酶胞质液乙酰基 乙酰辅酶A 乙酰基转移酶胞质液硫基 硫代硫酸 硫代硫酸转移酶胞质液表39-3第二种结合反应药物激活的药物 结合物酶定位芳香酸芳香酰辅酶A甘氨酸线粒体芳香基乙酸芳香基乙酰辅酶A谷氨酰胞质液芳香环化合物环氧化合物谷胱甘肽胞质液 第一相的P450酶系与第二相结合作用酶系的分布、功能和可诱导性均有差别，反映了这二类生物转化和解毒作用的不同生物学意义。谷胱甘肽 （GSH）在结合和解毒作用中起着十分重要的作用，它能与亲电子基、氧基作用，防止肝细胞的损害。二、影响药物代谢的因素（一）药物代谢的遗传多态性由于肝脏药酶系特别是P450的遗传多态性，以致造成药物代谢的个体差异，这影响了药物的药理作用、不良反应和致癌的易感性等。对某些药代谢的缺陷者称为：不良代谢者（poormetabolizer）或PM-表型1，而正常良好代谢者（extensivemetabolizer）称为EM-表型。在第一相中的药物代谢多态性以异喹胍和乙妥英为例，分别为P450UD6和P450C的变异。对异喹胍的羟化作用有遗传性缺陷的个体，在应用-受体拮抗剂、三环类抗郁剂、某些膜抑制抗心律紊乱药、抗高血压药和钙离子拮抗剂等，由于药物代谢的异常，使药效增强、时间延长，容易发生不良反应。在第二相反应的药物代谢多态性，以异烟肼和磺胺二甲嘧啶为例，可区分为乙酰化快型和慢型两种，慢型乙酰化个体长期服用肼苯达嗪和普鲁卡因酰胺后可产生红斑狼疮综合征，服异烟肼后易发生周围神经病变（表39-5）。P450A1，P450A2是芳香碳氢化合物羟化酶（过去称P448），激活某些致癌原，其遗传变异与某些癌的易患性有关。（二）药酶的诱导和抑制1.酶诱导作用 某些亲脂性药物或外源性物质 （如农药、毒物等）可使肝内药酶的合成显著增加，从而对其它药物的代谢能力增加，称为酶的诱导。在形态学上有光面内质网增生和肥大。目前，已知至少有200多种的药物和环境中的化学物质，具有酶诱导的作用。其中，比较熟知的苯巴比妥、导眠能、眠尔通、保太松、苯妥英钠、利福平、灰黄霉素、安体点特舒通、666、DDT、3-甲基胆蒽和3，4-苯等。药酶的诱导有时可造成药物性肝损伤或化学致癌。环境中的杀虫剂、烟草燃烧和烧烤牛肉的产物等亦能诱导P450。表39-5遗传多态性与药物代谢代谢途径药物举例 人群中的频率（）酶C-氧化异喹胍，金雀花碱，右旋甲吗喃，阿片类白种人5-10 2.酶抑制作用 有些药物通过抑制药酶，使另一药物的代谢延迟，药物的作用加强或延长，此即酶的抑制。微粒体药酶的专一性不高，多种药物可以作为同一酶系的底物，这样可能出现各种药物之间对酶结合部位的竞争。对药酶亲和力低的药物，不仅它本身的代谢速率较慢，而且当存在另一种对药酶有高亲和力药物时，它对前者的竞争能力就较差。因此，一种药物或毒物受一种酶催化时，可以影响对其它药物的作用。已经发现保太松、双香豆素等可抑制甲磺丁脲的代谢，而增强其降血糖作用。长期服用别嘌呤醇或去甲替林，可以造成酶抑制。氯霉素可抑制甲磺丁脲、苯妥英钠、双香豆素的代谢。（三）其他影响药物代谢的其他有关因素有年龄（新生儿、早产儿、老年）、性别、昼夜的调节、营养状态、饥饿、妊娠和内分泌等。以上这些因素可以解释为什么不同的个体药效和不良反应出现的差异。三、肝脏对药物的排泄除了药物的生物转化外，肝脏对药物代谢的第二个重要功能是将药物从胆汁排泄。一般来说，分子量大于400-500的化合物，主要直接从胆汁排泄。分子量小于300的物质进入血液，从肾脏排出。从胆汁排出的药物，大多是已经通过第一相和第二相生物转化后已形成的结合代谢物，但也有少数未经转变或仍呈活性状态的药物。肝脏对后者的排泄能力，直接影响到该药在血液内的浓度，利福平就是一个例子。经胆汁排入肠道的结合代谢产物，为高度水溶性，不易从肠道吸收，随同粪便一起排出体外。但有些代谢物，在肠壁或细菌的某些水解酶（如葡萄糖醛酸苷酶）的作用下，去掉结合物，又成为脂溶性，可以从肠黏膜吸收，进入门静脉系统，形成“肠肝循”，使药物作用的时间延长。另外，在肾功能减退时，肝脏对药物的排泄可能是一个重要的代偿手段。四、肝脏疾病对药物代谢的影响肝脏疾病时，除了肝脏的药酶系和结合作用的改变可以影响药物代谢外，还有其他一些重要的因素亦影响药物代谢和血浓度，包括肝脏的有效血流量，肝细胞对药物的摄取和排出，有效肝细胞的总数，门-体血液分流，胆道畅通情况，血浆蛋白浓度和药物的吸收等。药物通过肝脏的总消除率（包括与肝组织结合、肝脏代谢及胆汁排泄的速率），可用药物进出肝脏的速率差表示： 药