神经钙蛋白阻滞药的肾毒性研究进展

大光

神经钙蛋白阻滞药的肾毒性研究进展
作者：辛华雯、何艳
作者单位：广州军区武汉总医院临床药理科
来源：《中国药师》 2010年 第13卷第9期


    20世纪70年代后期，神经钙蛋白阻滞药（calcineurin inhibitor, CNI）环孢素（cyclosporine, CsA）开始应用于肾移植，自此，肾移植成为肾脏终末期疾病治疗的重要手段。1984年，另一个强大的CNI类免疫抑制药——他克莫司（tacrolimus，亦称FK506）被发现，他克莫司现已成功地用于人类肝脏、肾脏和心脏移植。目前，有94%的肾移植患者采用以CNI为基础的免疫抑制方案。
　　除了器官移植领域，CNI也可用于治疗风湿性关节炎、免疫性肾脏疾病、系统性红斑狼疮、自身溶血性贫血、银屑病、白癜风、特应性皮炎、多发性硬化等多种疾病。
　　CNI免疫抑制药通过抑制神经钙蛋白依赖性磷酸酶而发挥作用。环孢素和他克莫司分别与细胞内的环孢素A受体（Cyclophylin）和FK结合蛋白（FKBP12）结合，形成具有类似活性的竞争复合物。该复合物与细胞内的神经钙蛋白黏合在一起，从而阻断后者的生物活性，使细胞内钙离子依赖信息传导受阻，通过抑制神经钙蛋白阻滞药依赖的活化T细胞核因子（NFAT）脱磷酸作用，阻断白介素-2（IL-2）的转录过程，导致IL-2合成减少，最终抑制了由IL-2介导的T细胞活化。
　　神经钙蛋白全身分布广泛，尤其在脑组织分布最广泛。神经钙蛋白的作用与其分布密切相关，它可以影响受体信号的转导，影响离子通道的功能，还可影响细胞的分泌。和神经钙蛋白一样，NFAT亚型也不是T细胞特异性的，所以环孢素和他克莫司可出现免疫抑制之外的不良反应。这些不良反应，降低了肾移植患者的远期生存率，故CNI的肾毒性为临床医生广泛关注。
　　本文对CNI肾毒性的特征、危险因素以及预防和治疗简要概述。


1　CNI肾毒性的发病机制、组织学及临床特征


　　环孢素临床使用的时间明显长于他克莫司，故大部分数据都是关于环孢素的。
　　首个环孢素的肾毒性案例是由可逆的肾功能变化引起的。这种可逆的、由血流动力学介导的肾功能不全，我们称之为“急性CNI肾毒性”。
　　1984年，Myers等首次证明了在心脏移植患者中长期使用环孢素不仅产生可逆的肾小球滤过率降低，而且伴随不可逆转的肾功能减退。这种肾功能减退是由肾小管间质损伤和肾小球硬化累积产生的，是不可逆转的，它被称为“慢性CNI肾毒性”。


1.1　急性CNI肾毒性


1.1.1　对血管的效应（“急性小动脉病”）
　　Murray等在1985年首次证明，使用环孢素可导致可逆的肾功能障碍，主要是由入球小动脉的血管收缩引起。使用环孢素治疗后，可看到血流量的显著改变。产生这种没有组织学改变的血管效应可能与钙/NFAT依赖机制相关，目前有以下几种解释：
　　① CNI增加内皮缩血管肤的释放，产生强效的血管收缩作用；
　　② CNI激活肾素-血管紧张素系统（RAS），通过血管紧张素Ⅱ的作用减少肾血流量，进一步扩大使用CNI导致的肾血流动力学变化；
　　③CNI诱导血管舒张/收缩因子中花生四烯酸代谢物比率的失衡，抑制COX-2，从而促进肾血管收缩；
　　④CNI抑制一氧化氮合成和内皮依赖性一氧化氮介导的肾血管舒张功能，可导致血管舒张功能降低和血管非对抗性收缩，诱导产生高血压和肾小球滤过率的降低；
　　⑤ CNI刺激交感神经产生增加肾血管阻力的急性反应。


1.1.2　对肾小管的效应
　　组织学上急性CNI肾毒性与肾小管胞质的等大性空泡化变性相关，这种变性使内质网扩大和溶酶体增加。肾小管空泡化并不是一个特异的指征，在使用类固醇和硫唑嘌呤维持治疗的异体移植患者以及其他临床治疗导致的肾缺血或肾小管上皮细胞损伤患者中也可发现。但两者相比，环孢素诱导的空泡化，是典型等大的，而静脉注射免疫球蛋白导致的肾小管上皮细胞空泡化可能观察到相当大的空泡。


1.1.3　血栓性微血管病
　　尽管肾移植术后新生血栓性微血管病（TMA）可能存在多种因素，包括缺血再灌注致血管内皮损伤、肾的感染、排异反应、恶性肿瘤以及药物等因素，但是，使用环孢素和他克莫司等显然是移植后发生TMA的重要危险因素，因为CNI可引起血管收缩导致缺血性血管内皮损伤，同时也能增加血小板聚集，激活血栓因子。


1.2　慢性CNI肾毒性
　　慢性CNI肾毒性是当前CNI免疫抑制方案中的致命缺点。Myer等首次证明了环孢素不仅可诱导肾血管阻力可逆性改变，也对肾脏的组织结构造成不可逆转的损害。更详尽的组织学检查结果证实，采用环孢素和他克莫司治疗可对肾脏三个组成部分产生不可逆转的影响：①血管产生小动脉透明性变；②肾小管萎缩和间质纤维化；③肾小球囊增厚和纤维化，肾小球局灶性或全球硬化。慢性CNI肾毒性是环孢素诱导的血流动力学改变以及对肾小管上皮细胞的直接毒性共同作用的结果。


1.2.1　对血管的效应
　　小动脉透明性病变是CNI肾毒性的一个标志，其特点是透明的圆形或块状蛋白，在入球小动脉的血管壁上沉淀，这些透明物逐渐变大，导致血管腔变窄。尽管有报道，停止或减少环孢素用量后，环孢素致小动脉严重的病变能完全复原并且出现动脉重塑，但目前普遍认为这种小动脉的透明性病变是不可逆转的。


1.2.2　对肾小管-间质的效应
　　长期使用环孢素和他克莫司可使小动脉病变和狭窄，这是导致肾小管间质纤维化和萎缩，以及肾小球硬化的主要原因。
　　CNI通过收缩肾血管造成肾小管间质的局部缺氧或缺血，导致自由基或活性氧的形成增多，造成细胞损伤，直接促进细胞凋亡。
　　此外，肿瘤生长因子（TGF-β） 、血管紧张素Ⅱ等也是慢性CNI肾毒性的重要影响因子。
　　环孢素能直接上调TGF-β在肾小管上皮细胞的表达，他克莫司也能产生同样的效应，并且这种效应不依赖于CNI对血流动力学的影响。TGF-β能促进间质的纤维化，诱导上皮细胞间质转变（EMT）。EMT是一个多级过程，是长期使用环孢素造成肾间质纤维化的重要机制。
　　血管紧张素Ⅱ不仅对CNI肾毒性导致的血流动力学变化有非常重要的影响，而且它还能激活RAS，诱导TGF-β产生多种效应，包括醛固酮释放，刺激肾小管的转运，促炎症效应，增加促纤维因子的增长和活性，直接促进肾间质纤维化和慢性CNl肾毒性的产生。
　　此外，巨噬细胞浸润产生的炎症也与慢性CNI肾毒性有关联。
　　最后，环孢素竞争性抑制P-糖蛋白的活性，而P-糖蛋白是药物在肾小管上皮细胞膜转运的介质。当使用环孢素治疗时，内源性毒性物质排泄的减少可能导致了毒性物质在肾脏累积。


1.2.3　对肾小球的效应
　　长期使用CNI可引起多种不同类型的肾小球损伤，最常见的是由严重CNI肾毒性引起的小动脉透明性病变，小动脉病变继发肾小球缺血最终导致肾小球全球性硬化，这种病变在糖尿病患者中也会出现。
　　此外，肾小管损伤切断了肾小球近端小管对肾小球的灌注，使肾小球体积更小，而球旁往往出现纤维化，或有可能出现严重感染。
　　此外，CNI可能会导致肾小球局灶性硬化或肾小球全球性硬化，这可能是由于肾小球超滤功能的损伤及肾小动脉的透明性病变所致。


1.2.4　对电解质的影响
　　环孢素和他克莫司除了能影响肾血流动力学和结构，还可导致肾小管功能改变及电解质平衡紊乱，如高血钾、低血镁、血氯过多所致代谢性酸中毒和高尿酸血症等，其中，一些效应可用CNI抑制了肾小管上皮细胞Na+－K+－2C1-协同转运蛋白（NKCC2）的表达来解释。


1.3　环孢素和他克莫司的比较
　　虽然环孢素和他克莫司结构上并无相关性，但他克莫司的肾毒性与环孢素类似而且能够诱导类似的病理损伤。
　　许多证据表明，他克莫司比环孢素的潜在肾毒性低。动物和人体实验均证明，他克莫司的血管收缩效应弱于环孢素。此外，他克莫司潜在的纤维化效应也较低。
　　一些临床试验表明：在非肾实质器官移植中，他克莫司与环孢素相比，对肾功能更有利（2005年）。
　　在肾移植中，由于受到肾移植排斥现象的干扰，进行此种比较相对困难。然而，当他克莫司和环孢素有类似的急性排斥反应发生率时，他克莫司与环孢素相比，血清肌酐水平显著降低或肾小球滤过率较高，而且移植存活率更高（2007年）。
　　使用他克莫司替代环孢素治疗移植后肾功能减退，也与他克莫司能显着改善肾功能有关（2008年）。
　　一项大型多中心随机临床试验结果表明：低剂量的他克莫司在移植后肾功能及移植后的存活率上都比环孢素更优（2007年）。


2　CNI肾毒性的危险因素


2.1　环孢素和他克莫司的全血浓度水平
　　在肾移植患者中，急性CNI肾毒性与环孢素和他克莫司的全身暴露量相关。
　　慢性CNI肾毒性因人而异，一些慢性损害的发展是由于亚临床免疫现象，而不是CNI过量暴露造成的。
　　Klintmalm等首次证明了环孢素剂量、血药浓度与肾移植后间质性纤维化的关系。其他学者也证实了环孢素的肾毒性与高剂量使用环孢素或高血药浓度水平之间有一定联系。但是也有不同的报道，例如，在非肾器官移植中，有研究证明，环孢素的全身暴露量对心脏移植术后肾功能没有明显影响。同样，肝脏移植中，高、低剂量环孢素组的肾功能或肾毒性的发生率在短期内没有显著差异。
　　在环孢素应用于临床之前，并没有对其进行剂量研究。他克莫司与环孢素不同，他克莫司临床应用之前，己经进行了广泛的研究。一些研究表明：他克莫司浓度与排异反应以及浓度与毒性具有显著相关性。


2.2　环孢素和他克莫司的肾局部暴露
　　密切监测环孢素和他克莫司全身血浓度水平并不能阻止慢性CNI肾毒性的发展，主要原因可能是肾移植部位的药物浓度与全身血药浓度并没有直接关系，其他因素也可能影响这些药物在肾组织的药物浓度。
　　研究表明，环孢素和他克莫司在肾组织中药物浓度要比血中高得多，但个体差异及环孢素或他克莫司局部药物浓度是否为决定因素，目前尚不清楚。然而，总结以往的研究结果发现，环孢素或他克莫司的个体肾组织药物浓度明显与慢性CNI肾毒性相关，并受以下因素的影响：
　　①药物的相互作用干扰肾上皮细胞中ABCB1（ATP结合盒亚家族B1即P-糖蛋白）介导的转运。例如，mTOR（哺乳类西罗莫司靶分子）阻滞剂在肾小管上皮细胞通过竞争P-糖蛋白抑制环孢素的排泄，因此导致环孢素在这些细胞中累积；
　　②肾脏的ABCB1基因型以及在肾小管上皮细胞中的表达。肾脏的ABCBI与P-糖蛋白表达或功能相关，当肾表面的P-糖蛋白表达或功能较低时，环孢素会在局部累积，增加了CNI肾毒性的局部易感性。


2.3　环孢素和他克莫司代谢产物的暴露量
　　环孢素和他克莫司的代谢产物会增加临床CNI肾毒性，这些代谢产物的肾组织浓度与患者CYP3A4/5基因多态性以及与其他药物的相互作用有关。研究表明，肾移植患者肝脏中CYP3A5基因的多态性使他克莫司和其肾毒性代谢产物的全身暴露量提高，增加了慢性CNI肾毒性的风险。同样，合用某些药物如酮康唑，抑制了肝细胞色素P450酶，减少了CNI的代谢，导致CNI代谢物暴露量的增加，因此增加了慢性CNI肾毒性的风险。


2.4　肾局部易感因素对CNI肾毒性的影响
　　肾局部易感性受很多因素的影响，但与环孢素或他克莫司的浓度水平无关。
　　①主要的影响因素是肾年龄，因为肾年龄的增大与肾脏慢性病理损伤程度是相关的。
　　②使用非甾体抗炎药（NSAIDs）能增加肾脏对急性CNI肾毒性易感性，但长期合用非甾体抗炎药与CNI是否会导致慢性CNI肾毒性的发展加速，目前仍不清楚。
　　③潜在的RAS活化与相对盐耗竭增强了CNI肾毒性的易感性。
　　④基因的遗传多态性（如TGF-β, ACE）参与CNI肾毒性的发病机制，与慢性CNI肾毒性的风险相关。


3　预防和治疗CNI肾毒性


3.1　减少CNI及其代谢产物的暴露量
　　如果在免疫抑制治疗方案中完全避免使用CNI，将充分防止CNI肾毒性的发展。然而，从免疫抑制方案中去除CNI，不能维持异体移植物的存活。因为使用其他免疫抑制方案不足以预防急性排斥反应。因此，“ CNI-撤回”可能是一个更好的选择。这意味着在肾移植后的早期（排斥反应高风险期）使用CNI，然后在不可逆转的肾功能损害发生之前，将CNI转换为低肾毒性的药物如吗替麦考酚酯。
　　现在越来越关注的是“CNI-最小化治疗方案”，即在开始给予免疫抑制治疗方案后，调整环孢素或他克莫司的剂量至更低的水平。这个办法在最近的一项肾移植大型多中心随机试验中得到验证（Reduced exposure to calcineurin inhibitors in renal transplantation，2007年
）。通过降低CNI的水平，可能避免部分CNI肾毒性，但移植排斥反应风险的增加可能会消减这些积极的影响。迄今为止，还没有随机性的研究来评估“CNI最小化治疗方案”对CNI肾毒性组织学演变的影响，以及此方案对排斥反应与CNI肾毒性的相对贡献率。


3.2　西罗莫司等在防治CNI肾毒性中的作用
    西罗莫司（sirolimus , SRL）是用于器官移植后防治排斥反应的强效雷帕霉素靶分子抑制药。SRL作用机制与CNI不同，无肾毒性，不引起肾小球滤过率的减少及肾功能损害。研究证明：以SRL为基础停用或减少CsA用量，可有效防治慢性移植肾肾病，减轻或避免CsA的不良反应，而完全撤除CsA可获得更好的移植肾功能。
　　有研究发现，149例肾移植后转换应用西罗莫司的慢性移植肾肾病患者，其肌酐清除率有明显的改善，但69.8%的患者出现中重度蛋白尿（Increase of proteinuria after conversion from calcineurin inhibitor to sirolimus-based treatment in kidney transplant patients with chronic allngraft dysfunction, 2006年）。这到底是SRL本身的作用还是CNI撤减反应，目前尚存争议。
　　国外研究证明，对于FK506导致的肾功能损害，使用SRL转换治疗可有效逆转肾功能损害（Conversion to sirolimus-based immunosuppression in maintenance liver trxnsplantation patients，2007年）。
　　许多研究认为SRL与小剂量的CNI联用可降低CNI的肾毒性，取得较好的疗效。而其他研究认为3个月后停用CsA，以小剂量的SRL维持治疗是安全的；同时认为在SRL维持治疗中添加小剂量CsA并不能增强免疫抑制效果，反而可能加剧肾功能损害。由此可见，在维持治疗阶段，完全停用CNI是可行且安全的。另外，SRL可增加泼尼松和吗替麦考酚酯的血浓度，起到良好的协同作用。
　　倪晓洁等对肾移植术后“爬行肌酐”患者采用FK506、SRL和吗替麦考酚酯等3种免疫抑制药替换方案，结果表明：3种替换方案都可以有效地改善或稳定移植肾功能（3种免疫抑制剂替换方案治疗肾移植术后“爬行肌酐”的疗效观察，2008年）。


3.3　减少CNI肾毒性的肾局部易感性
　　由于入球小动脉的血管收缩在急性和慢性CNI肾毒性中均发挥了关键作用，所以有许多学者研究了血管舒张剂对避免CNI肾毒性的潜在作用。研究发现，肾移植术后，使用钙离子拮抗药尼群地平以及拉西地平能防止环孢素导致的肾血流量和肾小球滤过率的下降（Calcium channel blockers protect transplant patients from cyclosporine-induced daily renal hypoperfusion，1993年）。同样，在心脏移植伴轻度高血压和肾功能不全患者中，采用二氢硝苯地平治疗1周后，血压正常同时肾功能得到改善（Calcium antagonists in heart transplant recipients:Effects on cardiac and renal function and cyclosporine pharmacokinetics，1993年）。但是，应当说明的是，不同的钙离子拮抗药对肾血管阻力的影响不同，甚至它们对CNI药物动力学的影响也不同。
　　RAS活化对CNI肾毒性的关键作用表明RAS抑制能阻止CNI肾毒性的发展。研究证明，使用ACE抑制药（ACEIs）和血管紧张素Ⅱ受体阻断药（ARBs）后，心血管系统得以重建和改善，从而减少了使用环孢素而导致的CNI肾毒性（The aggravating mechanisms of aldosterone on kidney fibrosis, 2008年）。
　　使用米索前列醇能够改善肾功能，降低急性排斥反应的发生率，但是，米索前列醇本身并没有阻止CNI肾毒性的发展。在大鼠中，使用L-精氨酸能够大大改善使用环孢素导致的肾功能不全，而在人体中，没有观察到L-精氨酸对CNI肾毒性的有益作用（Effect of molsidomine and L-arginine in cyclosporine nephrotoxicity: role of nitric oxide，2005年）。
　　其他一些方法可能对防止CNI肾毒性有益，如抗TGF-β抗体、抗氧化剂、他汀类药物以及镁和镁补充剂。然而，这些方法的有效性还未在人体实验中得到证实。


4　结论


　　随着神经钙蛋白阻滞剂环孢素和他克莫司等在临床的普遍应用，肾移植患者的短期生存率得到了明显的提高。但是，这些药物的慢性肾毒性是现行免疫抑制治疗方案的致命伤。
　　慢性CNI肾毒性对肾脏所有部位包括肾小球、肾小动脉及肾小管间质产生不可逆的病理损害。由于大多数损伤是非特异性的，这使慢性CNI肾毒性的鉴别诊断十分困难。
　　尽管肾毒性是否由CNI作用于神经钙蛋白-NFAT通路的继发性反应这一主要问题尚不十分清楚，但CNI肾毒性的病理生理机制已得到部分阐明。
　　在CNI肾毒性和易感性的比较上，肾脏的自身因素比环孢素和他克莫司的全身暴露水平更重要。这些自身因素包括P-糖蛋白和CYP3A4/5的表达或活性的改变、肾老龄化、使用非甾体抗炎药以及TGF-β（肿瘤生长因子）和ACE基因的遗传多态性。
　　降低CNI血药浓度和减少CNI或它们的代谢产物在肾脏的局部暴露有利于预防和治疗CNI肾毒性。此外，更多地了解CNI导致肾毒性的潜在机制可为制定更有针对性的治疗方案或预防CNI肾毒性发生铺平道路。
　　环孢素作为免疫抑制疗法的主流药物，近年来由于其肾毒性和增加心血管疾病发生率，其临床应用受到一定限制。尽管环孢素能否减量或替换尚存在不少争议，但用高效低毒的新型免疫抑制剂替换环孢素仍是未来的发展趋势。他克莫司由于具有较环孢素更强的免疫抑制活性和更低的肝肾毒性，正在逐步取代环孢素成为器官移植患者的首选免疫抑制剂。


参考文献　略


【链接】
钙调神经蛋白抑制剂肾毒性预防和治疗的研究进展
http://bbs.yizhiwang.org.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=87157

大光

　　神经钙蛋白阻滞药 (CNI) 应用于肾移植已有多年时间, 目前应用较多的有环孢素A和他克莫司, 前者与细胞内的环孢素A受体结合, 而后者与FK结合蛋白结合, 形成竞争性的复合物与神经钙蛋白黏合, 从而阻断其生物活性。尽管肾移植的早期效果在该类药物的使用下已有显著改善, 但远期效果却未得到相应提高。
　　本研究通过回顾性分析, 观察在慢性移植物肾病肾功能不全早期将CNI减量或停止使用对移植肾的功能是否有改善作用。


一、临床资料
　　将2000年1月～2006年10月于我院泌尿外科诊治的肾移植患者105例纳入研究, 进行回顾性分析。男62例、女43例, 年龄17～65 (37.9±21.8) 岁。
　　采用环孢素A治疗77例, 他克莫司治疗28例。其中55例患者在1～2周内将环孢素A或他克莫司减少至原剂量的1/3或完全停止使用, 纳入实验组；余50例患者CNI使用无大幅度变化, 纳入对照组。
　　所有患者均增加了硫唑嘌呤或霉酚酸脂的用量。肌酐升高在肾移植术后8～75 (37.7±28.1) 个月。
　　纳入标准：①肾移植＞6个月, 血清肌酐升高者。②用甲泼尼龙冲击治疗无效, 排除急性排斥反应者。③肾功能进行性恶化。④肾穿刺提示慢性移植物肾病, 病理结果显示间质纤维化、肾小管萎缩。⑤肾功能异常同时期, 患者在使用环孢素A或他克莫司。排除标准：不符合纳入标准的其他肾功能恶化者。


二、结果
　　药物调整3 a后, 实验组肾功能稳定及好转34例 (占61.8%) , 对照组5例 (占10%) , χ^2=11.3, P＜0.05。
　　2组肌酐清除率减损量（肌酐清除率减损量=术后1 a时的肌酐清除率-3 a后的肌酐清除率。）及尿蛋白定量比较见表1。





三、讨论
　　环孢素A和他克莫司是目前在器官移植领域中应用最为广泛的免疫抑制药, 其通过神经钙蛋白依赖性磷酸酶发挥其免疫抑制作用。在1984年心脏移植患者的研究中, Meier及其他研究者就已发现环孢素A的肾脏毒性, 证明了该药对肾血管和肾组织的损害作用, 并且发现使用环孢素A患者出现不可逆转的肾功能恶化。
　　研究证明, 环孢素A和他克莫司对肾脏的影响包括肾小动脉透明性变、肾小管萎缩、肾间质的纤维化以及肾小球的硬化。
　　有研究者发现, 对于他克莫司导致肾功能损害的患者, 予西罗莫司转换治疗可逆转肾功能恶化。也有研究者发现将患者的免疫抑制药物进行替换能有效地稳定或改善患者移植肾功能。
　　我们的回顾性分析显示了类似的结果, 将环孢素A或他克莫司大幅度减量或停止, 而代以适当的增加其他免疫抑制剂可利于延缓患者肾功能的恶化。


本文摘自《肾移植患者神经钙蛋白阻滞药的肾毒性研究分析》，仅供学习交流，完整准确内容请查阅原文。
原文作者：闫亮、赵兴华、许长宝、郝斌
作者单位：郑州大学第二附属医院
原文来源：《山东医药》 2011年第51卷第32期