炎症状态下伏立康唑致特异质肝损伤及其分子药动学机制研究

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药物性肝损伤(Drug-induced liver injury,DILI)已成为致新药开发失败以及药物被限制使用,甚至退出市场的一个最主要原因。特异质药物性肝损伤(Idiosyncratic drug-induced liver injury,IDILI)指的是一种在药物治疗期间,发生在一小部分病人身上的,与药物药理作用不相关的不良反应,是一种所占比例较高的重要的特异质药物不良反应。伏立康唑(Voriconazole,VCZ)是一种三唑类抗真菌药,是真菌感染预防及治疗的首选药物。近年来,VCZ肝毒性不良反应及其导致的停药事件的相关报道引起临床广泛关注。临床前研究表明,高、中、低剂量VCZ对大鼠均无明显肝毒性。由于临床上炎症反应的广泛存在,提出假设:炎症状态可能诱发VCZ产生肝毒性。通过整体动物模型验证VCZ是否能引发基于炎症的IDILI,利用分子生物学技术探究其分子药动学机制。  本文首先建立了用于检测血浆中VCZ及其代谢产物伏立康唑N-氧化物(Voriconazole N-oxide,VNO)浓度的LC-MS/MS方法,并比较了蛋白沉淀法(Protein precipitation,PPT),以及使用不同萃取剂的液-液萃取法(Liquid-liquid extraction,LLE)样品处理方式下的基质效应,筛选了最合适的样品处理方式。以《中国药典2015年版生物样品定量分析方法验证指导原则》为标准,对该方法的选择性、线性、精密度和准确度、基质效应、定量下限和回收率、稳定性等进行验证,结果该方法的选择性和线性关系良好,精密度和准确度、基质效应和回收率、定量下限的准确度均在85%~115%之间,证明该方法稳定、灵敏、准确,能用于后续实验检测。本方法为后续探究LPS炎症状态下VCZ引发大鼠肝毒性分子药动学机制奠定基础。  然后本文采用了大鼠原代肝细胞模型,从体外考察VCZ的肝细胞毒性。采用四甲基偶氮唑蓝(MTT)、乳酸脱氢酶(LDH)实验,并对肝细胞内谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、碱性磷酸酶(ALP)等生化指标含量进行检测,证明在实验浓度下VCZ无明显肝细胞毒性,仅高浓度孵育24h时细胞存活率约50%,提示对线粒体有一定程度的损伤。再通过整体动物模型考察脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)所致炎症状态下的VCZ肝毒性,以此模拟基于炎症假说的IDILI。采用雄性SD大鼠为研究模型,先通过腹腔注射5mg/kg LPS溶液构建系统炎症大鼠模型,24h后尾静脉注射给予10mg/kg VCZ溶液,然后采集给药后2h、5h、8h、12h、24h的血浆,检测血浆中ALT、AST、ALP、谷氨酰转移酶(γ-GGT)以及直接胆红素(DBIL)等肝损伤生化指标的含量,待24h采血结束后收集大鼠肝脏样本,检测肝脏组织匀浆液中ALT、AST、ALP、GSH含量,并对肝脏切片进行H&E染色,观察其形态及病理变化情况。实验结果显示,不同时间点各组血浆中ALT无明显差异;LPS组和对照组相比,血浆生化指标均无显著性差异,表明腹腔注射5mg/kg LPS并未引起明显肝损伤,排除了LPS本身带来的肝毒性;LPS+VCZ组与NS+VCZ组相比,血浆中AST、ALP、γ-GGT在不同采血时间点均有显著性差异,提示在炎症状态下VCZ可能有一定肝损伤作用。肝脏组织中,LPS+VCZ组ALP和AST相较于其它三组都有显著性差异。H&E染色结果也显示,仅有LPS和VCZ同时使用时,肝脏组织出现明显损伤,可见明显的细胞间隙变大及炎性浸润,细胞骨架模糊,边缘呈现不规则状态,而其它组细胞形态完整,无明显损伤。  分子药动学机制采用SD大鼠模型,采集尾静脉注射10mg/kg VCZ后各时间点的血浆,对VCZ及VNO浓度进行检测,考察LPS组与对照组大鼠体内VCZ的药代动力学参数。结果表明,LPS炎症状态下静脉注射VCZ后,其药时曲线下面积(AUC)显著高于非炎症状态,清除率(CL)显著低于非炎症组,提示炎症可能抑制VCZ的代谢消除过程。该结果表明,LPS炎症状态下VCZ的药动学受到了明显影响,这可能为基于炎症状态的VCZ IDILI的发生提供解释,LPS可能通过抑制VCZ代谢引起其在肝脏及血液中蓄积,当血药浓度超过一定范围时便产生了毒性。  为了进一步探究LPS影响VCZ在大鼠体内药动学的分子机制,本文分别从体内外对大鼠肝脏中细胞色素450酶(CYP450)的表达和功能进行考察。采用real-time PCR和Western Blot技术分别对对照组、LPS组、VCZ组、LPS+VCZ组SD大鼠肝脏中Cyp2c11、Cyp3a1/2、Cyp2c6的基因和蛋白水平进行检测,结果发现炎症组大鼠的以上代谢酶表达水平显著低于对照组。然后采用超速离心法提取对照组、LPS组大鼠的肝微粒体,分别对Cyp2c11、Cyp3a1/2、Cyp2c6的探针底物S-美芬妥英(SMP),咪达唑仑(MDZ)、睾酮(TS),双氯芬酸(DCF)进行体外孵育,实验结果显示LPS炎症组代谢产物浓度显著低于对照组,肝微粒体对以上相应底物的代谢能力被显著抑制。然后对不同浓度VCZ为底物孵育40min,以VNO生成速率为纵坐标,VCZ浓度为横坐标,拟合底物抑制方程曲线,得到各组方程的最大反应速率(Vmax)及米氏常数(Km)值,实验数据表明,LPS组Vmax显著低于对照组。以上结果提示,LPS炎症对大鼠肝脏中VCZ的主要代谢酶Cyp2c11、Cyp3a1/2、Cyp2c6的功能和表达均有显著抑制作用,这可能是LPS影响VCZ在大鼠体内药动学的主要原因。  在以上研究结果的基础上,又对LPS影响Cyp2c11、Cyp3a1/2、Cyp2c6的分子生物学机制进行了进一步探索。采用real-time PCR及Western Blot分子生物学技术,对LPS调控代谢酶可能通路上的上下游分子基因和蛋白水平表达进行考察。结果发现LPS炎症大鼠和对照组大鼠相比,肝脏组织匀浆中IL-6、IL-1β、TNF-α等炎症因子的基因或蛋白水平均显著被上调;Toll样受体(TLR)4和TLR2及其下游的NF-?B的基因和蛋白水平也明显上调;而核受体PXR和CAR的基因水平被下调。以上结果提示,LPS可能通过TLR4/2→NF-?B→PXR/CAR通路来调控上述Cyp450酶的功能与表达。  综上所述,本文采用大鼠炎症模型研究VCZ的IDILI,结果表明,炎症状态下VCZ在大鼠体内有一定程度的肝脏毒性。对LPS炎症模型下VCZ在大鼠体内的药动学及LPS对代谢酶和调控通路上下游分子的影响进行考察发现,当尾静脉注射10mg/kg VCZ时,LPS可显著增加其AUC值,降低CL值,影响其代谢,而影响原因可能是由于调控TLR4/2→NF-?B→PXR/CAR通路从而抑制了VCZ主要代谢酶的表达和功能。
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