肝脏转运体在药物性肝损伤（DILI）研究中的作用简介

什么是药物性肝损伤（Drug Induced Liver Injury，DILI）?常言道，是药三分毒，药物可以治病，使用不当也可能会致病。DILI是指在药物使用过程中，因药物本身或/及其代谢产物或由于特殊体质对药物的超敏感性或耐受性降低所导致的肝脏损伤，亦称药物性肝病。中国HepaTox和美国LiverTox网络平台共计收录了1100多种常见药物的肝损伤信息。近年来，DILI的发病率逐年升高，已排在肝病的第4位，由药物引起的肝病占非病毒性肝病中的20%－50%，暴发性肝衰竭的15%－30%。因此，DILI已成为一个不容忽视的严重公共卫生问题。肝毒性也是药物退市、被限制使用以及不能被获批上市的重要原因之一。表1列出了部分上市后由于肝毒性而导致退市的药物。

表1. 部分因肝毒性退市的药物

DILI已成为过去60多年来与安全性相关的药物退出市场最常见的原因之一，给制药行业带来了巨大的损失。那么，转运体在DILI的发生中扮演何种角色呢？本文将从DILI的分类、发病机制以及肝脏转运体的表达和功能介绍综合阐述转运体在DILI发生中的作用。

一、DILI的分类

根据发病机制分类

根据发病机制，DILI可分为直接型（Direct Hepatotoxicity）、特异质型（Idiosyncratic Hepatotoxicity）和间接型（Indirect Hepatotoxicity）三类^[1]，其主要特点见表2。

1 直接型DILI

直接型DILI较为常见，是指摄入体内的药物和/或其代谢产物对肝脏产生的直接损伤，往往呈剂量依赖性，通常可预测，也称固有型DILI。

2 特异质型DILI

特异质型DILI比较少见，其发生机制是近年的研究热点，特异质型DILI的发生与药物剂量常无相关性，具有不可预测性且不可在动物模型中重复，潜伏期不定，可从几天到几年。

3 间接型DILI

间接型DILI是由药物作用引起的，而不是由药物的固有肝毒性或免疫原性引起，它是对一整类药物产生的共同反应，而不是针对某一特定药物，间接型DILI与药物剂量常无相关性，且部分可预测并可在动物模型中重复。

表2. DILI的分类（根据发病机制）及特点

根据病程分类

根据病程，DILI可分为急性DILI和慢性DILI，大部分DILI患者在停药后，肝功能可自行恢复正常，但也有少部分患者久治不愈逐渐发展为慢性DILI（发病时长>6个月）。

根据临床表现特征分类

根据临床表现特征，DILI可分为肝细胞损伤型、胆汁淤积型、混合型和肝血管损伤型。患者血清中的丙氨酸氨基转移酶（ALT）、碱性磷酸酶 （ALP）、γ-谷氨酰转肽酶（GGT）和总胆红素（Tbil）等改变是目前判断是否有肝损伤和诊断DILI的主要实验室指标。国际医学组织理事会（CIOMS）建立的前三种DILI的判断标准见表3所示^[2]。当肝细胞受到损伤时，膜通透性会发生改变，存在于胞内的ALT可释放到血液中，引起血液中ALT活性的升高；ALP 和GGT随胆汁进行排泄，胆汁排泄受阻淤积时，GGT和ALP会显著增高；Tbil在排出不尽以及胆汁流动受阻时，易在血液中聚积，从而引起高胆红素血症。在这些过程中，肝脏转运体均发挥着重要作用。

表3. 部分因肝毒性退市的药物

ULN：正常上限值

R＝（ALT实测值/ALT ULN）/（ALP实测值/ALP ULN）

二、DILI的发病机制

DILI的发病机制复杂，涉及多种因素，且临床表现多样化。2019年发表在Nature Reviews Drug Discovery的一篇综述^[3]，总结了DILI的6大发病机制：①线粒体损伤、②胆汁外排的抑制、③溶酶体损伤、④活性代谢产物引起的反应、⑤内质网应激反应、以及⑥免疫反应（图1）。

图1. DILI的发病机制及临床表现^[3]

从DILI的发病机制中我们可以看出，药物对肝细胞的直接损伤以及胆汁外排被抑制被认为是引起DILI发生的重要原因，而这些过程的发生与肝脏转运体功能的变化密切相关。

三、肝脏转运体的表达及其功能

肝脏是人体重要的代谢和清除器官。除了表达丰富的代谢酶，肝脏的肝细胞膜表面还存在很多功能性的蛋白。用于药物转运相关的蛋白称为药物转运体，其在药物的吸收、分布和消除过程中发挥着重要作用。近年来，约四分之一由于各种毒副作用而撤销市场的药品与药物转运体有关。因此，了解药物转运体对于研究DILI的发生机制具有重要意义。

肝脏转运体分布如图2。与内源性和外源性物质转运相关的转运体位于肝细胞的血窦面和胆管侧膜面上。其中，ATP-结合盒式蛋白（ATP-binding cassette，ABC）和可溶性载体（solute carrier，SLC）家族的跨膜转运蛋白介导着内源性和外源性物质进入肝细胞以及它们从细胞的消除。

肝细胞对外源性物质的吸收可通过有机阴离子转运多肽（OATPs）、有机阴离子转运体（OATs）和有机阳离子转运体（OCTs）介导。Na+-牛磺胆酸共转运肽（NTCP）表达于肝细胞的窦膜侧，介导Na离子依赖性胆汁酸的摄取。NTCP在胆汁酸的肠肝循环中发挥着重要作用，胆汁酸被排入小肠后，约95%可通过顶端钠依赖胆汁酸运转蛋白（ABST）被重吸收，其中的80%可通过NTCP被摄入肝细胞内并再次被分泌到胆汁中。

药物及其代谢产物从肝细胞返回血液的消除主要通过多药耐药相关蛋白3（MRP3）和MRP4完成，而面向胆管的消除则是通过几种不同的转运体，如MRP2、乳腺癌耐药蛋白（BCRP）、P-糖蛋白（P-gp）和多药及毒物外排转运蛋白 1（MATE1）介导。由于胆汁酸及其盐对肝细胞来说是有毒的，必须将其有效地清除，该任务主要由胆酸盐外排泵（BSEP）完成。

图2. 肝细胞转运体的分布^[3]

四、转运体介导的DILI

转运体功能的变化与直接型DILI的发生密切相关，药物一般可通过以下两种作用机制影响转运体的功能导致DILI：

1 转运体介导的药物相互作用（DDI）

药物对肝脏中几乎所有转运体功能的影响均可能会导致DILI的发生。以P-gp为例，近期的研究发现，一名新冠肺炎患者在使用瑞德西韦治疗期间，同时服用了氯喹和胺碘酮，出现了严重的肝毒性。因瑞德西韦是P-gp的底物，氯喹和胺碘酮是P-gp的抑制剂，这两种药物与瑞德西韦联合使用，降低了瑞德西韦的清除，导致肝细胞内瑞德西韦的浓度高于毒性阈值，从而引起肝细胞毒性^[4]。

2 药物或其代谢产物对胆汁形成、分泌及排泄相关转运体的影响

胆汁酸在人体内具有重要的生理功能，但其具有潜在的毒性。当胆汁形成、分泌及排泄受阻时，高浓度的胆汁酸将聚集于肝细胞和血液内，肝细胞内高浓度的胆汁酸会损伤肝细胞膜并破坏正常肝脏的生理功能，胆汁的排泄受阻同样也会导致胆红素的升高。因此，胆汁酸形成、分泌及排泄的动态平衡，是维持肝细胞正常生理功能的基础。在肝细胞中，表达于胆管侧膜面以及肝血窦面的多种肝脏转运体均参与了胆汁酸以及胆红素的形成、分泌及排泄过程（表4）。

表4. 肝脏转运体在胆汁酸以及胆红素转运中的作用

以曲格列酮为例，FDA于1997年1月批准曲格列酮用于2型糖尿病的治疗，当年就因肝毒性，被英国药物和保健品监管署要求撤销^[5]。2000年3月，由于90例肝衰竭及63例死亡病例的报道，美国FDA通知撤销该品种，随后也退出了日本市场。引起DILI的原因主要是因为曲格列酮及其代谢产物对与胆汁形成、分泌及排泄相关转运体的抑制作用。曲格列酮及其主要代谢产物为BSEP的抑制剂，会抑制胆酸盐排出。同时，曲格列酮也是NTCP的抑制剂，可以减少胆酸盐被重吸收回肝脏。这样就同时增加了肝脏及血液中胆酸盐的含量，导致胆汁淤积型肝病的发生（图3）。

图3. 曲格列酮引起DILI的机制

胆汁酸以及胆红素排泄至胆管主要由BSEP以及MRP2介导，这两种转运体的功能异常是导致胆汁淤积以及高胆红素血症发生的主要原因。

BSEP是一种表达在肝细胞胆管侧膜上的跨膜蛋白。BSEP不仅在肝脏功能的正常运转中发挥着重要作用，同时参与了胆汁的排泄和胆酸盐的转运，是胆汁肝肠循环的主要驱动力，如果BSEP的功能被抑制，会导致肝脏胆汁淤积型损伤，胆汁淤积进一步发展会导致肝纤维化和肝硬化，最终出现肝功能衰竭死亡。研究表明BSEP在药物性肝损伤中扮演着重要角色^[6]。此外，BSEP也是重要的胆红素转运体，抑制BSEP的表达会导致高胆红素血症的发生。因此，药物相关的BSEP抑制被认为是胆汁淤积、混合性肝损伤以及高胆红素血症发生的主要原因。

MRP2主要分布于肝脏、肾脏和小肠，在肝脏中，MRP2与BSEP相同，也表达于肝细胞的胆管侧膜上，并介导肝脏中的代谢产物以及外源性化合物向胆汁中排泄，是非常重要的维持胆汁酸代谢平衡的跨膜转运蛋白。MRP2可通过调节机体酸碱物质的分泌，以及增加胆汁酸盐的脂溶性，促进胆汁的分泌来调节阻塞性黄疸的肝损伤。MRP2不仅参与胆汁的外排过程，也是结合型胆红素的主要转运体，MRP2的表达异常会导致外排胆红素入胆汁的功能受到影响，胆红素排泄出现障碍，造成血中胆红素含量升高，临床患者出现明显的高胆红素血症和黄疸症状。

五、监管机构对肝脏转运体的评估建议

表5汇总了三大监管机构（NMPA^[7]、FDA^[8]以及EMA^[9]）建议评估的转运体种类。NMPA和FDA的建议一致，主要从胃肠道吸收，肝摄取、肾清除几方面考虑。EMA在FDA建议的基础上增加了BSEP和OCT1，针对BSEP特别指出：若体外研究表明有BSEP抑制，建议在药物开发期间进行血清胆盐的监测。

表5. FDA、NMPA和EMA对肝脏转运体的评估建议

药明康德DMPK转运体团队已成功建立了与DILI相关的主要转运体的体外评估模型（表6），采用这些模型评估候选药物与肝转运体的相互作用，可用于早期预防DILI，助力新药研发。

表6. 药明康德DILI相关转运体模型

结语

候选药物能否成功上市取决于疗效和安全性之间的平衡，多数候选药物通关失败的一个重要原因是不具有良好的安全性。因此，在药物研发早期阶段及早识别安全性风险，可较大程度节约新药研发的时间及资金成本。药物性肝损伤是与安全性相关的药物退市最常见的原因之一，在药物研发早期阶段评估候选药物与肝相关转运体的相互作用，对于推进新药研发进程和促进合理用药具有重要意义。

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参考文献：

[1] Hoofnagle J H, Bjrnsson E S. Drug-Induced Liver Injury - Types and Phenotypes. New England Journal of Medicine, 2019, 381(3):264-273.

[2] 于乐成, 茅益民, 陈成伟. 药物性肝损伤诊治指南. 肝脏, 2015, 23 (10):17521769.

[3] Weaver R J, Blomme E A, Chadwick A E, et al. Managing the challenge of druginduced liver injury: a roadmap for the development and deployment of preclinical predictive models. Nature Reviews Drug Discovery, 2019, 19 (2):1-18.

[4] Ghandour M , Suleiman S, Osman-Malik Y , et al. Remdesivir induced Liver Injury in a Patient with Coronavirus Disease 2019. Science and Education Publishing Co. Ltd.

[5] Guidance for industry: Drug-induced liver injury: premarketing clinical evaluation (2009, FDA)

[6] Gerry K J, Jack U. Do In Vitro Assays Predict Drug Candidate Idiosyncratic DrugInduced Liver Injury Risk?. Drug Metabolism and Disposition, 2018, 46:dmd.118.082719.

[7] 药物相互作用研究技术指导原则（试行）（2021，NMPA）

[8] Guidance for Industry: In Vitro Drug Interaction Studies — Cytochrome P450 Enzyme- and Transporter-Mediated Drug Interactions (2020, FDA)

[9] Guideline on the Investigation of Drug Interactions (2013, EMA)

作者：刘青，熊涛，陈根富

编辑：方健，钱卉娟

设计：倪德伟