药源性肾毒性非临床研究范文

摘要:肾是药物毒性作用的重要靶器官，药源性肾毒性已成为制约药物开发和临床用药的重要原因。新肾生物标志物的发现及应用可更早期地检测到药物引起的肾毒性并进行有效预防。药物可通过不同机制引起肾毒性，对药物肾毒性机制的研究能降低药物开发风险，为临床用药安全提供依据。本文总结了用于早期肾毒性诊断的生物标记物，并结合审评案例诠释尽早开展药源性肾毒性机制研究的必要性。

关键词:药源性肾毒性;生物标记物;非临床研究

肾是药物代谢和排泄的重要器官，由于其特殊的结构和功能，对药物的毒性作用极具易感性，成为药物毒性作用的重要靶器官。据统计，约20%肾毒性是由药物引起，随着平均寿命的增加，老年人用药所致肾毒性的发生率增加到66%［1］。一项全国急性肾损伤(AKI)多中心调查显示，AKI患者中71.6%(5444例/7604例)在患病前或发生肾损伤过程中使用过潜在肾毒性药物［2］。据统计，在新药研发阶段，有30%已进入临床试验的候选药物由于不可预期的肾毒性和不良反应而被终止［3］。药源性肾毒性已成为制约药物开发和临床用药的重要原因。尽早发现药物的肾毒性，研究其作用机制，能大大降低药物开发风险，为临床用药安全提供依据。

1肾毒性生物标记物

药物肾毒性非临床研究可为开发低肾毒性药物、设计临床试验提供依据，其评价的主要指标是尿素氮(BUN)和血清肌酸酐(Cre)、尿液检查以及病理学检查。由于肾具有较强的代偿能力，Cre、BUN以及尿液检查的影响因素较多，常在肾损伤晚期才能检测到异常，用于预测和诊断肾毒性缺乏特异性和灵敏度。组织病理学检查作为检测金标准，只能检测出已经出现器质性病变的肾损伤。通过肾生物标志物更早期地检测到药物引起的肾毒性以及确定病变部位，是药物非临床安全性评价及临床实践中所面临的挑战。2008年和2010年，美国食品药品监督管理局(FDA)和欧洲药品管理局(EMA)接受药物安全性预测联盟(PSTC)和国际生命科学学会健康和环境科学研究所(ILSI/HESI)的申请，共同认可8种新生物标志物用于预测药物引起的肾毒性，分别是肾损伤分子－1(Kim－1)、白蛋白(Alb)、尿总蛋白(uTP)、β2－微球蛋白(β2－MG)、半胱氨酸蛋白酶抑制剂(CysC)、丛生蛋白(Clu)、三叶因子－3(TFF－3)和肾乳头抗原－1(RPA－1)。其中，Clu、Kim－1、TFF－3、Alb和RPA－1作为药物肾小管损伤生物标志物，而uTP、β2－MG、CysC作为药物肾小球损伤(或肾小管重吸收障碍)生物标志物［4］。但在实际应用中有的生物标志物在肾小球和肾小管损伤时均发生改变，如药源性肾小管或肾小球毒性均可见尿液Alb异常，联合使用不同生物标志物可更好地预测和诊断肾毒性。但血清或尿液中生物标记物的变化与药物的毒性机制、损伤部位和程度相关，生物标志物真正用于预测肾毒性尚需要更多的探索和验证工作［5］。目前在药物非临床研究中，可以采用这些肾生物标志物预测和诊断肾毒性，但这些肾生物标志物并未取代当前现有的标准，而是作为现有标准与肾病理的补充。在临床使用中，可以根据具体情况采用这些肾生物标志物，收集进一步的数据以确定这些标志物在监测药物诱导的肾毒性方面的有效性［6］。一些易于检测的尿酶如N－乙酰－β－氨基葡萄糖苷酶(NAG)、β－D－半乳糖苷酶(GAL)、乳酸脱氢酶(LDH)等和尿蛋白如血管非炎性蛋白(vanin－1)、细胞色素C(CytC)、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(NGAL)等不断被探索和验证用于预测早期肾损伤。核酸类生物标志物可在基因水平预测肾毒性，如小分子RNA，稳定性较高，已成为核酸类肾毒性标志物的研究热点。此外，还有多种肾损伤的标记物也在进一步的研究和确认中，而对药物相关的生物标记物的产生机制和动态变化的研究将有利于加快灵敏、特异的生物标志物的验证和应用［5］。

2药源性肾毒性机制

药物可通过不同作用机制导致肾损伤，药源性肾毒性机制的研究可减轻或预防肾损伤，指导临床用药，还可为开发新的安全性的药物提供理论基础，为药物研发决策提供依据。

2.1常见药源性肾毒性机制［7］

2.1.1直接肾毒性药物或其代谢物经肾排出时直接作用于肾小管上皮细胞，通过细胞毒性损伤直接导致肾小管上皮细胞发生凋亡或坏死，其毒力程度与药物浓度有关。药物浓度低时，毒性作用主要累及肾细胞的功能，浓度过高时可导致肾细胞坏死及肾功能衰竭。药物的细胞毒作用可通过不同的机制如影响线粒体功能、影响溶酶体膜、改变细胞膜的通透性或抑制某些酶的功能等，对肾细胞造成直接损害。如庆大霉素与肾小管细胞溶酶体结合所致肾损伤。

2.1.2免疫性损伤药物及其降解产物，作为外源性抗原或半抗原，可刺激机体产生抗体形成原位免疫复合物或循环免疫复合物，通过Ⅲ型免疫反应累及肾小球和血管系统引起炎症损伤，或者通过细胞免疫机制引起肾损伤。此类损伤一般与药物剂量无关。

2.1.3肾前性损伤药物可通过影响肾血管或全身血管、改变血流动力学造成肾前性缺血，引起肾血流量减少，肾小球滤过率降低而导致肾损伤。早期仅为肾功能改变，如及时停药并改善肾灌注，可恢复，如未及时处理，可发生缺血性急性肾小管坏死。如大量利尿剂降低有效血容量，从而减少肾血流灌注等。

2.1.4梗阻性因素的肾损伤药物阻塞引起的损伤又称为肾后性损伤，一方面是药物的结晶在管腔沉积阻塞肾小管;另一方面是药物引起肾缺血或肾中毒导致急性肾小管坏死，脱落的细胞或碎片造成肾小管阻塞。大剂量的阿昔洛韦或更昔洛韦在尿液中相对不溶，在肾小管尤其是远曲小管尿流速减慢，容易引起结晶阻塞肾小管从而导致急性肾损害和伴随肾萎缩的慢性肾功能衰竭。

2.1.5其他药物通过引起横纹肌溶解或者血管内溶血，产生游离肌红蛋白、血红蛋白滤过后对肾小管产生毒性，如他汀类、利福平等。

2.2药源性肾毒性案例分析

2.2.1环糊精(CD)CD系由直链淀粉在由芽孢杆菌产生环糊精葡萄糖转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称，通常含有6～12个D－吡喃葡萄糖单元。CD分子具有腔内亲油、腔外亲水的特殊分子结构，其疏水空腔能与多种空间尺寸适合的有机物结合成主客体包合物，增加药物的溶解度，提高药物稳定性，促进药物吸收、提高药物生物利用度，减轻药物对机体的刺激和不良反应，可作为控释定位输送和靶向制剂的载体材料。常见的有α－、β－和γ－CD，其中以β－CD产量最高，应用最广泛。但β－CD水溶性小、溶血作用强，β－CD注射给药进入血液后经肾小球滤过，被近曲小管上皮细胞重吸收后，在胞质液中积累并结晶，从而导致胞内溶酶体活性增加，近曲小管细胞坏死，直接导致肾功能减退甚至丧失。β－CD的肾毒性严重限制了在药物中的应用。β－CD分子间氢键是其水溶性小并具肾毒性的主要原因。从20世纪70年代开始，人们为克服天然β－CD的缺点，合成了一系列β－CD的衍生物，以消除分子间氢键的基团。其中2个重要的衍生物是羟丙基－β－环糊精(HP－β－CD)与磺丁基－β－环糊精(SBET－β－CD)，二者具有水溶性相对较好、肾毒性相对较低及溶血作用小等特点。HP－β－CD为β－CD的羟烷基化衍生物，系由其分子中葡萄糖残基上3个羟基被羟丙基取代形成，是FDA批准的第1个可静脉注射的β－CD衍生物。文献报道不同取代程度的HP－β－CD的毒性和增溶能力不同［8］。SBET－β－CD分子结构中有极大的磺酸基团，导致重吸收减少，尿排泄加快，肾毒性降低。美国药典(USP)已收载该辅料，可用于口服制剂、注射剂、眼用制剂、外用制剂等方面的研究。

2.2.2核苷酸类似物阿德福韦酯是用于治疗乙型病毒性肝炎的第2代核苷类似物，对人类免疫缺陷病毒(HIV)有强的抑制作用。美国吉利德(Gilead)科学公司先将阿德福韦酯用于治疗HIV感染研究，临床试验观察到大剂量有明显肾毒性，即≥30mg•d－1剂量下，受试者在治疗24周后观察到延迟性肾毒性效应，表现为血清肌酸酐升高(＞0.5mg•dL－1)和低磷血症(＜2.0mg•d－1)，因此转为进行10mg•d－1、30mg•d－1临床试验用于治疗乙型病毒性肝炎病毒(HBV)感染。在HBV的临床试验中，30mg•d－1剂量下同样存在肾毒性，故2002年FDA仅批准10mg•d－1剂量用于治疗HBV感染。10mg•d－1剂量下，阿德福韦酯对HBV的治疗效果并不佳，目前主要用于出现拉米夫定耐药乙型病毒性肝炎患者，不作为治疗HBV的首选推荐药物。阿德福韦酯主要引起肾近曲小管功能障碍，临床表现为无症状的血磷降低和血清肌酸升高，还可导致范可尼(Fanconi)综合征、间质性肾炎和急性肾衰竭。阿德福韦酯肾毒性发生率和剂量相关，但机制尚不明确，目前认为主要与药代动力学因素以及药物对线粒体的毒性有关。阿德福韦酯以原型通过肾小管主动分泌的方式经肾排泄，肾小管阴离子转运蛋白－1(HOAT－1)对阿德福韦酯等核苷酸类似物有较高亲和力，可以主动摄取阿德福韦酯，使其在近曲小管富集。多药耐药相关蛋白2(MRP2)系腺苷三磷酸(ATP)依赖的药物外排泵，可介导阿德福韦酯主动排出体外，药物相互竞争作用使阿德福韦酯排出受阻，近端肾小管内药物浓度升高，增加肾毒性。此外，肾小管上皮细胞内阿德福韦酯浓度增加时，存在于线粒体DNA聚合酶γ受抑制，线粒体DNA合成受阻以至于耗竭，线粒体功能受损，影响了肾小管的重吸收和分泌功能，严重时可致肾小管细胞凋亡［9］。阿德福韦酯的肾毒性严重限制其在临床中的应用。替诺福韦是继阿德福韦之后开发的另一个新型开环膦酸核苷化合物，可有效抑制逆转录病毒的复制。替诺福韦肾损害机制与阿德福韦类似。临床数据显示，替诺福韦对肾的毒性低于阿德福韦酯，这可能与替诺福韦对DNA聚合酶γ的抑制作用比其他核苷酸类逆转录酶抑制剂弱有关［10］。

2.2.3某单抗类生物药某单抗类生物药，对人的B细胞CD20具有高度亲和性，拟用于治疗风湿性关节炎和全身性红斑性狼疮。9个月猴重复给药毒性试验见肾小球肾病。蛋白质类药物的动物试验中常见有免疫复合物性肾小球肾病，动物抗药抗体反应不能预测人体反应。研究者设计了大量试验研究猴肾小球肾病机制，超微结构显示有肾小球免疫复合物沉积的猴肾小球内和血液中未见抗药抗体，提示其诱发肾小球似乎与抗药抗体无关。因未得到肾小球肾病发生的机制，猴重复给药毒性试验观察到的肾小球病变不可逆且无安全剂量，临床中无适当生物标记物进行有效风险控制，于临床Ⅱ期停止研发。

2.2.4氢溴酸沃赛汀片氢溴酸沃赛汀片系二芳香基－磺酰胺类精神药物，先后于2013年9月、2013年12月在美国和欧盟上市，商品名:Brintellix，适应证为抑郁症(MDD)。大鼠26周重复给药毒性试验和大鼠2年致癌性试验中均可见明显肾毒性，表现为肾小球性肾炎，肾小管闭塞，肾小管和尿液中含有结晶性物质，结晶形成呈剂量和时间相关性。肾毒性可能与形成结晶有关。对氢溴酸沃赛汀肾毒性机制研究显示，其肾毒性可能与其代谢产物由LuAA34443(人体主要代谢产物)形成的结晶状物质有关。大鼠可见结晶物质的剂量下血浆中LuAA34443暴露量＞26倍的人最大推荐给药剂量20mg暴露量，预测人体LuAA34443的血浆暴露量至少9倍低于大鼠NOEL剂量下的暴露量。结合LuAA34443在大鼠、犬和人体的尿液中的溶解度研究结果、ADME研究的结果和人体及动物尿量的文献报告值进行估算，大鼠尿液中LuAA34443浓度超过了溶解度阈值，因此大鼠肾小管中可见结晶物质，而人尿液中LuAA34443浓度低于溶解度阈值，人肾小管中形成结晶风险担忧较低［11］。因此，氢溴酸沃赛汀在人和动物存在种属、代谢和排泄差异，以上病变可能是大鼠所特有的毒性反应，人发生的风险较低。

3讨论

药源性肾毒性已成为制约药物开发和临床用药的重要原因。8种新鉴定的肾毒性生物标志物为更灵敏的、更有选择性预测和诊断早期药物肾毒性提供可能性，其他新的肾生物标记物也在进一步的研究和确认中，但生物标记物的变化与药物的毒性机制、损伤部位和程度等相关，生物标记物真正应用于预测肾毒性还尚需更多的探索和验证工作。药物可通过不同作用机制导致不同类型的肾损伤，尽早开展对肾毒性机制的研究，不仅能为药物早期研发决策提供依据，还能指导开发新的安全性药物，如通过结构修饰，改变其体内药代特征，从而减轻或避免肾损伤。肾毒性机制研究还可指导临床用药，积极预防、治疗药源性性肾损伤。

作者：尹华静，王庆利，马金玲，胡晓敏