劉方,張建永,李曉飛
(遵義醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,貴州遵義563000)
肝是人體重要的消化器官,對(duì)來(lái)自體外的許多物質(zhì)如藥物、毒物等,具有生物轉(zhuǎn)化作用,即“解毒作用”,與此同時(shí),藥物在肝的代謝作用下,可直接或者間接對(duì)肝造成毒性。藥物肝毒性是指應(yīng)用臨床治療劑量的藥物時(shí),機(jī)體被藥物或其代謝物損傷所引起的肝毒性;肝毒性是最常見(jiàn)的不良反應(yīng)之一,是造成急性肝損傷的病因之一,也是當(dāng)下藥物研發(fā)失敗,使用受限甚至退出市場(chǎng)的主要原因之一[1]。在我國(guó),除了化學(xué)藥物外,中藥肝毒性案例也時(shí)有發(fā)生[2],因此,藥物引起的肝毒性不容忽視,亟需對(duì)不同來(lái)源藥物的肝毒性機(jī)制深入研究從而進(jìn)行有效防治。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)[3],藥物引起的肝毒性涉及多種因素和機(jī)制,如代謝激活、先天免疫系統(tǒng)介導(dǎo)、環(huán)境因素和個(gè)體遺傳差異等,然而藥物致肝毒性的毒理機(jī)制尚未完全明了。
肝細(xì)胞富含的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是藥物在體內(nèi)代謝的重要場(chǎng)所,可通過(guò)其膜上混合功能氧化酶系統(tǒng)(CYP450酶)將藥物進(jìn)行代謝,但此過(guò)程會(huì)影響肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的代謝平衡,誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(Endoplasmic reticulum stress,ERS)發(fā)生,嚴(yán)重時(shí)可誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡等,產(chǎn)生肝毒性[4]?;谒幬镎T發(fā)的ERS在肝毒性中可能扮演重要作用,故筆者以“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激”“信號(hào)通路”“藥物”“中藥”及“肝毒性”“Endoplasmic reticulum stress”“Signaling pathways”“Medicine”“Traditional Chinese medicine”“Liver toxicity”等為關(guān)鍵詞,組合查詢2001年1月-2018年12月在中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方數(shù)據(jù)、Web of Science、PubMed等數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)文獻(xiàn),共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)134篇,其中有效文獻(xiàn)59篇?,F(xiàn)對(duì)ERS及其在各種藥物致肝毒性機(jī)制中的研究進(jìn)行歸納總結(jié),以期為藥源性肝毒性的防治提供參考。
ERS是指在各種應(yīng)激原作用于細(xì)胞后,通過(guò)誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)錯(cuò)誤折疊和未折疊蛋白的堆積以及鈣離子平衡紊亂,激活未折疊蛋白反應(yīng)(Unfolded protein response,UPR)和半胱氨酸蛋白酶12(Caspase12)介導(dǎo)的凋亡通路等,引起細(xì)胞內(nèi)的一系列反應(yīng)[5]。根據(jù)誘發(fā)原因可將ERS分為3種類型:(1)未折疊或者錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)蓄積引發(fā)UPR[6];(2)當(dāng)大量蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)過(guò)度蓄積時(shí)可引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)過(guò)度負(fù)荷反應(yīng)(ER over-load response,EOR),進(jìn)一步激活細(xì)胞核因子κB(NF-κB),引發(fā)炎癥反應(yīng)[7];(3)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上膽固醇大量損耗時(shí),引發(fā)固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(Sterol regulatory element binding protein,SREBP)參與介導(dǎo)的應(yīng)激反應(yīng)[8]。其中UPR是ERS最主要的反應(yīng)類型,在代謝、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)中扮演重要角色。在UPR過(guò)程中,屬于熱休克蛋白(HSP70)家族成員的免疫球蛋白重鏈結(jié)合蛋白(Binding immunoglobulin heavy chain protein,Bip)在ERS中參與蛋白折疊與組裝,也被稱為葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(Glucose-regulated protein 78 kD,GRP78),被認(rèn)為是ERS發(fā)生的標(biāo)志。
UPR作為ERS的主要表現(xiàn)形式,其可誘導(dǎo)3條信號(hào)通路:肌醇需酶 1(Inositol requiring enzyme1,IRE1)通路、活化轉(zhuǎn)錄因子 6(Activating transcription factor 6,ATF6)通路和PKR樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)調(diào)節(jié)激酶[Pancreatic ER kinase(PKR)-like ER kinase,PERK]通路,當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在內(nèi)外界刺激下,可激活UPR誘導(dǎo)的信號(hào)通路上的基因,促使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白降解(ER associated degradation,ERAD),進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[9]。
IRE1是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的Ⅰ型跨膜蛋白。在非應(yīng)激狀態(tài)下,IRE1與Bip結(jié)合在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔。當(dāng)應(yīng)激狀態(tài)時(shí),IRE1α的N端和Bip分離形成同源二聚體,并發(fā)生自身磷酸化,激活的IRE1的C端具有核酸內(nèi)切酶活性,能切割并去除掉編碼人X盒結(jié)合蛋白1(XBP1)的mRNA的26個(gè)bp片段,形成具有活性的轉(zhuǎn)錄激活因子,其進(jìn)入細(xì)胞核后,可上調(diào)UPR相關(guān)基因的表達(dá)[10]。
ATF6是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的Ⅱ型跨膜蛋白,在未應(yīng)激狀態(tài)下,ATF6定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔并與Bip結(jié)合。在應(yīng)激狀態(tài)時(shí),ATF6與Bip解離后向高爾基復(fù)合體轉(zhuǎn)位,繼而活化ATF6,首先被絲氨酸蛋白酶位點(diǎn)1蛋白酶(S1P)切割,隨后,ATF6的N末端部分被金屬蛋白酶位點(diǎn)2蛋白酶(S2P)切割[11],產(chǎn)生游離的N端片段(50 kD),激活A(yù)TF6,可上調(diào)UPR分子相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。
PERK也是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的Ⅰ型跨膜蛋白。在未應(yīng)激狀態(tài)下,PERK主要位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔并與Bip結(jié)合。在應(yīng)激狀態(tài)時(shí),可抑制Bip活性,釋放PERK,且PERK通過(guò)自身磷酸化后活化,隨后進(jìn)一步激活真核起始因子2α(Eukaryotic initiation factor 2α,eIF2α);eIF2α磷酸化后可誘導(dǎo)ATF4的轉(zhuǎn)錄,激活抗氧化應(yīng)激反應(yīng)、氨基酸代謝以及細(xì)胞凋亡[12]。
近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)ERS與多種肝疾病有關(guān),包括中毒性肝損傷、免疫性肝損傷、非酒精性脂肪性肝病等;一般認(rèn)為,外源性物質(zhì)有時(shí)會(huì)影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的代謝平衡,誘導(dǎo)ERS的產(chǎn)生,繼而誘發(fā)中毒性肝損傷,且可進(jìn)一步加速肝細(xì)胞凋亡,促進(jìn)肝損傷[13-14]。此外當(dāng)產(chǎn)生免疫性肝損傷時(shí),C/EBP同源蛋白(C/EBP-homologous protein,CHOP)的轉(zhuǎn)錄水平顯著升高,提示肝臟發(fā)生了ERS,同時(shí)ERS相關(guān)基因PERK、ATF6以及IRE1蛋白水平顯著升高[15-16]。還有研究發(fā)現(xiàn),非酒精性脂肪性肝病與肝細(xì)胞內(nèi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白沉積有關(guān),當(dāng)肝損傷程度較輕時(shí),ERS可以恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白沉積;當(dāng)肝損傷不可逆時(shí),ERS可引起炎癥激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白沉積,最終導(dǎo)致肝細(xì)胞死亡[17]。
抗HIV藥物包括非核苷類似逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑和HIV蛋白酶抑制劑等,其中肝毒性是其常見(jiàn)的不良反應(yīng)之一[18]。如非核苷類似物逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑依法韋侖可誘導(dǎo)原代人肝細(xì)胞CHOP和GRP78 mRNA和蛋白水平的顯著上調(diào)、eIF2α的磷酸化、XBP1亞型XBP1s的產(chǎn)生及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的擴(kuò)張,提示肝細(xì)胞出現(xiàn)ERS[19];此外依法韋侖可增加人肝癌細(xì)胞Hep3B細(xì)胞質(zhì)Ca2+含量,致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生形態(tài)變化,誘發(fā)ERS,進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)線粒體功能改變也參與了依法韋侖誘導(dǎo)的ERS[20]。
另有研究發(fā)現(xiàn),HIV蛋白酶抑制劑洛匹那韋和利托那韋均可引起小鼠肝臟出現(xiàn)ERS,血清丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(Alannine aminotransferase,ALT)水平無(wú)明顯變化,當(dāng)其與酒精共同作用則可導(dǎo)致ALT增加,同時(shí)還會(huì)出現(xiàn)脂質(zhì)積累和ERS[21]。也有研究發(fā)現(xiàn),5種HIV蛋白酶抑制劑(洛匹那韋、利托那韋、奈非那韋、阿扎那韋和沙奎那韋)可誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞CHOP、ATF4、ATF3和一些內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶蛋白表達(dá)升高,提示ERS可能是其肝毒性的原因之一[22]。更進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),阿扎那韋和利托那韋可誘導(dǎo)大鼠原代肝細(xì)胞UPR的激活,其機(jī)制與引起SREBP蛋白表達(dá)水平上升有關(guān)[23]。
胰島素增敏劑是抗2型糖尿病的主要藥物之一。早期曲格列酮和環(huán)格列酮就是因?yàn)榫哂袊?yán)重的肝毒性而退市,其中ERS和細(xì)胞凋亡是兩者致肝毒性的機(jī)制之一[24]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)[25],曲格列酮和環(huán)格列酮均可誘導(dǎo)大鼠肝上皮GN4細(xì)胞ERS下游通路蛋白eIF2α、PERK表達(dá)的顯著上調(diào),造成ERS;同時(shí)還可誘導(dǎo)鈣依賴性p38絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPK)磷酸化而誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡。羅格列酮和吡格列酮具有較低的肝臟毒性,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)這2種藥物并未引起細(xì)胞MAPK或eIF2α蛋白表達(dá)的上調(diào)[26]。故曲格列酮或環(huán)格列酮致肝毒性的機(jī)制可能是通過(guò)激活MAPK信號(hào)通路引發(fā)的ERS,而羅格列酮和吡格列酮的肝臟毒性較小,可能并未作用于以上通路。
舍曲林是臨床上抗抑郁常用的選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑(Selective serotonin reuptake inhibitor,SSRI)之一[27],臨床報(bào)道其可產(chǎn)生肝毒性,嚴(yán)重時(shí)可引起急性肝功能衰竭[28-29]。有研究發(fā)現(xiàn)舍曲林可升高HepG2細(xì)胞和原代大鼠肝細(xì)胞PERK、IRE1和CHOP蛋白表達(dá)水平,提示ERS參與其肝毒性[30-31];同時(shí)強(qiáng)效ERS抑制劑4-苯基丁酸可減弱舍曲林引起的肝細(xì)胞凋亡,進(jìn)一步印證了ERS參與了舍曲林誘發(fā)的肝毒性;此外舍曲林還可通過(guò)增加腫瘤壞死因子的蛋白表達(dá)并通過(guò)調(diào)節(jié)MAPK信號(hào)通路進(jìn)一步加劇ERS和細(xì)胞凋亡[32]。另有研究發(fā)現(xiàn)[33],萘法唑酮可顯著升高HepG2細(xì)胞CHOP、ATF4、磷酸化eIF2α(p-eIF2α)和 XBP1蛋白表達(dá),提示ERS可能參與了其肝毒性過(guò)程。
臨床發(fā)現(xiàn)抗結(jié)核藥物利福平(Rifampicin)存在一定的肝毒性。有研究發(fā)現(xiàn)利福平可誘導(dǎo)肝細(xì)胞LO2、HepG2 GRP78、PERK、ATF4和CHOP mRNA和蛋白表達(dá)水平升高,提示肝細(xì)胞發(fā)生了ERS,可能參與了其肝毒性過(guò)程[34-35]。異煙肼(Isoniazid)也是一種抗結(jié)核藥物,臨床上發(fā)現(xiàn)其有一定肝毒性,將異煙肼作用肝細(xì)胞HL7702后,GRP78的mRNA和蛋白水平顯著升高,說(shuō)明INH可通過(guò)ERS誘導(dǎo)肝細(xì)胞損傷[36]。臨床發(fā)現(xiàn)抗結(jié)核藥物吡嗪酰胺(Pyrazinamide)可誘導(dǎo)嚴(yán)重的肝損傷。吡嗪酰胺可誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞和大鼠肝臟損傷,體內(nèi)和體外均可顯著升高GRP78、磷酸化PERK(p-PERK)、p-eIF2α、ATF4、CHOP和Caspase12蛋白水平,提示吡嗪酰胺可通過(guò)ERS誘發(fā)肝毒性[37]。
解熱鎮(zhèn)痛藥對(duì)乙酰氨基酚過(guò)量使用是引起急性肝衰竭的主要原因[38]。目前認(rèn)為對(duì)乙酰氨基酚所致的肝毒性是其被代謝激活產(chǎn)生的一種活性代謝物所引發(fā)[39]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),ERS在對(duì)乙酰氨基酚引起的肝毒性中起一定作用,如亞致死劑量(450 mg/kg)的對(duì)乙酰氨基酚可誘導(dǎo)小鼠肝ATF4和CHOP蛋白水平表達(dá)升高,提示肝出現(xiàn)了ERS,同時(shí)半胱氨酸蛋白酶也被瞬時(shí)激活加速凋亡[40]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),野生型小鼠灌胃對(duì)乙酰氨基酚后出現(xiàn)廣泛的肝壞死,且激活了ERS誘導(dǎo)的3條信號(hào)通路[41]。另有研究發(fā)現(xiàn)[42],對(duì)乙酰氨基酚可誘導(dǎo)小鼠肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)谷胱甘肽耗竭、eIF2α和c-Jun氨基末端激酶的磷酸化表達(dá)增強(qiáng)以及轉(zhuǎn)錄因子GADD153蛋白水平表達(dá)升高,提示小鼠肝細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生了氧化還原狀態(tài)激活和早期ERS。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)[43],對(duì)乙酰氨基酚可誘發(fā)小鼠肝內(nèi)質(zhì)網(wǎng)谷胱甘肽的耗盡,致管腔內(nèi)氧化還原失衡,加速eIF2α的磷酸化、ATF6和CHOP的活化,引發(fā)ERS誘導(dǎo)肝損傷。此外,給小鼠注射過(guò)量對(duì)乙酰氨基酚后可激活UPR,引起肝CHOP蛋白表達(dá)上調(diào),最終誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡[44];Kusama H等[45]研究發(fā)現(xiàn),小鼠腹腔注射對(duì)乙酰氨基酚后,可引起小鼠肝細(xì)胞大面積凋亡或壞死,ATF6 mRNA水平增加,提示對(duì)乙酰氨基酚誘導(dǎo)肝毒性可能與ATF6通路活化有關(guān)。
臨床發(fā)現(xiàn)青霉素類抗生素如氟氯西林、氯唑西林等具有一定肝毒性;如青霉素類抗生素可誘導(dǎo)人原代肝細(xì)胞eIF2α和IRE1α磷酸化肝毒性[46];另外四環(huán)素可誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞ATF4、ATF3、CHOP蛋白表達(dá)水平升高,均提示其可能通過(guò)ERS誘導(dǎo)肝毒性[47]。
來(lái)氟米特是一種抗炎藥,研究發(fā)現(xiàn)[48]來(lái)氟米特可誘導(dǎo)人原代肝細(xì)胞CHOP、GADD34、CHOP、ATF4、p-eIF2α和XBP1的蛋白水平升高,提示其可通過(guò)ERS誘導(dǎo)肝毒性。
環(huán)孢素A為強(qiáng)效免疫抑制藥,有研究發(fā)現(xiàn)[49]環(huán)孢素A可誘導(dǎo)小鼠原代肝細(xì)胞ATF4 mRNA和蛋白水平上調(diào),提示其可誘導(dǎo)肝細(xì)胞ERS,產(chǎn)生肝毒性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)[50],高濃度的環(huán)孢素A可使膽汁小管周圍的F-肌動(dòng)蛋白微絲排列紊亂,導(dǎo)致膽汁小管收縮,誘導(dǎo)人肝HepaRG細(xì)胞膽汁淤積,提示環(huán)孢素A誘導(dǎo)的ERS也參與了膽汁淤積型肝損傷。
順鉑是一種化療藥物,臨床上發(fā)現(xiàn)其易導(dǎo)致肝炎,將順鉑作用于肝細(xì)胞HepG2.215后可引起GRP78蛋白表達(dá)升高,提示其可通過(guò)ERS引發(fā)肝炎[51]。
4.7.1 苦參 苦參堿(Matrine,MAT)是苦參主要的活性成分,將MAT作用于HepG2和MCF-7兩種細(xì)胞中,均發(fā)現(xiàn)GRP78/CHOP、PERK、IRE1和ATF6蛋白表達(dá)顯著升高,提示MAT激活了肝細(xì)胞ERS[52]。氧化苦參堿(OMT)是苦參的另一個(gè)主要活性成分,研究發(fā)現(xiàn)[53]OMT可誘導(dǎo)肝細(xì)胞 LO2 GRP78/BIP、CHOP、IREI、ATF6和PERK的mRNA和蛋白水平表達(dá)升高,提示其可誘導(dǎo)肝細(xì)胞發(fā)生ERS進(jìn)而引起肝損傷。
4.7.2 補(bǔ)骨脂 巴伐辛是補(bǔ)骨脂中的黃酮類化合物之一,巴伐辛可誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞XBP1s、ATF4和CHOP的蛋白水平升高,繼而誘發(fā)細(xì)胞凋亡,提示ERS可能是巴伐辛誘導(dǎo)肝毒性的機(jī)制之一[54]。
4.7.3 黃連 黃連中的主要活性成分延胡索具有一定的肝毒性,可誘導(dǎo)小鼠肝細(xì)胞GRP78 mRNA表達(dá)升高,提示其可誘導(dǎo)肝細(xì)胞發(fā)生ERS進(jìn)而引起肝毒性[55]。
4.7.4 何首烏 有研究采用高內(nèi)涵篩選技術(shù)篩查生首烏與制首烏對(duì)3D HepG2細(xì)胞的毒性,結(jié)果發(fā)現(xiàn),生首烏的毒性強(qiáng)于制首烏,生首烏與制首烏作用24 h后均能顯著升高Bip與ATF4的蛋白表達(dá)水平,提示肝細(xì)胞出現(xiàn)了ERS;同時(shí)發(fā)現(xiàn)生首烏的毒性早期主要由氧化應(yīng)激主導(dǎo),后期毒性主要由ERS介導(dǎo),制首烏則與此相反[56]。
4.7.5 礦物類中藥 含砷的砒石、砒霜、雄黃和紅礬等礦物類中藥也具有一定的肝毒性。在哺乳動(dòng)物中,無(wú)機(jī)砷被肝吸收后在砷甲基轉(zhuǎn)移酶作用下轉(zhuǎn)化為單甲基化和二甲基化砷化物,其中三價(jià)形式比五價(jià)形式更具細(xì)胞毒性[57]。有研究將大鼠肝源性細(xì)胞暴露于三價(jià)無(wú)機(jī)砷(iAsⅢ)、三價(jià)一甲基砷酸(MMAⅢ)、三價(jià)二甲基砷酸(DMAⅢ)時(shí),ATF4、CHOP的mRNA水平均升高,而p-PERK蛋白水平只在暴露于DMAⅢ時(shí)升高,提示砷可引起肝細(xì)胞發(fā)生ERS,且iAsⅢ和MMAⅢ引起ATF4及CHOP的表達(dá)升高并非通過(guò)PERK通路[58]。
4.7.6 斑蝥 斑蝥素是斑蝥的主要活性成分,有研究發(fā)現(xiàn)斑蝥素可誘導(dǎo)人肝LO2細(xì)胞GRP78和CHOP mRNA的表達(dá)升高,同時(shí)上調(diào)GRP78、ATF4、CHOP蛋白的表達(dá),提示斑蝥素可致肝細(xì)胞出現(xiàn)ERS,進(jìn)而引起肝毒性[59]。
藥物引起的肝毒性制約了新藥研發(fā)及臨床應(yīng)用,因此闡明藥物產(chǎn)生肝毒性的毒理機(jī)制,從而采取相應(yīng)措施進(jìn)行有效規(guī)避及防治至關(guān)重要。ERS在藥物引起的肝毒性中的作用已經(jīng)開始逐漸被研究和認(rèn)識(shí),如抗2型糖尿病類藥物、抗抑郁類藥物等臨床常見(jiàn)可引起肝毒性的藥物均可誘導(dǎo)肝臟ERS的發(fā)生。目前研究發(fā)現(xiàn)上述藥物誘導(dǎo)的肝臟ERS主要通過(guò)IRE1通路、ATF6通路、PERK通路這3條信號(hào)通路,最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡及毒性發(fā)生。綜上可知,肝ERS與藥物引起的肝毒性的關(guān)聯(lián)性基本明確,但ERS相關(guān)的上游通路在藥物引起的肝毒性中的研究甚少。此外,肝細(xì)胞ERS激活后,可能與氧化應(yīng)激、自噬等過(guò)程發(fā)生相互作用,且在藥物誘導(dǎo)肝毒性中的整合作用也值得深入探索。因此,進(jìn)一步研究ERS在藥物引起肝毒性過(guò)程中的作用及特點(diǎn),揭示上下游信號(hào)通路機(jī)制,對(duì)于防治藥物引起的肝毒性及中毒解救等具有重要意義。