专家论坛|于乐成、陈成伟：药物性肝损伤的发生机制——当前认识和未来需求

药物肝损伤(DILI)不仅是临床肝病(特别是急性肝损伤) 的常见原因之一，也是导致药物研发失败和上市后遭遇撤市最常见的原因之一，因而关注度越来越高^[1-4]。DILI发病机制复杂，涉及到药物、人体乃至环境因素的多个方面。药物导致的肝毒性有多种，不同药物引起肝损伤的机制可能相似，也可能存在明显差异；同种药物在不同患者引起肝损伤的机制亦可能存在异同。阐明DILI的发病机制，对于其科学预防、诊断和治疗均具有十分重要的意义。本文特对DILI发病的危险因素、药物肝毒性的类型、药物导致肝损伤的机制进程等进行系统梳理和总结。

1DILI发病的危险因素

与DILI相关的危险因素可归纳为患者因素、药物因素和环境因素三大类^[1-3]。

1.1   患者因素

包括一般性因素、遗传多态性、肝细胞再生和肝组织修复能力的差异等。

1.1.1   一般性因素

1.1.1.1   年龄

虽然习惯认为年龄过大(55岁以上，特别是65岁以上)或过小(婴幼儿和低龄儿童)均与DILI的发生风险有一定的相关性，但迄今尚缺乏充分的循证医学证据能够证实这种相关性，各大指南^[1-4]基于相关研究数据对年龄与DILI风险相关性的解读也不一致。老年人DILI发病率高，虽然可能有肝肾等器官功能衰退、药物代谢和清除能力减退因素的影响，但也很可能与老年人相关疾病处方药增多有关^[5]。儿童，特别是婴幼儿，某些药物代谢系统尚未发育成熟，加之该年龄段特有的一些病种，使得儿童似乎对某些药物的肝毒性特别敏感^[2-3]。目前较为严谨的提法应是，对多数药物而言，只要根据年龄按规范用药，则年龄并非DILI的一般性风险因素^[2]；但年龄与特定药物所致DILI的风险有一定的相关性，表现出一定程度的药物特异性^[3]，例如婴幼儿和儿童对于抗惊厥药(丙戊酸钠所致DILI在10岁特别是2岁以下小儿更多见)、米诺环素、阿司匹林、丙基硫氧嘧啶(PTU)相关肝损伤更敏感；而异烟肼(特别是50岁以上人群)、阿莫西林-克拉维酸和呋喃妥因相关肝损伤的风险随年龄增高而增大。

1.1.1.2   性别

虽然有研究^[4]认为女性对DILI的易感性一般高于男性，但并无证据显示妇女对所有药物肝毒性的易感性均高于男性^[3]；西班牙、美国和冰岛的研究^[2]均显示DILI患者的男女比例并无显著差异。因此，较为客观的观点是性别作为DILI的易感性因素总体上并不确切，但妇女对某些药物如米诺环素、甲基多巴、呋喃妥因和奈韦拉平等药物所致DILI的易感性可能更高^[2-3]。米诺环素、甲基多巴、呋喃妥因和双氯芬酸所致DILI的典型特征是类似于自身免疫性肝炎(AIH)的慢性肝炎，女性多见^[1-2]。少数研究^[2]提示女性发生药物性肝衰竭的风险可能更高，但这尚需更多的临床队列加以比较分析。

1.1.1.3   妊娠

对于大多数药物而言，妊娠与DILI的相关性并不明确，即并无证据显示妊娠可使妇女对DILI的易感性增加^[2-3]。实际上，DILI只是妊娠期急性肝损伤的少见病因，且一般是不常使用的处方药如四环素、甲基多巴、肼苯哒嗪、抗逆转录病毒药物、PTU等。其中PTU可致孕妇暴发性肝炎，病死率高，应特别注意。了解这些特点，有助于妊娠期肝内胆汁淤积综合征和妊娠期急性脂肪肝与DILI之间的鉴别。

1.1.1.4   基础疾病

相对严重的基础疾病，特别是病毒性肝炎、脂肪性肝炎、肝硬化等基础肝病及糖尿病等，可能会增加患者对DILI的易感性^[6]。

1.1.2   遗传特异质性

DILI相关遗传特异质性危险因素涉及到药物代谢、人类白细胞抗原系统(HLA)、细胞因子等各种免疫分子、氧化应激和抗氧化应激相关分子、肝脏再生和修复相关分子、各种信号传导通路分子等诸多基因的遗传多态性，其中最受关注的是与药物代谢过程和HLA相关的遗传多态性及其所决定的功能表型多态性。

1.1.2.1   与药物代谢过程相关的遗传多态性

药物经肝脏的代谢分为四个阶段。第一阶段是药物向肝细胞内的转运过程，涉及有机阴离子转运多肽和转运蛋白、有机阳离子转运蛋白或Na⁺依赖性牛磺酸盐协同转运多肽等溶质转运载体。第二阶段(Ⅰ相代谢)是非极性药物(脂溶性药物)极性化(增加水溶性)的过程，涉及细胞色素P450酶(CYP)、单胺氧化酶、乙醛脱氢酶等代谢酶的作用。第三阶段(Ⅱ相代谢)是使极性化药物与内源性极性化合物结合并生成水溶性化合物的过程，涉及尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(UGT)、N-乙酰基转移酶2(NAT2)、超氧化物歧化酶等的作用。第四阶段是水溶性药物代谢产物自肝细胞内向肝细胞外(胆道或血流)排泌的过程，相关转运分子主要是肝细胞表面ATP结合盒(ABC)超家族的跨膜转运蛋白，即多药耐药蛋白(MDR)和多药耐药相关蛋白(MRP)，包括MDR1(ABCB1)、MDR3(ABCB4)、MRP2(ABCC2)和胆盐外排泵(BSEP，ABCB11)等。各种转运分子在人群中具有丰富的遗传多态性，在不同个体之间可存在较大的活性差异，是DILI特别是药物性胆汁淤积的重要危险因素和机制之一^[7]。例如，有机阴离子转运蛋白特异性地分布在肝细胞血管膜面，其遗传多态性与利福平等许多药物转运入肝脏的能力大小密切相关。Ⅰ相和Ⅱ相代谢酶，特别是CYP、UGT和NAT等的基因多态性，也是多种类型DILI的危险因素。例如CYP2E1的基因多态性可显著影响不同个体对于对乙酰氨基酚(APAP)等诸多药物的肝毒性^[8]，CYP7A1等的遗传多态性可能与抗结核药物相关肝损伤的风险大小有关^[9]。NAT2有快乙酰化型和慢乙酰化型之分，慢乙酰化型与异烟肼肝毒性的增加明显相关^[10]。谷胱甘肽S转移酶(GST)有GSTM1和GSTT1之分，其中GSTM1缺失性基因型与抗结核药物诱发肝损伤的风险密切相关^[11]。

1.1.2.2   与HLA相关的遗传多态性

HLA是最富多态性的人类基因。特定的HLA免疫遗传学背景，可使某些患者对某些药物肝毒性的易感性明显增加，成为具有遗传特异质和免疫特异质双重性质的特异质型DILI的高危因素。表 1总结了文献^[2, 12-14]报道的HLA遗传多态性与部分药物所致DILI的相关性。

1.1.3   肝细胞再生和肝组织修复能力的差异

不论是何种机制引起的肝损伤，肝脏都必然要通过肝细胞再生和肝组织修复以对抗肝损伤。肝细胞再生和肝组织修复能力与遗传和非遗传因素均有密切相关性，受到物种、种族、年龄、基础肝病、肝外基础疾病等诸多因素的影响^[15]。其中，与肝组织再生和修复能力相关的遗传性因素也可视为一种特殊的遗传特异质性因素(参见本文5.2部分)。

1.2   药物因素

药物的理化性质(例如亲脂性的大小)、活性代谢产物(RM)、日剂量(特别是大于100 mg/d时)和疗程、生物学活性(可能诱发间接肝毒性)、药物配伍及相互间作用，以及传统草药种植和炮制过程中的污染等因素，均可能与DILI的发生风险有不同程度的相关性^[1-3]。

1.3   环境因素

饮酒、吸烟、周围环境污染(如房屋劣质装修和环境化工毒物污染)、染发和染指趾甲等，均有可能造成一定程度的基础性肝损伤，增加DILI的发生风险，风险大小因人而异。

2药物肝毒性的分类

药物肝毒性的类型，根据关键机制的不同可分为直接肝毒性(固有肝毒性)、特异质肝毒性和间接肝毒性，并呈现不同的临床特征(表 2)。除了这三种肝毒性类型外，某些药物还具有致瘤或致癌性，例如雄激素和口服避孕药与肝腺瘤的相关性^[16]，马兜铃酸与肝细胞癌的相关性^[17]，这类特殊的DILI此处不做叙述。

3不同类型药物肝毒性的发生机制

3.1   固有(直接)肝毒性

药物的固有肝毒性也称为药物的直接肝毒性，是由对肝脏存在固有或直接毒性的药物所引起。其致病启动因素在于药物本身的理化特性(特别是亲脂性、毒性代谢产物)及剂量，但也需通过引发患者体内特别是肝内一系列病理生理反应而导致肝损伤。相关药物(表 2)所致DILI常具有剂量依赖性、可预测性、动物模型可复制性^[1-3, 19]。APAP是固有肝毒性药物的典型代表，在合并用药、饥饿、全身性疾病、慢性酒精滥用等情况下，CYP2E1和GSH的水平受到干扰，可影响APAP的中毒阈值^[2]。

3.1.1   固有肝毒性的药物因素

根据药物的亲脂性和日剂量，有学者提出了两因素规则或模型(Rule-of-2，RO2)，亦即如果药物的亲脂性logP≥3，且口服剂量≥100 mg/d^[20]，则这种药物很可能具有肝毒性。根据这个模型，可以判断出大多数具有直接肝毒性的药物，但难以预测引起DILI的严重程度。后来，在RO2模型的基础上又融入了RM因素，构建了DILI评分模型，即方程为0.608×log(日剂量mg+0.227×logP+2.833×(RM形成)。如果该评分≥7，则提示药物与严重程度4级或危及生命的肝损伤相关^[20]。这些理论或模型尚需进一步研究论证。

3.1.2   固有肝毒性的人体因素

固有肝毒性的宿主因素包括药物及其RM引起的体内特别是肝内的各种非特异性反应，包括药物及其RM与宿主蛋白的结合，谷胱甘肽(GSH)等抗氧化系统的耗竭，应激性激酶的活化，线粒体应激释放活性氧(ROS)等强氧化性基团及线粒体功能障碍，内质网应激，以及固有免疫系统的活化和肝脏局部炎症反应等^[2, 18]。

3.2   特异质肝毒性

此类药物无明显的固有毒性或只有极小的固有毒性，肝损伤的发生主要与患者特异体质相关。对某种具体药物而言，通常仅在极少数患者引起肝损伤，例如在2000~100 000例患者发生暴露后出现1例肝损伤^[18]。但如果把所有药物视为一个整体，则特异质肝毒性是DILI(特别是急性DILI)较为常见的病因。特异质肝毒性机制主要分为免疫特异质和代谢特异质两大方面。此外，肝细胞再生和肝组织修复能力也可能受到遗传特异质(种族及个体间的遗传多态性)和非遗传因素(年龄、基础肝病和糖尿病等)的双重影响^[21-23]。

3.2.1   免疫介导的特异质肝毒性

即HLA限制性获得性免疫应答，是临床上最为常见的特异质肝毒性机制，与药物和宿主因素均密切相关。药物或其代谢产物与宿主蛋白形成的药物-蛋白加合物(DPA)提供合适的抗原表位，而宿主则提供HLA限制性免疫应答通路。

实际上，药物与宿主血清蛋白形成DPA是十分常见的现象，以便于药物的运输、代谢和清除。药物特别是其RM在肝细胞内的代谢过程中也常需与相关蛋白分子结合形成DPA。但大多数DPA在绝大多数患者并不诱发免疫特异质DILI(图 1a)。仅在极少数患者，DPA含有对应于某种HLA多态性的抗原表位时，才可能被巨噬细胞和树突状细胞等抗原呈递细胞捕获、处理并呈递给HLA-Ⅱ限制性T淋巴细胞，进而诱发HLA限制性DPA特异性免疫应答介导的肝损伤(图 1b)^[24]。这种特异性免疫应答理论上可分为三种情况，其一是如果DPA抗原表位来自于药物半抗原，则将产生抗药物特异性免疫反应；其二是如果DPA抗原表位来自于宿主蛋白，则将产生具有自身免疫特征的特异性免疫反应；其三是在罕见情况下，可能有同时针对DPA的药物半抗原表位和宿主蛋白表位的特异性免疫反应，这将导致抗药物免疫反应和自身免疫反应同时存在的情况。

图1  免疫特异质DILI发病机制

3.2.2   药物代谢通路相关的遗传多态性

药物代谢通路中众多的转运蛋白/多肽和代谢酶有着复杂的基因多态性(参见上文第1.1.2部分)，某些基因多态性可能会引起药物及其RM在肝脏的蓄积，进而通过直接细胞应激和/或直接线粒体损伤等毒性机制(参见下文第5.1.1部分)引起肝细胞等靶细胞的损伤。药物及其RM在肝细胞和体内的蓄积还可能竞争性抑制胆红素、胆汁酸和胆盐等物质的代谢和排泌，进而引起继发性或次级肝损伤和肝功能障碍。此外，不排除某些药物和某些患者，药物及其RM的蓄积也可能引起特异性免疫介导的肝损伤。

3.3   间接肝毒性

药物的间接肝毒性是指继发于药物生物学效应的肝毒性，不是药物的固有肝毒性或特异质肝毒性^[18]。间接肝毒性可独立出现，但由于继发于药物生物学作用的毒性效应多不具有特定器官靶向性，因此可先后或同时伴有肝外其他组织器官的损伤^[25]。

目前报告的药物间接肝毒性大致有以下几种：(1)PD1单抗、PDL1单抗、CTLA-4单抗等抗肿瘤免疫检查点抑制剂(ICIs)的间接肝毒性，可能主要与ICIs应用后广泛的继发性免疫激活相关^[26-29]。(2)肿瘤坏死因子拮抗剂的间接肝毒性，可能主要与干扰体液和细胞免疫有关，尤其是原有自身免疫性疾病的患者^[30-31]。(3)抗CD20单抗^[18]。(4)蛋白激酶抑制剂^[18]。(5)甲基泼尼松龙经静脉大剂量重复脉冲式(每次500~1000 mg/d，连续3 d)治疗多发性硬化等自身免疫疾病后的间接肝毒性，并且再用药后的肝损伤再激发率较高，可能与短期过度免疫抑制再撤药后的免疫重建相关^[32]。(6)某些其他抗肿瘤药物的间接肝毒性^[18]。(7)干扰物质和能量代谢药物的间接肝毒性，常可引起脂肪肝，例如可导致体质量增加的药物(如利培酮和氟哌啶醇)，能直接结合并抑制肝细胞和小肠细胞微粒体甘油三酯转运蛋白(MTP)、从而干扰脂代谢的药物(如洛美他派)，能改变胰岛素敏感性的药物(如糖皮质激素)^[18]。上述7种情况中，以ICIs、肿瘤坏死因子拮抗剂和抗CD20单抗等引起的免疫相关间接肝毒性最受关注。

伴有HBV或HCV感染的恶性肿瘤、自身免疫性疾病患者，若接受化疗、放疗或免疫抑制治疗，可能会引起HBV或HCV的再激活，从而引起病毒性肝炎复发或急性加重^[33]，严重者可引起纤维淤胆性肝炎/免疫诱导性肝衰竭^[34-35]。伴有HBV或HCV感染的人类免疫缺陷病毒(HIV)感染者，应用高效抗逆转率病毒治疗(HAART)，可能会因免疫重建导致对HBV或HCV免疫增强而出现病毒性肝炎发作的情况；或HIV感染终末期、极度免疫抑制状态下，出现HBV和HCV的高复制，引起所谓免疫抑制诱导的肝炎病毒相关肝衰竭^[35]。这些情况下的肝损伤虽然也与肿瘤化疗药物、免疫抑制药物或HARRT药物的生物学效应间接相关，但根源是原先存在HBV或HCV感染，属于特殊人群的病毒性肝炎范畴，在不需停用化疗或免疫抑制药物的情况下，应用口服抗HBV或抗HCV药物即可有效控制HBV或HCV复制及肝损伤。此外，在应用聚乙二醇干扰素治疗慢性乙型肝炎的过程中，也可因HBV特异性免疫激活而出现肝酶升高。这些情况与严格意义上的药物间接肝毒性不同。

4DILI不同发病机制的内在区别与关联

DILI不同发病机制之间有着明确的差别^[18]，主要体现在：(1)固有肝毒性的剂量依赖模式较为明显，人体固有(直接)病理生理反应相对强烈。(2)特异质DILI主要是由特定的HLA限制性DPA特异性获得性免疫应答介导，和/或由于特定的药物代谢通路异常所致。(3)间接肝毒性是继发于药物生物学活性特别是免疫学活性的一种毒性效应；对于此类药物而言，虽然不排除也具有潜在的固有肝毒性或特异质性肝毒性，但间接性肝毒性显然更为引人注目。