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雷帕霉素作用机理和临床应用

雷帕霉素(RAPA)是一种新型大环内酯类免疫抑制剂。RAPA通过不同的细胞因子受体阻断信号传导,阻断T淋巴细胞及其他细胞由G1期至S期的进程,从而发挥免疫抑制效应。从目前临床应用来看,RAPA有很好的抗排斥作用,且与环孢霉素A(CsA)和FK506等免疫抑制剂有良好的协同作用,是一种疗效好,低毒,无肾毒性的新型免疫抑制剂。

  雷帕霉素(Rapamycin,RAPA,RPM),又名Sirolimus,属大环内酯类抗生素,与FK506的结构相似。起初RAPA被研究作为低毒性的抗真菌药物,1977年发现RAPA具有免疫抑制作用,1989年开始把RAPA作为治疗器官移植的排斥反应的新药进行试用,目前RAPA的Ⅰ、Ⅱ期临床试验已结束,Ⅲ期临床试验正在进行之中。RAPA的分子式为C51H79NO13,分子量991KD,为白色固体结晶,熔点为183-185℃,亲脂性,溶解于甲醇、乙醇、丙酮、氯仿等有机溶剂,极微溶于水,几乎不溶于*。从目前动物实验及临床应用的效果看,RAPA是一种疗效好,低毒,无肾毒性的新型免疫抑制剂[1-4]。

  1. 作用机理 
AG国际厅   尽管RAPA和FK506为结构相似的大环内酯类抗生素,但却有非常不同的免疫抑制机制。FK506抑制T淋巴细胞由G0期至G1期的增殖,而RAPA则通过不同的细胞因子受体阻断信号传导,阻断T淋巴细胞及其他细胞由G1期至S期的进程,和FK506相比,RAPA可阻断T淋巴细胞和B淋巴细胞的钙依赖性和非钙依赖性的信号传导通路。

  RAPA和FK506一样,结合在相同的免疫亲和蛋白(immunophilin)FKBP12上,形成RAPA-FKBP12复合物,这种复合物不能与钙调素结合,并且RAPA亦不抑制T细胞的早期激活或直接减少细胞因子的合成[5]。这种复合物的靶蛋白最早是在酵母菌中被确定,称为TOR1和TOR2。1996年,Abraham等[5]证实了一种哺乳类动物的RAPA靶蛋白,称为mTOR(FPAP,PAFT,SEP),这种蛋白的突变可对RAPA产生耐受。mTOR是一种多功能激酶,在淋巴细胞的共刺激活化和细胞周期过程中均存在。最近,RAPA-FKBP12-mTOR复合物的结构已被确定[6]。

  信号通过IL-2受体或生长因子受体激活磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)链且导致蛋白激酶B(PKB)的活化。PKB直接激活mTOR[7],mTOR可调节至少三钟在翻译过程中有重要作用的蛋白:4E-BP1,p70S6K和真核细胞翻译起始因子4GI(eIF4GI)。4E-BP1通常与mRNA 
5\'帽状结合蛋白eIF-4E结合并抑制其活性,进而抑制了翻译的开始。但mTOR直接促使4E-BP1磷酸化[8],消除了eIF-4E/4E-BP1之间相互作用[9],降低了4E-BP1对eIF-4E的亲和力,随之松解了它对翻译开始的抑制。RAPA-FKBP复合物与mTOR结合后抑制了mTOR的作用。

  研究发现RAPA能抑制70-KDaS6激酶(p70S6K)的活性,该酶与细胞周期中的许多关键的不同细胞过程有密切的关系。但是在无细胞体系(cell-free 
system)中,RAPA-PKBP复合物却不能抑制p70S6K的活性,亦即RAPA-PKBP复合物与p70S6K之间无直接的相互作用,故推测RAPA可能作用于p70S6K之前的过程,抑制其他激酶或激活磷酸酶 
,其结果是RAPA至少抑制二种底物:①促进蛋白合成的S6核糖体蛋白,②诱导增殖细胞核抗原(PCNA)基因的转录诱导的cAMP反应元件调节因子(CREM)[5]。PCNA对DNA多聚酶δ来说是一种必要的过程因子,同时在细胞进入S期的过程中亦是需要的。

  RAPA能降低细胞周期依赖性激酶(cdk)和细胞周期蛋白(cyclin)复合物激酶的活性。细胞周期全过程需要不间断的cdk和cyclin复合物的活化。RAPA对cdk2、cdk4、cyclinD和cyclinE的蛋白水平无任何影响,但却能降低cdk4-cyclinD和cdk2-cyclinE复合物的激酶活性[5]。在G1期的中晚期进程中,这些激酶的活性包括从cyclin-cdk复合物中去除cyclin依赖的激酶抑制因子p27kip1,RAPA通过抑制了cyclin-cdk复合物激酶的活性,从而预防了p27的清除,阻断了cdk4-cyclinD和cdk2-cyclinE复合物的活化,结果导致之后的细胞进程被抑制:视网膜母细胞瘤蛋白(Rb)的过磷酸化和Rb-E2F复合物的分离。E2F转录因子的活化降低导致了细胞周期蛋白cdc2、cyclinA以及转录活性需要的丝氨酸/苏氨酸激酶的下调。和RNA聚合酶 
1、3受抑制一样,Rb的灭活也可以阻断包括细胞的增生和分化在内的其他途径。 
  RAPA对在细胞周期中有关键作用的原癌基因Bcl-2的转录有抑制作用,Bcl-2的表达减少可促使活化的淋巴细胞凋亡。 
  最近报道,RAPA可预防CD-28介导的IKBα的下调,抑制了c-rel的细胞核易位。c-rel是一种CD-28反应元件调节子结合因子,能使IL-2的基因表达持续下调[5]。

  RAPA对细胞由G1期至S期的发展的干扰作用,在体外实验证实它不是一种有效的细胞因子合成抑制剂,而是对活化T细胞和B细胞的生长因子和细胞因子等产生相反作用。RAPA不局限于对免疫系统的细胞产生作用,它亦能抑制平滑肌细胞、内皮细胞、成纤维细胞等的增殖[10,11]。

2. 临床应用 
2.1 药物分布与代谢 
  RAPA在动物实验和临床应用中的给药方式较多,有腹腔内注射、静脉注射及口服等。口服用药后约1.5~2小时可达峰值,口服后的平均生物利用度在肾移植受者为15%[12],半衰期为62小时[13]。药物吸收入血后,95%分布于红细胞内[14],血浆中含量只占3%,游离状态存在的药物极少。因此临床上以全血标本来监测RAPA的血药浓度。血药的Cmax和AUC值与剂量成正比。检测血药浓度的最好方法是高效液相色谱法(HPLC),该方法灵敏度高[15]。Serkova等[16]在猴肺移植实验中检测到RAPA在组织中的分布以胆囊、胰腺、移植肺、小脑、肾、脾最高。在人类RAPA的浓度分布以肺、心、肾、胰腺、脾、肝等脏器中较高。RAPA主要经细胞色素P450系统代谢[14 
,17],并经胆汁排出,故对细胞色素P450系统有影响的药物,可对RAPA的药物动力学产生影响。 
2.2 临床应用效果 
  在大量的动物实验证实RAPA是一种安全有效的新型免疫移植剂后,近几年已进行大量临床观察,目前已进行到第Ⅲ期临床试验,试验采用RAPA联合MMF或Aza及类固醇与CsA、FK506等做药效对比,或者是RAPA联合CsA或FK506等药物以探讨联合用药的疗效。

  Kahan[18]教授在一项多中心的Ⅱ期临床试验中将149名肾移植患者随机分成6组,3组为安慰剂、1或3mg/m2/day的 
RAPA联合应用类固醇及全量CsA,3组为1、3或5mg/m2/day 的RAPA联合应用类固醇及目标血浓度为全量的50%的CsA 
,结果显示移植后头6个月内,病理证实的急性排斥反应安慰剂组为30.0%,1、3mg/m2/day 
AG国际厅 RAPA和全量CsA组为8.5%(P=0.028),应用RAPA及减量的CsA治疗的病人的急性排斥反应较低.各组中1年的病人及移植物的存活率无明显差异,RAPA的应用并未增加CsA的副作用,但在接受全量CsA及3mg/m2/day的RAPA的病人有肺炎增高的倾向.

  一项欧洲11个移植中心的研究报告[19],将83名肾移植病人分成RAPA及CsA组,均联合应用类固醇及Aza,结果显示两组出现的急性排斥反应相似,分别为42%及38%,1年的人/肾存活率亦无明显差异,RAPA组为100%/98%,CsA组为90%/90%,RAPA 
组的肾功能较好,因RAPA引起的可逆性副作用高脂血症、白细胞及血小板减少症、肺炎增加倾向等在血药浓度由30ng/ml降至15ng/ml后均有好转。MacDonald[20]的三期临床报告及Ponticelli[21]在研究HLA错配的肾移植病人应用RAPA时取得很好的效果,在RAPA用量为2mg/day及5mg/day组,移植物急性排斥率明显降低,未发现与免疫抑制剂相关的副作用。

  肝移植后在一些病人中出现肝纤维化,这一过程可能是由于抗排斥治疗所致。有学者应用RAPA进行动物实验时观察到,RAPA 
能抑制大鼠模型的细胞外基质沉积,降低血小板生长因子,从而减少肝脏星型细胞的增[22],但在人体中RAPA是否亦能抑制移植肝的纤维化,尚无明确证据。 
AG国际厅   慢性移植物血管病变(CGVD)已被定义为是一种常规移植免疫治疗过程中的慢性进行性血管病理变化,对移植物长期存活影响很大。Poston[23]应用RAPA治疗同种心脏移植后的CGVD动物模型发现,RAPA能明显抑制CD4+T细胞和巨噬细胞在移植物血管周边的浸润,降低移植物抗供者抗体的水平。

  CsA和FK506与药物源性的肾功能障碍有关,特别是在移植肾功能延迟恢复的过程中,治疗上应尽量避免有肾毒性的药物。至今为止,尚未发现RAPA有明显的肾毒性,基于这点考虑Hong及Kahan等[24]选择RAPA对6名被评估为移植肾功能延迟恢复的高危肾功能受者进行治疗,同时应用抗CD25单抗舒莱(simulect),RAPA用量为2~12mg/day,血药浓度维持在10~20ng/ml,结果显示最初2个月中,无一患者出现病理学证实的急排、细胞因子释放综合症或过敏反应。所有病人在术后8周内肾功能恢复,研究者认为移植术后早期RAPA联合应用simulect及类固醇提供了一种有前景的基础治疗,可避免应用CsA,促进器官缺血及再灌注损伤的恢复。

  RAPA与CsA、FK506、MMF等联合应用均有良好的协同作用,其益处在于①减少了治疗方案中各种免疫抑制剂的用量,②减少了免疫抑制剂的副作用,③增强了免疫抑制的效果。

2.3 用量与监测

  RAPA的治疗方案多种多样,且单独给药的剂量与联合CsA或FK506等药物使用的剂量区别较大。维持血药浓度亦各有区别。Groth等[14]在以RAPA为基础的免疫抑制治疗与CsA为基础的免疫抑制治疗对照研究中,RAPA口服液的初始剂量为16-24mg/m2/day,随后7-10天用量为8-12mg/m2/day,血药浓度稳定在30ng/ml,2个月后调整RAPA用量直至血药浓度稳定在15ng/ml,均在早晨以水或橙汁一次性冲服,一日一次,前12周每周监测1次血药浓度,之后每个月监测1次。观察到血药浓度与药物毒性成正比,但其副作用是可逆的。当血药浓度降低后,副作用均好转。故Groth认为血药浓度以保持于10-20ng/ml为好。Kahan认为血药浓度大于15ng/ml时,即与甘油三酯的升高及血红蛋白、白细胞或血小板减少有关[25]。当RAPA与FK506联合应用时,其血药浓度保持在6-12ng/ml即有降低急性排斥率的作用,且毒性小。在一系列的肝,肾,胰腺移植的病人中服用5mg/day的RAPA及低剂量的FK506(0.03mg/kg/day)预防急性排斥,且以各自浓度水平维持在3-7ng/ml及6-12ng/ml为准,均取得非常满意的移植物功能[26]。

  与CsA合用时,RAPA的用量较单独使用时要少,建议RAPA的浓度维持于5-15ng/ml,同时CsA用量亦可减少,但CsA浓度最少要维持于50-150ng/ml[18]。 
AG国际厅 目前认为由于RAPA的半衰期较长,故无需每天测定其浓度,首次测定可在服药后4天,第一个月内每周测定1-2次,第二个月每周测定1次,之后每月测定一次或在有临床需要时进行检测,例如停用或增加了对细胞色素P450系统代谢有影响的药物,或怀疑患者未遵医嘱服药,胃肠功能紊乱及毒副作用明显时。

3. 副作用 
  RAPA有与FK506相似的副作用。在大量的临床试验中发现其副作用有剂量依赖性,并且为可逆的,治疗剂量的RAPA尚未发现有明显的肾毒性,无齿龈增生[19]。主要毒副作用包括:头痛,恶心,头晕,鼻出血,关节疼痛。实验室检查异常包括:血小板减少,白细胞减少,血色素降低,高甘油三酯血症,高胆固醇血症,高血糖,肝酶升高(SGOT,SGPT),乳酸脱氢酶升高,低钾,低镁血症等[4,18,19,27,28]。最近有报道称服用RAPA可产生眼皮浮肿[29],而导致血浆磷酸盐水平较低的原因被认为是以RAPA为基础的免疫抑制治疗延长了磷酸盐自移植肾脏的排泄[30]。与其他免疫抑制剂一样,RAPA有增加感染的机会,有报道称特别有肺炎增加的倾向,但其他机会性感染的发生与CsA无明显差异[18,19]。