甲氨蝶呤神經(jīng)系統(tǒng)毒性研究進展

許 靜，徐康康（南京醫(yī)科大學附屬南京兒童醫(yī)院，南京市 210008）

甲氨蝶呤（Methotrexate，MTX）是一種抗葉酸代謝的藥物，其結構與葉酸類似，通過競爭性抑制細胞中二氫葉酸還原酶（DHFR）的活性，阻止二氫葉酸還原為四氫葉酸，使一碳單位形成減少，影響核酸和蛋白質的合成，發(fā)揮細胞毒作用。目前，MTX已成為應用于白血病、淋巴瘤、頭頸部腫瘤、骨肉瘤等惡性腫瘤及銀屑病、風濕性關節(jié)炎等自身免疫性疾病最為廣泛的一種抗代謝藥。鞘內注射大劑量甲氨蝶呤（High-dose Methotrexate，HDMTX）加亞葉酸鈣解救療法及頭顱放射治療是預防和治療髓外白血病尤其是中樞神經(jīng)系統(tǒng)白血病的主要方法。

然而MTX鞘內注射和全身用藥導致的不良反應也不容忽視。隨著不良反應檢測手段的提高，國內、外研究文獻報道大量涌現(xiàn)，MTX的神經(jīng)毒性越來越受到人們重視。MTX劑量越大，其神經(jīng)系統(tǒng)毒性作用也越大，HDMTX化療后導致的神經(jīng)毒性更為嚴重。有些患者的神經(jīng)毒性反應較溫和，呈一過性，而有些患者的神經(jīng)毒性反應相當嚴重可能導致永久性神經(jīng)缺陷甚至死亡。盡管過去10年中，已有學者對此進行了大量研究，但MTX神經(jīng)毒性的病理生理機制仍未明確。有學者認為，MTX的神經(jīng)毒性是MTX對中樞神經(jīng)系統(tǒng)直接作用的結果，也有人認為MTX對代謝的影響也可導致其神經(jīng)毒性。筆者對MTX神經(jīng)毒性機制及其臨床癥狀的相關研究進展作一綜述，以期為臨床安全合理應用MTX、減少其神經(jīng)毒性提供科學依據(jù)。

1 MTX神經(jīng)毒性的臨床癥狀

MTX的神經(jīng)毒性通常分為急性、亞急性和慢性3種，其臨床癥狀見表1。

表1 MTX神經(jīng)毒性的分類及臨床癥狀

1.1 急性神經(jīng)毒性

HDMTX（≥1 g·m－2）應用后數(shù)小時內即可出現(xiàn)嗜睡、精神錯亂、疲勞、定向障礙、抽搐等癥狀。鞘內注射MTX可導致急性蛛網(wǎng)膜炎，發(fā)生率約為5%～40%，通常于鞘內注射后2～4 h出現(xiàn)，持續(xù)12～72 h，常見癥狀為頭痛、惡心、嘔吐、發(fā)熱、背痛、眩暈。腦脊液檢查可見腦脊液細胞增多、蛋白含量增加、顱內壓增高。在沒有同時進行顱腦放療時，此類神經(jīng)毒性較多見，可能是由于顱腦放療時電離輻射抑制了急性炎癥反應的發(fā)生。有學者認為，急性神經(jīng)毒性與MTX劑量及腦脊液中MTX峰濃度相關。

1.2 亞急性神經(jīng)毒性

MTX應用數(shù)日或數(shù)周后，部分患者會出現(xiàn)腦病，表現(xiàn)為癱瘓、偏癱、語言障礙、抽搐、精神錯亂、情感障礙，稱為中風樣綜合征，通常在48～72 h后自行緩解。再次應用MTX并不會增加這種毒性的發(fā)生率。鞘內注射MTX可導致嚴重的脊髓病，表現(xiàn)為腿痛、感覺異常、截癱和膀胱功能障礙。病理檢查未見炎癥性或血管性異常。罕見腦與脊髓均受損的嚴重神經(jīng)毒性，通常預后較差。亞急性神經(jīng)毒性的危險因素包括短期高強度化療、腦脊液中MTX排泄延遲或長期治療的累積效應[1]。

1.3 慢性神經(jīng)毒性

MTX的慢性神經(jīng)毒性可出現(xiàn)于MTX應用數(shù)月甚至數(shù)年后。最具特征性的綜合征是壞死性脫髓鞘白質腦病，表現(xiàn)為精神錯亂、嗜睡或易激惹、語言障礙、視力異常、抽搐、偏癱、癡呆。嚴重病例會出現(xiàn)癱瘓、昏迷甚至死亡。有些患者尤其是兒童可獲得部分恢復或病情趨于穩(wěn)定。白質腦病主要累及深部腦白質，尤其是腦室周圍和半卵圓中心，其特征性改變?yōu)槊撍枨?、白質多灶性壞死、星形細胞增多、軸突損傷。腦內鈣化、大腦萎縮、微血管病變亦有報道。

白質腦病常發(fā)生于同時進行HDMTX、鞘內注射MTX和顱腦放療治療時（45%），僅使用MTX（HDMTX和/或鞘內注射）時的發(fā)生率僅為2%。在應用MTX前給予顱腦放療可使MTX的慢性神經(jīng)毒性增加，可能與MTX和電離輻射的協(xié)同毒性效應有關，也可能是由于MTX在中樞神經(jīng)系統(tǒng)分布的改變導致其在大腦某些區(qū)域積聚。產(chǎn)生這種積聚可能與以下幾方面有關：首先，電離輻射增加了血腦屏障的通透性，使進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的MTX增多；其次，腦脊液更新減慢，影響了MTX從中樞神經(jīng)系統(tǒng)的清除；第三，室管膜屏障受到破壞，導致MTX進入白質；最后，電離輻射可能導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)細胞水平的改變。

有學者研究了可早期預測MTX慢性神經(jīng)毒性的生理變化因素。腦脊液中髓鞘堿性蛋白[1]和τ蛋白[2]增多，膽堿/水比值下降[3]以及運動誘發(fā)電位潛伏期延長[4]可能與脫髓鞘現(xiàn)象有關。

除了白質腦病，慢性神經(jīng)毒性還包括顯著的神經(jīng)生理損傷如學習障礙、認知障礙、智力減退等。無論MTX是否與顱腦放療聯(lián)合應用都可能導致此種神經(jīng)生理損傷。

2 MTX神經(jīng)毒性的可能機制

2.1 MTX對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的直接毒性作用

由白質腦病患者的中樞神經(jīng)系統(tǒng)病理改變如白質凝固性壞死、軸突腫脹、脫髓鞘、星形細胞增多等可知，MTX可能對中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有直接毒性作用，而且超劑量應用所致的嚴重急性神經(jīng)毒性也支持這一假設[5]。

近年來研究表明，MTX進入細胞后，在多聚谷氨酸鹽合成酶（FPGS）的作用下，形成MTX聚谷氨酸鹽（MTXPG），MTX及MTXPG競爭性抑制DHFR活性，使四氫葉酸的產(chǎn)生受阻，一碳單位形成減少，影響核酸和蛋白質的合成，最終導致細胞死亡。MTX在抑制腫瘤細胞DNA合成的同時也抑制了正常神經(jīng)細胞DNA的合成，從而產(chǎn)生神經(jīng)系統(tǒng)相關不良反應。Gregorios JB等[6]研究發(fā)現(xiàn)，與MTX接觸后，大鼠腦部受主要影響的是星形膠質細胞而非神經(jīng)元細胞，參與髓鞘形成的少突膠質細胞則相對保存完好。少突膠質細胞功能未受損說明脫髓鞘現(xiàn)象是軸突缺失的結果。軸突病的病理機制仍未明確。由于神經(jīng)元細胞不能復制，不會受到MTX的影響，軸突病可能是星形細胞增多的結果。有學者認為星形細胞可能是MTX攝取和谷酰胺化的場所，因而其它可復制細胞如少突膠質細胞等對MTX的細胞毒作用相對不敏感[7]。

氧化應激是導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的另一可能機制。磷脂酰膽堿是中樞神經(jīng)細胞膜磷脂的主要成分。Miketova P等[8]研究了急性淋巴細胞白血病（ALL）患者應用MTX后腦脊液中氧化型和非氧化型磷脂酰膽堿水平，發(fā)現(xiàn)患者在強化期化療時及ALL高風險組氧化型磷脂酰膽堿濃度較高，分析認為由于MTX相關的氧化應激導致了氧化型磷脂酰膽堿濃度升高，從而產(chǎn)生了神經(jīng)毒性。

2.2 MTX對生化代謝的影響及其臨床表現(xiàn)

葉酸在體內被還原成具有生理作用的活性形式四氫葉酸，它是體內生化反應中一碳基團的傳遞體，參與嘌呤和胸腺嘧啶的合成，同時參與甘氨酸和絲氨酸之間、組氨酸和谷氨酸之間、半胱氨酸和蛋氨酸之間的相互轉化。

人體由食物供給含有S甲基的蛋氨酸，可參與多種轉甲基反應，生成多種含甲基的生理活性物質。在腺苷轉移酶催化下，蛋氨酸與三磷酸腺苷（ATP）反應生成S-腺苷蛋氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）。SAM中的甲基是高度活化的，可在不同甲基轉移酶的催化下，將甲基轉移給各種甲基接受體而形成許多甲基化合物，如腎上腺素、膽堿、甜菜堿、肉毒堿、肌酸等。SAM轉出甲基后形成S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosyl homocysteine，SAH），SAH水解釋出腺苷變?yōu)橥桶腚装彼?。同型半胱氨酸可?jīng)2條途徑再次甲基化生成蛋氨酸：其一，在肝臟和腎臟細胞內，以甜菜堿作為甲基供體，在甜菜堿-同型半胱氨酸甲基轉移酶的催化下生成蛋氨酸；其二，在蛋氨酸合成酶的催化下，以維生素B12作為輔助因子，由N5-甲基四氫葉酸作為甲基供體，生成蛋氨酸，這一反應可在所有的體細胞中進行，而此反應又是已知的體內能利用N5-甲基四氫葉酸的唯一反應，故同型半胱氨酸與體內一碳單位代謝有著密切關系。另外，在胱硫醚-β-合成酶催化下，同型半胱氨酸也可與絲氨酸縮合生成胱硫醚（此反應需要維生素B6的參與），后者進一步生成半胱氨酸和α-酮丁酸。蛋氨酸、半胱氨酸和胱氨酸稱為含硫氨基酸，與興奮性氨基酸如谷氨酸、門冬氨酸結構相似，可以激動興奮性氨基酸受體產(chǎn)生神經(jīng)興奮作用。

MTX與MTXPG通過抑制DHFR活性，導致細胞內四氫葉酸缺乏，從而直接或間接影響腦脊液中四氫葉酸、同型半胱氨酸、蛋氨酸、含硫興奮性氨基酸（SEAA）、腺苷等的水平，導致中樞神經(jīng)系統(tǒng)生化代謝紊亂而出現(xiàn)相應的神經(jīng)損害癥狀。

MTX對生化代謝的影響及其致病機制、臨床表現(xiàn)見表2。

BeckerA等[9]研究發(fā)現(xiàn)淋巴瘤患者應用HDMTX和鞘內注射MTX后，腦脊液中同型半胱氨酸的濃度顯著升高，明顯高于對照組，且N5-甲基四氫葉酸耗竭。頭顱磁共振成像（MRI）檢查發(fā)現(xiàn)一患者進展為白質腦病，該患者腦脊液中蛋氨酸濃度最低。蛋氨酸是中樞髓鞘形成的必需物質，髓鞘生成被阻斷則可導致神經(jīng)性白質腦病。如果及時補充足量的葉酸能使同型半胱氨酸逆轉為蛋氨酸，降低腦脊液中同型半胱氨酸的濃度，同時為中樞髓鞘形成提供必須物質以促進髓鞘生成，從而起到改善神經(jīng)毒性的作用。

表2 MTX對生化代謝的影響及其致病機制、臨床表現(xiàn)

3 預防和治療MTX神經(jīng)毒性的措施

外源給予亞葉酸可以越過MTX阻斷部位，減少MTX對正常細胞的毒副作用[10]。Cohen IJ[11]研究發(fā)現(xiàn)，適當?shù)膩喨~酸解救劑量可減少MTX的神經(jīng)毒性。雖然臨床應用HDMTX化療的同時已常規(guī)進行了亞葉酸解救，但仍有部分患者出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)不良反應，說明常規(guī)的亞葉酸解救劑量不足以預防MTX的神經(jīng)毒性，增加亞葉酸解救劑量在某種程度上也降低了MTX的療效，因此有必要采取其他措施以降低MTX的神經(jīng)毒性。

Erdlenbruch B等[12]研究表明，動脈內輸注高滲性甘露醇或短鏈烷基甘油可改變大鼠血腦屏障對甲氨蝶呤的通透性，同時，體內、外研究均未發(fā)現(xiàn)明顯毒性。提示可通過控制短鏈烷基甘油來調節(jié)血腦屏障的滲透性，從而減少MTX神經(jīng)毒性。但甘露醇和烷基甘油調節(jié)血腦屏障滲透性的作用仍需進一步研究證實。

近年來，許多學者通過研究MTX對生化代謝的影響，探索臨床降低其神經(jīng)毒性的措施。Surtees R等[13]發(fā)現(xiàn)，SAM或蛋氨酸可逆轉腦和脊索的脫髓鞘現(xiàn)象，SAM可改善葉酸缺乏患者的情感和認知障礙。在發(fā)生MTX神經(jīng)毒性的患者中，SAM/SAH比值下降，提示可應用SAM預防其神經(jīng)毒性或改善患者的臨床癥狀。維生素B6、維生素B12及甜菜堿等同型半胱氨酸代謝途徑的輔助因子能降低血漿同型半胱氨酸水平，因此可治療同型半胱氨酸水平升高導致的神經(jīng)毒性。據(jù)報道[4]，HDMTX化療時給予甜菜堿或維生素B6，可減輕MTX神經(jīng)系統(tǒng)不良反應。腺苷是中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制劑，亦是MTX誘發(fā)神經(jīng)毒性的介質，這種毒性反應可被腺苷的競爭性拮抗藥氨茶堿緩解。應用MTX發(fā)生神經(jīng)系統(tǒng)不良反應經(jīng)常規(guī)治療無效時，可給予氨茶堿改善臨床癥狀[14]。

綜上所述，MTX可影響多種代謝途徑，導致SAM/SAH比值下降，THB水平降低，同型半胱氨酸、腺苷、SEAA濃度增高，且MTX本身對中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有直接毒性作用。腦脊液中MTX濃度增加、消除減慢、短期大劑量應用及長期累積效應都可增加MTX的神經(jīng)毒性。其他危險因素包括合并應用顱腦放療或其它神經(jīng)毒性藥物如阿糖胞苷等。有研究發(fā)現(xiàn)[15]，參與葉酸代謝的關鍵酶亞甲基四氫葉酸還原酶（MTHFR）C677T多態(tài)性與MTX神經(jīng)毒性相關。Linnebank M等研究MTHFRC677T、蛋氨酸合成酶（MTR）A2756G、轉鈷胺素Ⅱ（Tc2）C776G與MTX導致腦白質改變的關系，發(fā)現(xiàn)攜有突變基因型的患者蛋氨酸合成減少，易發(fā)生MTX神經(jīng)毒性（P＝0.001）[16]。提示未來可從遺傳學角度深入研究MTX神經(jīng)系統(tǒng)毒性機制及影響因素，以期預測患者對MTX治療的反應，判斷患者是否應避免使用MTX或調整其劑量，采取更有效的措施預防或治療MTX神經(jīng)毒性，保證其臨床應用安全、合理。

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