基于基因檢測和血藥濃度監測技術優化肝移植術后他克莫司個體化給藥方案

宗慧穎,張云迪,李越,李妍

(1.山東中醫藥大學,山東 濟南 250355;2.山東第一醫科大學第一附屬醫院<山東省千佛山醫院>,山東 濟南 250014)

肝移植是治療終末期肝病最有效的手段之一,患者在移植術后需長期接受免疫抑制治療以免出現免疫排斥反應,目前鈣調磷酸酶抑制劑(calcineurin inhibitor,CNI)+霉酚酸類藥物+糖皮質激素是肝移植術后患者廣泛應用的三聯免疫抑制方案。他克莫司是臨床最為廣泛應用的CNI類藥物,存在治療窗窄、個體間藥動學差異大等特點,其血藥濃度較低時可能增加急性排斥(acute cellular rejection,ACR)的風險,而高血藥濃度可能誘發藥物毒性的發生。臨床建議他克莫司個體化用藥分為起始劑量和維持劑量兩個階段,以基因檢測技術預測起始劑量,之后根據治療藥物監測(therapeutic drug monitoring,TDM)結果對維持劑量進行調整[1],以此優化用藥療效,可在一定程度上控制個體間的變異性。研究發現,參與他克莫司藥動學過程的代謝酶、轉運體等編碼基因的多態性是導致其血藥濃度出現個體差異的重要因素,但目前國內外研究結論尚不一致。此外,肝移植術后使用TDM來指導他克莫司給藥時,由于他克莫司的給藥前濃度(谷濃度,C0)與其曲線下面積(AUC)相關,故推薦監測他克莫司的C0作為劑量調整依據,然而C0預測的準確性低于AUC,測定給藥間隔內的AUC是反映他克莫司暴露的最佳指標,但臨床上得到完整的AUC值是不切實際的。尋找更有預測價值且便捷的療效預測指標,對于他克莫司的個體化治療有重要意義。

因此,本文圍繞血藥濃度監測和藥物基因檢測(藥物代謝酶、轉運蛋白等編碼基因)兩大技術在指導他克莫司個體化用藥中的應用進行綜述,比較各種預測指標之間的優劣,為臨床制定肝移植術后他克莫司個體化給藥提供參考依據。

1 他克莫司血藥濃度監測在肝移植個體化給藥中的價值

1.1 傳統谷濃度C0監測在肝移植個體化給藥中的價值他克莫司的C0作為監測其血藥濃度最常用的方法,采血時間準確與否直接影響他克莫司血藥濃度的真實性,即應在早上服用他克莫司半小時內采血以監測血藥谷濃度。C0因更容易獲得且與藥效相關性良好,是目前最為廣泛應用的血濃監測方案。有研究表明,他克莫司的C0和AUC之間的相關系數r大于等于0.7時是可以接受的[2],如r值過低則認為兩者相關性不理想,對于這些患者使用C0作為療效的預測因子可能會出現偏差。對于無并發癥且年齡在60歲以下的成年肝移植患者,他克莫司的理想濃度參考如下:術后1個月內目標全血谷濃度為10～15 ng·mL-1,第2～3個月為7～11 ng·mL-1,3～6個月為6.0～10.0 ng·mL-1,6個月～1年為5～8 ng·mL-1,1～2年為3～5 ng·mL-1,2年后理想谷濃度為2～5 ng·mL-1并維持[3]。

然而問題在于,部分患者測定的C0值處于正常水平,但他克莫司真正的體內暴露量并不充分;相反,患者的C0也有可能超出目標范圍,而其體內的藥物暴露(通過AUC測量)實際上是理想的。有學者對16名腎移植患者術后服用他克莫司的藥代動力學做了研究,主要指標為他克莫司的C0以及AUC,結果證實C0在目標范圍內,但仍有3例患者因藥物暴露不足而出現急性排斥反應[4]。此外,C0同時受到其他因素的影響,如一項基于聯合用藥的移植患者數據表明,患者在接受嗎替麥考酚酯與他克莫司或環孢素聯合用藥時,C0容易受到聯合用藥的影響。相比之下AUC0～12是更合適的評估方法[5],AUC下的面積被認為是與臨床效果最相關的PK暴露參數。因為對于他克莫司,都是間隔12 h服藥1次。如果要準確評估藥物在12 h內總的有效劑量,就需要計算12 h內的AUC。然而,要確定整個12 h內的 AUC 值,往往需要在9～12個時間點采集血液樣本,這使得檢測費用昂貴、過于復雜,而且由于血液樣本數量較多,患者無法接受。

盡管采集全血來測定他克莫司濃度的方法已被臨床廣泛應用,但仍有部分患者的治療效果不能被準確預測。這一現象提示,有必要在監測血藥濃度的基礎上,開發其他更能準確反映他克莫司藥效的生物標志物。

1.2 組織和外周血單核細胞濃度監測在肝移植個體化給藥中的價值根據2017年由國際治療藥物監測和臨床毒性協會發布的《他克莫司個體化治療藥物監測更新的第二共識報告》表明,對同種異體移植物組織內的他克莫司濃度進行檢測,可以更好地了解移植術后受者體內他克莫司的分布。測量他克莫司直接進入的作用部位(即淋巴細胞,或外周血單核細胞(PBMC),即富含淋巴細胞的分數)的濃度可用以完善治療藥物監測策略,有望更準確預測其療效[6]。在肝移植受者中,他克莫司的淋巴細胞內濃度實際上與外周血單核細胞濃度(CPBMC)接近,已被認為與全血他克莫司谷濃度相比,與藥物的免疫抑制作用更直接相關[7]。Capron等[8]表明CPBMC與肝移植后他克莫司濃度之間存在良好的相關性(r2=0.55)。盡管對PBMC和異體移植組織作為他克莫司TDM的替代基質的研究已經進行了20多年,但在預測排斥反應方面幾乎當前并沒有一致的證據證明其臨床益處。與全血一樣,PBMC是異質細胞集合,它們的使用可能與全血的使用存在類似的局限性[9]。此外,數據缺乏標準化、活檢細胞的多樣性、基質效應的影響、血液污染等都是臨床還沒有將組織中濃度監測應用到常規的實踐中的原因。

1.3 有限采樣策略在肝移植個體化給藥中的價值測定給藥間隔內的AUC通常是反映他克莫司暴露的最佳指標。然而通過多次取血而得到完整的AUC值可行性較差,這限制了其在臨床上的使用;基于少數取血時間點的有限采樣策略(limited sampling strategy,LSS)是一種對患者較為友好的替代方案,LSS利用在2～4個時間點測量的他克莫司濃度來估計AUC,其臨床可行性優于完整12 h AUC中≥8個時間點的方案[10]。有研究證實完整AUC與LSS的相關系數良好,r≥0.90[11],提示LSS方案可在一定程度上替代AUC。在一項首次使用非線性混合效應建模描述肝移植接受者中他克莫司群體藥代動力學的研究中,通過系統評估認為最好的4點LSS是t=0、3、6、8 h和t=0、3、6、12 h,最好的3點LSS是t=0、4、8 h[12]。一項在肝腎移植患者中他克莫司個體化使用的研究表明,最佳LSS是取t=0、8、12 h幾個時間點[13]。另有一項實驗應用貝葉斯法評估了以0和3 h他克莫司血濃得到的AUC和標準AUC0-12,得到兩者之間相關性良好,r2=0.96,可見這一方法精確度較高[14]。臨床實踐中,可以選擇疑為他克莫司C0和AUC之間相關性較低的患者,即盡管C0在目標范圍內,但仍出現毒性或ACR的患者,可應用LSS來制定給藥方案。總之,由于患者個體間差異大,將患者藥物濃度保持在目標治療范圍或窗口內的劑量個體化新方法仍需進一步探索。

2 他克莫司相關基因檢測在肝移植個體化給藥中的價值

2.1 藥物代謝酶基因細胞色素P450(cytochrome P450,CYP)是哺乳動物最主要的Ⅰ相藥物代謝酶,能夠對多種藥物進行生物轉化。CYP3A是CYP450超家族中表達最豐富、活性最高的酶,分為CYP3A4、CYP3A5、CYP3A7等亞型[15]。CYP3A7僅在胎兒肝臟中表達,只有CYP3A4和CYP3A5被認為與成人相關,他克莫司即通過肝臟和腸壁中的CYP3A4和CYP3A5酶進行代謝。CYP3A4基因位于染色體7q21.1-22.1上,基因長度約為27 kbp,呈高度多態性表達,迄今為止至少已鑒定出40個單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism,SNP)[16],既往研究已經表明部分SNP與他克莫司的藥代動力學相關[17-19]。目前已發現CYP3A5等位基因達25種以上,其中最具有功能意義的是CYP3A5*3(rs776746),CYP3A5*3位于CYP3A5基因的3號內含子中,CYP3A5rs776746多態性是與他克莫司藥代動力學相關的最著名的發現[20],是CYP3A5SNPs中研究最多、最常見的類型。

他克莫司的去甲基化代謝反應主要由CYP3A4和CYP3A5酶介導。CYP3A4和CYP3A5之間存在高度的序列同源性,導致它們之間存在底物重疊,因此在臨床使用他克莫司時,有必要對CYP3A4和CYP3A5基因型進行聯合分析。CYP3A4*18B在中國人群中的最小基因頻率為30.8%,是已知中國人突變率最高的一個CYP3A4位點[21],然而CYP3A4*18B與CYP3A5*3等位基因間存在連鎖不平衡,且有研究表明消除CYP3A5*3影響后CYP3A4*18B各基因型組間他克莫司的C0/D并不具備顯著性差異,這可說明CYP3A4*18B并不能單獨影響他克莫司的血藥濃度[22]。另有研究表明,CYP3A4*1B基因多態性與CYP3A4酶活性增強有關,相比CYP3A4*1B攜帶者(CYP3A4*1/*1B型或CYP3A4*1B/*1B型),CYP3A4*1/*1型和CYP3A4*22患者他克莫司日劑量需求更低[23]。但因為CYP3A4*1B等位基因頻率的分布呈現明顯的種族差異,在亞洲人群中突變幾率近乎為零[18],所以CYP3A4*1B對中國肝移植患者他克莫司血藥濃度幾乎沒有影響,因此認為根據中國患者CYP3A4基因多態性來調整他克莫司給藥方案不具有意義。

CYP3A5*3突變會引起終止密碼子提前,導致酶失活,因此CYP3A5*3是造成肝移植受者他克莫司藥代動力學個體間差異的主要原因。根據他克莫司的代謝率,CYP3A5*1(CYP3A5*1/*1)純合子攜帶者為快代謝者,雜合子CYP3A5*1/*3、CYP3A5*1/*6或CYP3A5*1/*7為中代謝者,純合突變攜帶者CYP3A5*3(CYP3A5*3/*3)、CYP3A5*6(CYP3A5*6/*6)或CYP3A5*7(CYP3A5*7/*7)作為弱代謝者[24]。這些等位基因的分布因患者的種族而異,美籍黑人的CYP3A5*1等位基因頻率為85%,亞洲人為56%,而西方人(白人為主)頻率為16%,可以得出亞洲人他克莫司藥物代謝率高于西方人而低于美籍黑人[25]。Shi等[18]進行的一項涉及216名中國肝移植受者的試驗得出結論,CYP3A5*1/*1基因型受者的他克莫司每日劑量需求高于*3/*3基因型者,與CYP3A5*3基因型的受者相比,CYP3A5*1型的濃度/劑量比最低。因此,快代謝者對CYP3A5底物有更高的清除率及更低的生物利用度,同等劑量給藥比其他基因型療效較差。

此外,在肝移植中,供體肝的CYP3A5基因型可能與受體腸的CYP3A5基因型不同。在確定劑量時,需要考慮供體和受體雙方的基因型。Dong等[26]通過對138名來自中國的肝移植受者和供者的CYP3A4(rs2242480和rs4646437)基因型進行分類,研究對肝移植患者他克莫司早期濃度的影響,結果表明受體CYP3A4多態性相對于供體顯示更大的貢獻度。然而,迄今為止,關于供體和受體基因型的相對影響,以及供體肝臟和受體腸道基因型是否在移植后的不同時間點發揮作用的研究尚無明確定論。Barrera-Pulido等[27]對53名肝移植受體和供體基因型進行分類,結果顯示在移植后的早期,受體和供體基因型均為CYP3A5*1/*3的患者給予正常劑量藥物時,他克莫司的血藥濃度未能達到最低水平。在第30天和第60天之間,受體和供體基因型均為CYP3A5*3/*3的肝移植受者相比較于其他基因型需要更低劑量的他克莫司。在一項旨在評估肝移植供體和受體基因型對他克莫司C0/D影響的薈萃分析中,結果顯示供體和受體CYP3A5基因型均能影響他克莫司C0/D比值,CYP3A5*3/*3基因型與*1/*1和*1/*3基因型相比,供體和受體的C0/D值均升高。因此認為如果供體或者受體具有CYP3A5*1等位基因,則達到最佳谷水平所需他克莫司劑量會更高。

2.2 藥物轉運蛋白相關基因多態性他克莫司的吸收和代謝受到轉運蛋白(由ABCB1基因編碼)活性的影響,ABCB1的單核苷酸基因多態性通過編碼P-gp而影響他克莫司的藥代動力學,它的功能是作為跨膜外排泵,將底物從細胞內向外輸出,以防止細胞積聚。在患者小腸中表達的P-gp能將他克莫司這一類疏水性分子藥物外排出小腸細胞,影響機體對他克莫司的吸收。

研究表明,ABCB1可能影響他克莫司的吸收、分布和排泄[28]。目前研究側重于評估ABCB1基因多態性(1236 C>T、rs1128503;2677 G>T/A、rs2032582和rs1045642、3435 C>T)與他克莫司血藥濃度之間的關系。一項評估ABCB1基因多態性對巴基斯坦肝移植受者他克莫司劑量和不良反應的影響研究中,研究人員對移植受者3個ABCB1SNP(rs1045642、rs2032582和rs1045642)進行基因分型,后續通過監測急性細胞排斥反應、敗血癥和其他不良事件,結果表明rs1045642基因多態性可縮短他克莫司達到最佳劑量的時間,rs2032582和rs1045642基因多態性可能預測他克莫司不良反應的發生[29]。Hashida等[30]研究發現,肝移植術后腸道ABCB1的mRNA表達水平與他克莫司C0/D值顯著相關。這提示腸道P-gp的表達水平差異可能是患者個體化給藥的重要參考因素之一。目前國內外都有ABCB1基因多態性與血液中他克莫司水平相關的報道,但這種關聯性之間存在一定爭議。有研究[31]認為ABCB1基因多態性并不能通過P-gp的表達而影響他克莫司的血藥濃度,而另有研究[32]則認為ABCB1基因多態性會影響他克莫司的血藥濃度,且供體中的ABCB1DNA甲基化對肝移植后他克莫司血藥濃度的個體差異有顯著影響,提示供體肝臟中的ABCB1DNA甲基化可能是影響肝移植后他克莫司血藥濃度的一個重要表觀遺傳因素。

2.3 基于基因多態性的個體化給藥建議CYP3A4*1B和CYP3A4*22在亞洲人群中的突變率幾乎為零[30],所以常規檢測該基因突變在中國肝移植患者中的實際臨床意義有限。CYP3A4*18B雖然是中國人群中突變率最高的一個基因位點,但尚無明確證據表明CYP3A4*18B基因多態性可以作為獨立因素影響他克莫司在患者體內的代謝。有關CYP3A5*3基因型對肝移植術后他克莫司血藥濃度產生影響的給藥劑量,國內外推薦較為一致。雖然沒有直接證據表明根據CYP3A5*3基因指導肝移植他克莫司用藥能提高臨床療效,但臨床藥物遺傳學實施聯盟指南在已知CYP3A5基因型的情況下提供了他克莫司的給藥建議,表1總結了基于CYP3A5表型以及與等位基因變異相關的治療建議匯總。

表1 基于CYP3A5雙倍型的可能表型分配及給藥建議

總的來說,盡管劑量暴露關系隨時間而變化,CYP3A5*3/*3基因型肝移植患者的劑量校正他克莫司谷濃度比CYP3A5*1/*1或*1/*3基因組型患者高1.5至2倍。

目前ABCB1基因多態性影響他克莫司藥代動力學的具體機制仍不清楚,無法利用ABCB1基因型調整他克莫司用藥劑量。因此,不同患者ABCB1不同位點的不同突變與他克莫司藥代動力學之間的關系需要更多研究來確定。

基因分型是否應該成為移植的標準做法仍然是一個問題,因為需要多因素方法來評估藥物的藥代動力學概況。即使在具有相同基因型的患者中,也觀察到他克莫司給藥需求以達到目標血液水平的廣泛變化。這是因為遺傳多態性只是影響他克莫司藥代動力學的可能因素之一。患者的年齡、種族、代謝水平、伴隨的藥物和其他各種環境因素在改變藥物藥代動力學方面似乎比基因型發揮著更重要的作用。特別是在肝移植患者中,移植后的時間在改變藥物代謝和分布方面也起著關鍵作用。

3 總結與展望

關于他克莫司血藥濃度和藥物遺傳學之間的相關性非常復雜,已發表的文章主要集中于編碼代謝酶和轉運蛋白的基因的多態性,結論主要為CYP3A4、CYP3A5和P-gp對他克莫司的藥代動力學可能產生影響。雖然以一點取血預測藥效存在偏差,但他克莫司C0監測仍是肝移植后的標準推薦方法。對于部分他克莫司C0在治療范圍內仍出現ACR或排斥反應的患者,可考慮實施簡化的AUC(如LSS)。他克莫司最佳的用藥劑量和血藥濃度可能會受很多因素的影響,年齡、基因型差異、肝功能因素及藥物相互作用等都會對其產生一定的作用。

臨床實踐中,應綜合考慮患者的經濟情況、疾病情況等選擇是否對其進行基因檢測,同時考慮不同的基因型對患者的他克莫司代謝帶來的影響,根據患者術后用藥的表達情況來進行常規治療藥物監測,為他克莫司使用制定更合理的個體化給藥方案,從而維持的正常器官功能。