甲氨蝶呤神经系统毒性研究进展

许 静，徐康康（南京医科大学附属南京儿童医院，南京市 210008）

甲氨蝶呤（Methotrexate，MTX）是一种抗叶酸代谢的药物，其结构与叶酸类似，通过竞争性抑制细胞中二氢叶酸还原酶（DHFR）的活性，阻止二氢叶酸还原为四氢叶酸，使一碳单位形成减少，影响核酸和蛋白质的合成，发挥细胞毒作用。目前，MTX已成为应用于白血病、淋巴瘤、头颈部肿瘤、骨肉瘤等恶性肿瘤及银屑病、风湿性关节炎等自身免疫性疾病最为广泛的一种抗代谢药。鞘内注射大剂量甲氨蝶呤（High-dose Methotrexate，HDMTX）加亚叶酸钙解救疗法及头颅放射治疗是预防和治疗髓外白血病尤其是中枢神经系统白血病的主要方法。

然而MTX鞘内注射和全身用药导致的不良反应也不容忽视。随着不良反应检测手段的提高，国内、外研究文献报道大量涌现，MTX的神经毒性越来越受到人们重视。MTX剂量越大，其神经系统毒性作用也越大，HDMTX化疗后导致的神经毒性更为严重。有些患者的神经毒性反应较温和，呈一过性，而有些患者的神经毒性反应相当严重可能导致永久性神经缺陷甚至死亡。尽管过去10年中，已有学者对此进行了大量研究，但MTX神经毒性的病理生理机制仍未明确。有学者认为，MTX的神经毒性是MTX对中枢神经系统直接作用的结果，也有人认为MTX对代谢的影响也可导致其神经毒性。笔者对MTX神经毒性机制及其临床症状的相关研究进展作一综述，以期为临床安全合理应用MTX、减少其神经毒性提供科学依据。

1 MTX神经毒性的临床症状

MTX的神经毒性通常分为急性、亚急性和慢性3种，其临床症状见表1。

表1 MTX神经毒性的分类及临床症状

1.1 急性神经毒性

HDMTX（≥1 g·m－2）应用后数小时内即可出现嗜睡、精神错乱、疲劳、定向障碍、抽搐等症状。鞘内注射MTX可导致急性蛛网膜炎，发生率约为5%～40%，通常于鞘内注射后2～4 h出现，持续12～72 h，常见症状为头痛、恶心、呕吐、发热、背痛、眩晕。脑脊液检查可见脑脊液细胞增多、蛋白含量增加、颅内压增高。在没有同时进行颅脑放疗时，此类神经毒性较多见，可能是由于颅脑放疗时电离辐射抑制了急性炎症反应的发生。有学者认为，急性神经毒性与MTX剂量及脑脊液中MTX峰浓度相关。

1.2 亚急性神经毒性

MTX应用数日或数周后，部分患者会出现脑病，表现为瘫痪、偏瘫、语言障碍、抽搐、精神错乱、情感障碍，称为中风样综合征，通常在48～72 h后自行缓解。再次应用MTX并不会增加这种毒性的发生率。鞘内注射MTX可导致严重的脊髓病，表现为腿痛、感觉异常、截瘫和膀胱功能障碍。病理检查未见炎症性或血管性异常。罕见脑与脊髓均受损的严重神经毒性，通常预后较差。亚急性神经毒性的危险因素包括短期高强度化疗、脑脊液中MTX排泄延迟或长期治疗的累积效应[1]。

1.3 慢性神经毒性

MTX的慢性神经毒性可出现于MTX应用数月甚至数年后。最具特征性的综合征是坏死性脱髓鞘白质脑病，表现为精神错乱、嗜睡或易激惹、语言障碍、视力异常、抽搐、偏瘫、痴呆。严重病例会出现瘫痪、昏迷甚至死亡。有些患者尤其是儿童可获得部分恢复或病情趋于稳定。白质脑病主要累及深部脑白质，尤其是脑室周围和半卵圆中心，其特征性改变为脱髓鞘、白质多灶性坏死、星形细胞增多、轴突损伤。脑内钙化、大脑萎缩、微血管病变亦有报道。

白质脑病常发生于同时进行HDMTX、鞘内注射MTX和颅脑放疗治疗时（45%），仅使用MTX（HDMTX和/或鞘内注射）时的发生率仅为2%。在应用MTX前给予颅脑放疗可使MTX的慢性神经毒性增加，可能与MTX和电离辐射的协同毒性效应有关，也可能是由于MTX在中枢神经系统分布的改变导致其在大脑某些区域积聚。产生这种积聚可能与以下几方面有关：首先，电离辐射增加了血脑屏障的通透性，使进入中枢神经系统的MTX增多；其次，脑脊液更新减慢，影响了MTX从中枢神经系统的清除；第三，室管膜屏障受到破坏，导致MTX进入白质；最后，电离辐射可能导致中枢神经系统细胞水平的改变。

有学者研究了可早期预测MTX慢性神经毒性的生理变化因素。脑脊液中髓鞘碱性蛋白[1]和τ蛋白[2]增多，胆碱/水比值下降[3]以及运动诱发电位潜伏期延长[4]可能与脱髓鞘现象有关。

除了白质脑病，慢性神经毒性还包括显著的神经生理损伤如学习障碍、认知障碍、智力减退等。无论MTX是否与颅脑放疗联合应用都可能导致此种神经生理损伤。

2 MTX神经毒性的可能机制

2.1 MTX对中枢神经系统的直接毒性作用

由白质脑病患者的中枢神经系统病理改变如白质凝固性坏死、轴突肿胀、脱髓鞘、星形细胞增多等可知，MTX可能对中枢神经系统具有直接毒性作用，而且超剂量应用所致的严重急性神经毒性也支持这一假设[5]。

近年来研究表明，MTX进入细胞后，在多聚谷氨酸盐合成酶（FPGS）的作用下，形成MTX聚谷氨酸盐（MTXPG），MTX及MTXPG竞争性抑制DHFR活性，使四氢叶酸的产生受阻，一碳单位形成减少，影响核酸和蛋白质的合成，最终导致细胞死亡。MTX在抑制肿瘤细胞DNA合成的同时也抑制了正常神经细胞DNA的合成，从而产生神经系统相关不良反应。Gregorios JB等[6]研究发现，与MTX接触后，大鼠脑部受主要影响的是星形胶质细胞而非神经元细胞，参与髓鞘形成的少突胶质细胞则相对保存完好。少突胶质细胞功能未受损说明脱髓鞘现象是轴突缺失的结果。轴突病的病理机制仍未明确。由于神经元细胞不能复制，不会受到MTX的影响，轴突病可能是星形细胞增多的结果。有学者认为星形细胞可能是MTX摄取和谷酰胺化的场所，因而其它可复制细胞如少突胶质细胞等对MTX的细胞毒作用相对不敏感[7]。

氧化应激是导致中枢神经系统损伤的另一可能机制。磷脂酰胆碱是中枢神经细胞膜磷脂的主要成分。Miketova P等[8]研究了急性淋巴细胞白血病（ALL）患者应用MTX后脑脊液中氧化型和非氧化型磷脂酰胆碱水平，发现患者在强化期化疗时及ALL高风险组氧化型磷脂酰胆碱浓度较高，分析认为由于MTX相关的氧化应激导致了氧化型磷脂酰胆碱浓度升高，从而产生了神经毒性。

2.2 MTX对生化代谢的影响及其临床表现

叶酸在体内被还原成具有生理作用的活性形式四氢叶酸，它是体内生化反应中一碳基团的传递体，参与嘌呤和胸腺嘧啶的合成，同时参与甘氨酸和丝氨酸之间、组氨酸和谷氨酸之间、半胱氨酸和蛋氨酸之间的相互转化。

人体由食物供给含有S甲基的蛋氨酸，可参与多种转甲基反应，生成多种含甲基的生理活性物质。在腺苷转移酶催化下，蛋氨酸与三磷酸腺苷（ATP）反应生成S-腺苷蛋氨酸（S-adenosyl methionine，SAM）。SAM中的甲基是高度活化的，可在不同甲基转移酶的催化下，将甲基转移给各种甲基接受体而形成许多甲基化合物，如肾上腺素、胆碱、甜菜碱、肉毒碱、肌酸等。SAM转出甲基后形成S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosyl homocysteine，SAH），SAH水解释出腺苷变为同型半胱氨酸。同型半胱氨酸可经2条途径再次甲基化生成蛋氨酸：其一，在肝脏和肾脏细胞内，以甜菜碱作为甲基供体，在甜菜碱-同型半胱氨酸甲基转移酶的催化下生成蛋氨酸；其二，在蛋氨酸合成酶的催化下，以维生素B12作为辅助因子，由N5-甲基四氢叶酸作为甲基供体，生成蛋氨酸，这一反应可在所有的体细胞中进行，而此反应又是已知的体内能利用N5-甲基四氢叶酸的唯一反应，故同型半胱氨酸与体内一碳单位代谢有着密切关系。另外，在胱硫醚-β-合成酶催化下，同型半胱氨酸也可与丝氨酸缩合生成胱硫醚（此反应需要维生素B6的参与），后者进一步生成半胱氨酸和α-酮丁酸。蛋氨酸、半胱氨酸和胱氨酸称为含硫氨基酸，与兴奋性氨基酸如谷氨酸、门冬氨酸结构相似，可以激动兴奋性氨基酸受体产生神经兴奋作用。

MTX与MTXPG通过抑制DHFR活性，导致细胞内四氢叶酸缺乏，从而直接或间接影响脑脊液中四氢叶酸、同型半胱氨酸、蛋氨酸、含硫兴奋性氨基酸（SEAA）、腺苷等的水平，导致中枢神经系统生化代谢紊乱而出现相应的神经损害症状。

MTX对生化代谢的影响及其致病机制、临床表现见表2。

BeckerA等[9]研究发现淋巴瘤患者应用HDMTX和鞘内注射MTX后，脑脊液中同型半胱氨酸的浓度显著升高，明显高于对照组，且N5-甲基四氢叶酸耗竭。头颅磁共振成像（MRI）检查发现一患者进展为白质脑病，该患者脑脊液中蛋氨酸浓度最低。蛋氨酸是中枢髓鞘形成的必需物质，髓鞘生成被阻断则可导致神经性白质脑病。如果及时补充足量的叶酸能使同型半胱氨酸逆转为蛋氨酸，降低脑脊液中同型半胱氨酸的浓度，同时为中枢髓鞘形成提供必须物质以促进髓鞘生成，从而起到改善神经毒性的作用。

表2 MTX对生化代谢的影响及其致病机制、临床表现

3 预防和治疗MTX神经毒性的措施

外源给予亚叶酸可以越过MTX阻断部位，减少MTX对正常细胞的毒副作用[10]。Cohen IJ[11]研究发现，适当的亚叶酸解救剂量可减少MTX的神经毒性。虽然临床应用HDMTX化疗的同时已常规进行了亚叶酸解救，但仍有部分患者出现神经系统不良反应，说明常规的亚叶酸解救剂量不足以预防MTX的神经毒性，增加亚叶酸解救剂量在某种程度上也降低了MTX的疗效，因此有必要采取其他措施以降低MTX的神经毒性。

Erdlenbruch B等[12]研究表明，动脉内输注高渗性甘露醇或短链烷基甘油可改变大鼠血脑屏障对甲氨蝶呤的通透性，同时，体内、外研究均未发现明显毒性。提示可通过控制短链烷基甘油来调节血脑屏障的渗透性，从而减少MTX神经毒性。但甘露醇和烷基甘油调节血脑屏障渗透性的作用仍需进一步研究证实。

近年来，许多学者通过研究MTX对生化代谢的影响，探索临床降低其神经毒性的措施。Surtees R等[13]发现，SAM或蛋氨酸可逆转脑和脊索的脱髓鞘现象，SAM可改善叶酸缺乏患者的情感和认知障碍。在发生MTX神经毒性的患者中，SAM/SAH比值下降，提示可应用SAM预防其神经毒性或改善患者的临床症状。维生素B6、维生素B12及甜菜碱等同型半胱氨酸代谢途径的辅助因子能降低血浆同型半胱氨酸水平，因此可治疗同型半胱氨酸水平升高导致的神经毒性。据报道[4]，HDMTX化疗时给予甜菜碱或维生素B6，可减轻MTX神经系统不良反应。腺苷是中枢神经系统抑制剂，亦是MTX诱发神经毒性的介质，这种毒性反应可被腺苷的竞争性拮抗药氨茶碱缓解。应用MTX发生神经系统不良反应经常规治疗无效时，可给予氨茶碱改善临床症状[14]。

综上所述，MTX可影响多种代谢途径，导致SAM/SAH比值下降，THB水平降低，同型半胱氨酸、腺苷、SEAA浓度增高，且MTX本身对中枢神经系统具有直接毒性作用。脑脊液中MTX浓度增加、消除减慢、短期大剂量应用及长期累积效应都可增加MTX的神经毒性。其他危险因素包括合并应用颅脑放疗或其它神经毒性药物如阿糖胞苷等。有研究发现[15]，参与叶酸代谢的关键酶亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）C677T多态性与MTX神经毒性相关。Linnebank M等研究MTHFRC677T、蛋氨酸合成酶（MTR）A2756G、转钴胺素Ⅱ（Tc2）C776G与MTX导致脑白质改变的关系，发现携有突变基因型的患者蛋氨酸合成减少，易发生MTX神经毒性（P＝0.001）[16]。提示未来可从遗传学角度深入研究MTX神经系统毒性机制及影响因素，以期预测患者对MTX治疗的反应，判断患者是否应避免使用MTX或调整其剂量，采取更有效的措施预防或治疗MTX神经毒性，保证其临床应用安全、合理。

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