普萘洛尔用于婴儿血管瘤及恶性肿瘤治疗的精准药学研究*

刘东波,罗嘉,贺毅憬

(1.中南大学湘雅医院临床药理研究所,长沙 410008;2.中南大学临床药理研究所,遗传药理学湖南省重点实验室,长沙 410078;3.中南大学湘雅医学院附属肿瘤医院肝胆肠外科,长沙 410000)

普萘洛尔是一种非选择性β受体阻断药,通过拮抗作用于β-肾上腺素能受体的儿茶酚胺类激素,从而发挥其大部分药理作用。普萘洛尔可对心脏产生负性变时和负性肌力的作用、同时可以抑制血浆肾素活性,降低血压,另外还可致血管和支气管平滑肌收缩[1]。临床上主要用于治疗心律失常、心绞痛、心力衰竭、高血压等心血管疾病。2014年,美国食品药品管理局(FDA)批准普萘洛尔用于治疗婴儿血管瘤。之后,越来越多的研究表明该药对胃癌、结肠癌、乳腺癌、胶质母细胞瘤等恶性肿瘤也有治疗效果[2]。但对包括婴儿血管瘤在内的肿瘤治疗时显示出了一定的种族差异和个体差异。研究发现,药物代谢酶、药物转运体和药物靶标的基因突变可显著改变药物的药动学和药效学特征,80%的药物疗效和不良反应差异可以用基因组变异来解释[3]。因此,本文通过对普萘洛尔治疗婴儿血管瘤(infancy hemangioma,IH)及治疗其他肿瘤的精准药学研究进行概括总结,为指导临床合理用药,及研究普萘洛尔对肿瘤的治疗提供参考。

1 普萘洛尔治疗IH精准药学研究

IH是婴儿时期最常见的一种软组织肿瘤。常在婴儿出生后几周内出现,后出现一段较活跃的生长期,最终一般都会自发消退,但仍有10%～15%患者会出现一些严重的并发症,例如阻塞气道、溃疡或毁容等,需要进行治疗[4]。

1.1普萘洛尔治疗IH研究 目前对于IH的发病机制还未形成统一共识,缺氧常被认为是重要的致病原因之一。有人认为IH可能是一种对缺氧组织进行血运重建的代偿反应[5]。一些流行病学研究表明,复杂的妊娠史、胎盘异常、低出生体质量等因素均可能导致IH的发生。而这些因素也恰好说明新生儿在孕期可能长久处于缺氧的状态,因此有人认为存在于胎儿皮肤中的干细胞接收到“缺氧”的信号时,会激活缺氧诱导因子-2α(hypoxia inducible factor-2,HIF-2α),导致血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)过表达,进而造成血管内皮细胞过度增殖。此外也有人认为是组织中缺氧诱导因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α),导致下游靶基因[如葡萄糖转运蛋白-1(glucose transportase-1,GLUT-1)、血管内皮生长因子-A(VEGF-A)和胰岛素样生长因子-2等]的表达增加,从而导致内皮细胞过度增殖[6]。同时,研究还发现[7]肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system,RAS)对于IH的进展也起一定作用,在增殖的IH中有检测到血管紧张素转换酶的表达,它与患者体内较高水平的肾素相结合,会导致血管紧张素-2的产生,血管紧张素-2会促进HIF-1α,间接导致疾病进展。

皮质类固醇曾是IH治疗的一线用药。其主要作用机制是通过抑制VEGF从而抑制IH进展。但应用皮质类固醇往往会产生较多的不良反应,如肾上腺功能不全、库欣综合征、生长迟缓、高血压、烦躁不安等,且成功率也仅约为50%[8]。直到2008年,LAUT-LABRZE等[9]报道使用普萘洛尔成功治愈了11例患有严重IH的儿童。随后,LAUT-LABRZE等[10]进行了一项多中心、随机、安慰药对照试验,证实每天口服普萘洛尔3 mg·kg-1,持续给药6个月,治疗IH是安全有效的。然而,直至目前普萘洛尔治疗IH的作用机制仍未完全阐明。研究人员认为普萘洛尔治疗IH可以分为短期、中期和长期影响11]。治疗 1～3 d后,由于血管收缩,减少了流向病灶的血流量,病变部位的颜色发生变化。中期效应可能是由于阻断促血管生成因子(如VEGF、碱性成纤维生长因子、基质金属蛋白酶2和9)的释放,从而限制了IH的生长。长期则可能是由诱导血管内皮细胞凋亡和随后的肿瘤消退引起的。

目前美国儿科学会指南[12]推荐使用口服普萘洛尔作为治疗的IH的一线药物,剂量为每天2～3 mg·kg-1。若患儿存在较严重的合并症(如PHACE综合征)或不良反应(如睡眠障碍),可考虑适当减轻剂量。对患有禁忌证或对口服普萘洛尔耐受的患儿,可口服泼尼松龙或泼尼松治疗。对增殖期或某些部位(如唇部)的局灶性大体积IH患儿也可采用病灶内注射曲安奈德或倍他米松治疗。对浅表IH患儿也可局部使用马来酸噻吗洛尔治疗。手术和激光治疗也可作为IH患儿一种治疗选择。

1.2普萘洛尔治疗IH精准药学研究 LAUT-LABRZE等[10]进行的大型随机对照临床试验中,有60%口服普萘洛尔6个月的患儿成功治愈,同时服药6个月的患儿疗效要优于3个月。该研究表明普萘洛尔治疗的IH具有较好的疗效,但仍有部分患儿并未能从中获益,有待于进一步探讨治疗方案的改进。一项关于普萘洛尔治疗高危IH的临床实验[13],口服普萘洛尔每日2次,每次3 mg·kg-1,用药6～12个月,可显著提高治疗高危IH的成功率。且大多数患儿在停止治疗后的3个月内未复发。复发的患儿再治疗也有效,安全性令人满意。另一项大型多中心回顾性队列研究[14]发现,用药<12个月(尤其是9个月),患儿出现反弹的风险最大,用药≥12个月停止给药,患儿反弹的风险最低。这可以说明用药时间越长,疗效越好,复发的风险越低。还有一项临床研究[15]对于治疗时期也进行了探索,发现小于3个月的患儿的疗效优于大于3个月患儿(P<0.05),且2组不良反应发生率差异无统计学意义(P>0.05)。这说明尽早治疗疗效较好,且安全性也可保证。目前,虽然关于普萘洛尔治疗IH的最佳方案仍未达成共识,但通过不同的临床研究可以发现尽早开始治疗且用药时间越长,疗效越好,复发的风险越低。

普萘洛尔治疗期间会出现诸多的不良反应。最常见不良反应包括睡眠障碍、四肢发冷、胃肠道症状、支气管反应以及心率或血压下降,严重的不良反应如低血糖、低血压、心动过缓和支气管痉挛等,但发生率差异很大。在接受IH治疗且既往无心脏并发症的婴儿,心动过缓和低血压往往是轻微或无症状的[16]。为预防严重的不良反应,有人主张对患儿进行连续的心电图监测。但有报道,对患有心脏并发症的婴儿,在用药初期就开始监测,用药后仍发生了心动过缓[17],这让人怀疑心电图监测的价值。另外,CAVALLI等[18]报道1例接受普萘洛尔治疗的IH婴儿,治疗期间其心电图并未出现明显变化,但却出现了高钾血症,这可能是由于广泛溃疡性IH肿瘤溶解和β受体阻断药导致的细胞钾摄取受损[19]。美国儿科学会的共识建议,在服用第一剂普萘洛尔后3 h内,应在初始、接受治疗后的1 h和2 h,间断性进行心率和血压测量,如若正常,则没有必要对同一剂量进行重复多次的监测[20]。笔者认为也应该在普萘洛尔治疗初始阶段密切监测血清电解质的变化以防高钾血症等并发症的发生。

为了减少普萘洛尔的副作用,有研究者想用普萘洛尔局部给药代替全身用药。一项临床随机试验[21]纳入了45例IH患儿,目的在于评价普萘洛尔局部和皮下给药的有效性和安全性,并与口服用药进行比较。结果表明,局部使用普萘洛尔是安全可行的,但有效率较口服给药差。启示开发一种新的给药方法是减少普萘洛尔用药不良反应的潜在策略。如为了提高渗透性和保留效果,可以研发使用智能纳米载体给药系统[22],改善药物释放,增加药物在细胞内的释放,以提高普萘洛尔用药的安全性和靶向性。此外,由于肿瘤微环境中pH值与健康组织的pH值不同,使用pH敏感的脂质体给药增加肿瘤部位的药物积聚也可作为普萘洛尔局部给药的一种方式[23]。

口服普萘洛尔对IH的疗效和不良反应在不同婴儿中存在差异,且普萘洛尔的β受体阻断作用和它的血药浓度有关[24]。研究者对新生儿和早产儿口服普萘洛尔后的血药浓度进行评估[25]。对4例新生儿及32例早产儿以0.5或0.25 mg·kg-1口服普萘洛尔后,每6小时采血进行检测。结果显示普萘洛尔血药浓度个体间差异很大,但与给药剂量成比例。相较成人,新生儿的代谢更加缓慢,不同胎龄及性别的新生儿间无显著差别。总体来看,新生儿在接受普萘洛尔治疗后的血药浓度随治疗剂量的增加而升高,半衰期明显延长。众所周知,与普萘洛尔代谢有关的酶,在个体发育不同阶段其活性是不同的[26]。新生儿出生时细胞色素P450(CYP) 2D6、2C19、1A2活性很低,甚至几乎没有活性,后逐渐发育至成人水平。临床试验中获得的普萘洛尔血药浓度的个体差异很大,很可能是由于个体间CYP1A2、2D6、2C19和葡萄糖醛酸转移酶(UGT)的表达或活性差异造成的。这提醒对于新生儿口服普萘洛尔剂量应该慎重,谨防过量而造成一些不必要的不良反应发生。

另外,寻求某些生物标志物来预测普萘洛尔治疗IH 的疗效差异和规避一些不良反应也是备受关注的一个方向。研究显示CYP2D6基因的多态性与普萘洛尔治疗IH的疗效有关,CYP2D6 G/G纯合子患者应用普萘洛尔疗效最好[27]。考察CYP2D6的基因型具有成为预测普萘洛尔疗效标志物的潜力。另一项研究[28]打算从普萘洛尔及其代谢物4-羟基普萘洛尔(4-OH-P)和N-去异丙基普萘洛尔(NDP)的血药浓度入手,考察其疗效与安全性。但研究发现普萘洛尔及其代谢物的浓度/剂量比不能预测治疗1个月和1年后的疗效。且治疗1个月后,普萘洛尔及其代谢物的血浆浓度也与高钾血症和低血糖无关。但也发现β2-肾上腺素能受体(β2-adrenergic receptor,β2-AR)在IH的治疗中可能发挥更重要的作用,而β1-肾上腺素能受体(β1-adrenergic receptor,β1-AR)的多态性则可能与普萘洛尔的副作用有关,但与疗效无关。这值得进一步去研究,以寻求一种可以代替普萘洛尔的药物,产生更大的治疗作用和更小的毒副作用。

目前看来,普萘洛尔治疗婴儿IH的个体差异研究取得了一定进展,但证据还远不足以达到精准用药的目的,其他因素仍有待进一步探讨。

2 普萘洛尔治疗恶性肿瘤的研究进展

普萘洛尔成功用于治疗IH后,对它作为抗肿瘤药物再利用的研究兴趣的急剧增加。多项针对乳腺癌的回顾性研究发现普萘洛尔对其疗效是具有一定差异性的。BARRON等[29]报道了一项关于乳腺癌的回顾性研究。研究发现,与未使用普萘洛尔的患者相比,使用普萘洛尔的患者肿瘤发展至T4[优势比(OR)=0.24]或N2/N3/M1(OR=0.20)的可能性较小。使用普萘洛尔而不使用阿替洛尔的患者乳腺癌特异性死亡率[风险比(HR)=0.19]也显著降低。然而,另一项欧洲大型乳腺癌队列研究[30]发现,在乳腺癌诊断之前或之后使用普萘洛尔与乳腺癌特异性(n=55 252)或全因死亡率(n=133 251)之间没有关联。此外,丹麦的一项全国性队列研究[31]也发现,使用普萘洛尔(n=756)与乳腺癌10年内复发率无关。这些研究结果不一致原因,猜测可能是多因素的,仍有待相关的实验进一步验证。首先,普萘洛尔主要代谢酶CYP2C19、CYP2D6、CYP1A2在不同种族人群的突变具有一定差异[32-33]。这将导致给予相同剂量的药物但患者的血药浓度会具有较大差异,从而对疗效产生不同的影响。其次,多篇文章发现β2-AR的多态性可能与普萘洛尔的药效差异有关[34-35],因受体结构的不同受到普萘洛尔的阻滞程度不同,对其敏感度不同,相同的剂量下产生了不同的效果。最后,不同患者的用药剂量与疗程不同也是一个不可忽略的因素。

最近发现,β2-AR参与调节了多种免疫细胞功能,包括自然杀伤细胞、树突状细胞、巨噬细胞、T淋巴细胞、B淋巴细胞以及髓系来源的抑制性细胞[36-38],同时也会促进肿瘤微环境中免疫抑制因子的释放[39],因此考察普萘洛尔与免疫疗法联合用药是否有疗效也是很有意义的。有人对339例接受免疫检查点抑制剂治疗的肿瘤患者进行了回顾性研究[40],其中109例同时接受β受体阻断药治疗。他们发现,联合用药患者的肿瘤控制率显著高于仅接受免疫检查点抑制剂治疗的患者(2.79,P=0.001)。另一临床试验[41]考察了普萘洛尔联合程序性死亡受体1(programmed cell death protein 1,PD-1)抑制剂帕博利珠单抗治疗局部晚期和转移性黑色素瘤的疗效。其中,联合用药的患者客观缓解率(overall response rate,ORR)为78%,远高于仅接受帕博利珠单抗治疗的转移性黑色素瘤患者的平均ORR(20%～40%)。普萘洛尔与其他免疫疗法(如抗细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4疗法,溶瘤疱疹病毒以及肿瘤疫苗)联合用药也显示出具有一定的协同作用[42-44]。从目前数据看普萘洛尔作为一种免疫抑制剂的增敏剂已经得到了初步的证明,但是具体的机制与通路还未得到明确的解释,需要进一步探索阐明,而将来对相关通路因子的检测很可能是预判普萘洛尔联合免疫疗法是否有效的一种手段。

越来越多的证据表明普萘洛尔作为抗癌药物的潜力,但目前FDA尚未批准单独或联合使用普萘洛尔治疗任何类型的恶性肿瘤。主要的原因还是缺乏精心设计的随机对照试验来支持普萘洛尔可用于治疗恶性肿瘤。且普萘洛尔在研究过程中也确实显示出了一定的个体差异,但对其背后的原因还不清楚。有相关报道,普萘洛尔的代谢酶对活性较低的R(+)对映体代谢具有立体选择性,这会导致人体内S(-)对映体的血药浓度较高[45-46]。而R(+)对映体有一种特异性的作用模式,它通过干扰SOX18转录因子而抑制血管瘤的生长,不依赖于阻断任何β受体活性,而S(-)对映体则没有这种作用[47]。这说明普萘洛尔除β-ARs以外还有未知的药物靶点未被发现,值得进一步去探索,指导新药的研发。

3 展望

精准药学的目的是为患者提供更加具有针对性和有效性的个体化治疗方案,促进临床合理用药。这就必然要求临床工作者要对药品的作用机制以及不良反应有更深层次的了解,才能更好地指导临床合理用药。虽然目前关于普萘洛尔治疗除IH外的其他肿瘤仍未能得到大家广泛的认识。但通过其对于IH的治疗以及相关临床研究,可以提供一定的指引。首先应该明确的是普萘洛尔抗肿瘤的机制是什么,只有对其机制了解清楚,才能更加合理地指导临床用药,更明确地指导研究人员去进一步开发新药或寻求可代替药物。其次仍需要不断探索可能导致普萘洛尔疗效差异的原因,如:种族、代谢、用药剂量与疗程、受体突变等。另外,寻求相关的生物标志物来预测普萘洛尔抗肿瘤疗效和规避不良反应风险也是一种可行策略。急需一项精细设计的临床试验将为药物管理部门批准其单独或联合其他药物治疗除IH外的其他肿瘤提供依据。普萘洛尔作为半个多世纪以来临床上使用最广泛的β受体阻断药,该药在临床长期使用过程中积累的知识和经验,以及对其安全性的充分认知为其转变为抗癌药物奠定了坚实的基础。另外,普萘洛尔还是一种易得、低价、易管理的药物,可大大减轻癌症患者的经济负担。但潜在的心血管等副作用也要求肿瘤学家和外科医生掌握这种药物的知识,并谨慎地向癌症患者开出处方。