伊立替康诱导臭鼩呕吐的机制与调控研究

《British Journal of Pharmacology》：Investigation of the mechanisms and modulation of irinotecan-induced emesis in Suncus murinus

　　

摘要 背景与目的：伊立替康（irinotecan）是一种广泛应用的化疗药物，常引起恶心和呕吐。其催吐作用机制尚不明确，用于减轻恶心和呕吐的药物选择在很大程度上基于经验。 实验方法：研究人员利用臭鼩（Suncus murinus）模型，研究了：(i) 伊立替康诱导呕吐的量效关系和时间特征；(ii) 其活性代谢物SN-38的催吐潜力；(iii) 迷走神经和中枢通路的参与情况；(iv) 经典止吐药单独或联合使用的疗效。采用行为学、呼吸功能、代谢组学和c-Fos免疫组织化学分析来阐明呕吐控制的机制。利用微电极阵列（microelectrode array, MEA）系统评估伊立替康和SN-38对胃肠慢波活动的影响。 主要结果：伊立替康在24小时内诱导了剂量依赖性的呕吐反应，而SN-38无此活性。两种化合物均未改变呼吸功能。双侧腹部迷走神经切断术可减弱伊立替康诱导的早期（0–4小时）呕吐。帕洛诺司琼（palonosetron）抑制呕吐，是最有效的单药治疗；奥氮平（olanzapine）单独使用也显示出止吐效果。值得注意的是，含奥氮平与帕洛诺司琼和阿瑞匹坦（aprepitant）或地塞米松（dexamethasone）的联合方案相比单药治疗提供了更优的保护。伊立替康增加了脑干、下丘脑和边缘系统的c-Fos表达；帕洛诺司琼选择性降低了脑干的激活。血清代谢组学显示酪胺水平降低，并且呕吐发作与5-HT相关通路存在关联。MEA记录表明，伊立替康而非SN-38对上消化道节律性活动产生选择性干扰。 结论与意义：伊立替康诱导的呕吐主要通过5-HT3依赖性迷走-脑干通路介导，并伴有下丘脑和边缘区域的额外激活。肠道起搏器活动的改变和5-HT代谢异常可能共同导致胃肠道不良反应。

论文解读文章

研究背景与问题提出

化疗引起的恶心和呕吐（chemotherapy-induced nausea and vomiting, CINV）仍是癌症患者最痛苦的治疗相关副作用之一。尽管现代止吐方案，特别是包含5-羟色胺-3（5-HT₃）受体拮抗剂、神经激肽-1（NK₁）受体拮抗剂和皮质类固醇的方案，已显著改善了预防和控制效果，但症状控制不佳仍会损害生活质量、减少营养摄入并影响抗癌治疗的依从性。大多数临床前研究集中于顺铂（cisplatin）的催吐机制，而对其他化疗药物的了解相对不足。伊立替康（irinotecan, CPT-11）是一种喜树碱衍生物，广泛用于结直肠癌、肺癌和胃癌的治疗，被归类为中致吐风险化疗药物。尽管有现代指南推荐的止吐预防措施，但仍有部分接受伊立替康化疗的患者出现恶心和呕吐控制不佳的情况，尤其是迟发性恶心。临床上，伊立替康的催吐特征呈双相模式：急性呕吐发生在给药后24小时内，迟发性呕吐可持续长达120小时。然而，这种双相模式的潜在机制尚不清楚。虽然伊立替康可抑制乙酰胆碱酯酶，这被认为与腹泻等胃肠道副作用有关，但呕吐更可能与伊立替康通过抑制拓扑异构酶I的抗癌机制及其强效代谢物SN-38的活性相关。然而，SN-38对呕吐的相对贡献以及伊立替康的催吐机制涉及外周还是中枢通路仍未解决。

呕吐由涉及外周和中枢通路的解剖分布网络协调。来自胃肠道的刺激可激活迷走传入神经，信号传递至脑干的背侧迷走复合体，包括最后区（area postrema, AP）、孤束核（nucleus tractus solitarius, NTS）和迷走神经背运动核。AP作为室周器官，血脑屏障相对通透，也可直接检测循环中的催吐刺激。此外，前庭、边缘系统和皮层区域可能参与恶心、自主调节和其他高级呕吐反应成分。因此，了解伊立替康如何调动这些外周和中枢通路对于阐明其催吐机制至关重要。家鼩（S. murinus）是一种稳健的小动物模型，适用于呕吐的机制研究；与啮齿动物不同，它拥有与人类相似的呕吐反射和催吐回路。本研究旨在系统评估伊立替康在臭鼩中的催吐机制，包括量效关系、时间模式、代谢物SN-38的作用、外周迷走和中枢通路的作用，以及临床相关止吐药的单独和联合疗效，并探究伊立替康和SN-38对全胃肠道慢波频率、节律、波形特性和传播模式的影响。

研究方法概述

研究人员使用了320只成年雄性臭鼩（50–75克），购自香港中文大学。研究采用了多种关键技术方法：全身体积描记法（whole-body plethysmography, WBP）监测行为和呼吸参数；双侧腹部迷走神经切断术评估迷走神经通路的作用；c-Fos免疫组织化学分析检测脑干、下丘脑和边缘系统神经元活化；靶向血清代谢组学分析测定神经递质及相关代谢物浓度；微电极阵列（microelectrode array, MEA）技术记录离体胃、十二指肠、回肠和结肠组织的慢波电活动。数据分析涉及慢波参数的量化，包括主频、平均频率、波形分析和功率谱分析等。

研究结果

伊立替康对呕吐、体重、摄食饮水和呼吸功能的影响：伊立替康（25–75 mg·kg^?1，口服）在给药后24小时内诱导了剂量依赖性的呕吐反应增加。75 mg·kg^?1剂量下，0–24小时内的干呕和呕吐次数增至72.5 ± 4.2次，中位潜伏期为40.7分钟。24–72小时内各剂量组的呕吐反应与对照组无显著差异。伊立替康未显著改变体重、饮水量或呼吸功能，但最高剂量（75 mg·kg^?1）在48–72小时期间导致食物摄入量减少34.5%。

重复给予伊立替康的影响：首次和第二次（7天后）给予伊立替康（75 mg·kg^?1）所诱导的呕吐反应在0–24小时和24–72小时期间均无显著差异，且对体重、摄食饮水及呼吸功能无明显影响。

SN-38对呕吐、体重、摄食饮水和呼吸功能的影响：所有测试剂量的SN-38（25、50、75 mg·kg^?1，口服）均未能显著诱导呕吐反应，也未显著影响体重、摄食饮水或呼吸功能。

帕洛诺司琼对伊立替康诱导呕吐的影响：帕洛诺司琼（0.01–0.1 mg·kg^?1，口服）以剂量依赖性方式减少了伊立替康诱导的呕吐，最高剂量（0.1 mg·kg^?1）在0–4小时内完全消除了所有动物的呕吐反应，并将中位潜伏期延长至48.3小时。帕洛诺司琼未显著影响体重、摄食饮水或呼吸功能。

阿瑞匹坦对伊立替康诱导呕吐的影响：所有测试剂量的阿瑞匹坦（0.1–1 mg·kg^?1，口服）均未能有效抑制伊立替康诱导的呕吐，也未显著影响体重、摄食饮水或呼吸功能。

东莨菪碱对伊立替康诱导呕吐的影响：东莨菪碱（10 mg·kg^?1，腹腔注射）未能抑制伊立替康诱导的呕吐，反而显著加剧了体重下降和早期食物摄入减少，并增加了呼吸速率、缩短了吸气时间。

双侧腹部迷走神经切断术对伊立替康诱导呕吐的影响：双侧腹部迷走神经切断术在0–4小时内显著减少了93.6%的干呕和呕吐次数，但对0–24小时和24–72小时的总呕吐次数无显著影响，并显著延长了首次呕吐潜伏期。迷走神经切断术还减少了术后0–24小时的食物和水分摄入。

帕洛诺司琼、阿瑞匹坦、奥氮平及联合用药的效果：单独使用帕洛诺司琼或阿瑞匹坦分别使0–24小时呕吐次数减少55.7%和35.2%，但未达统计学显著性。帕洛诺司琼与阿瑞匹坦联用使呕吐次数减少76.6%。奥氮平（1 mg·kg^?1）单独使用显著减少了71.8%的呕吐次数。三药联合（帕洛诺司琼+阿瑞匹坦+奥氮平）表现出最强的止吐效果，在0–24小时内显著减少了95.6%的呕吐次数。

帕洛诺司琼、地塞米松、奥氮平及联合用药的效果：帕洛诺司琼单独使用显著减少了57.3%的0–24小时呕吐次数。地塞米松（0.3 mg·kg^?1）单独使用无效。帕洛诺司琼与地塞米松联用使呕吐次数减少55.3%（0–24小时）和92.0%（24–72小时），但未达统计显著性。三药联合（帕洛诺司琼+地塞米松+奥氮平）在0–24小时内显著减少了90.2%的呕吐次数，但同时也导致体重下降和早期食物摄入减少。

帕洛诺司琼对伊立替康诱导c-Fos表达的影响：伊立替康显著增加了AP、NTS、多个下丘脑核团（如DMH、VMH、Arc、LH、PVH）以及杏仁中央核（CeA）和终纹床核（BNST）中的c-Fos阳性细胞数。帕洛诺司琼预处理显著抑制了AP和NTS中c-Fos的表达（分别降低70.2%和58.1%），但对其他前脑或下丘脑区域的c-Fos表达无显著影响。

帕洛诺司琼对伊立替康诱导血清代谢组学变化的影响：伊立替康和/或帕洛诺司琼处理均导致血清酪胺（tyramine）浓度显著降低约10–11%。相关性分析显示，在伊立替康处理组中，呕吐发作次数与L-犬尿氨酸（L-kynurenine）、5-羟基吲哚乙酸（5-HIAA）以及5-HIAA/5-HT比值呈显著正相关。

伊立替康或SN-38对胃肠道慢波的急性影响：伊立替康在结肠组织中增加了快节律百分比并降低了正常节律百分比，在十二指肠中增加了慢节律百分比。SN-38在结肠、回肠和十二指肠中也引起了类似的节律紊乱，但在十二指肠中未观察到伊立替康那样的慢节律增加效应。两种药物均改变了基线慢波的优势传播模式。

讨论与结论

本研究表明，伊立替康诱导的呕吐主要由5-HT₃依赖性的迷走-脑干通路介导，同时伴有下丘脑和边缘区域的额外激活。具体而言，双侧腹部迷走神经切断术主要抑制了早期（0–4小时）呕吐反应，而帕洛诺司琼则能更完全和持久地抑制呕吐，这表明除了腹部迷走传入神经外，其他部位的5-HT₃受体（如AP）也参与了止吐作用。SN-38本身不具有催吐活性，但其与伊立替康在体外对结肠慢波活动有相似影响，提示胃肠道作用并非呕吐的直接原因。伊立替康导致的十二指肠慢节律增加和正常节律减少可能与其催吐作用更为相关。血清代谢组学发现酪胺水平降低，以及呕吐与5-HT代谢指标（5-HIAA和5-HIAA/5-HT比值）的相关性，进一步支持了5-HT系统在其中的关键作用。

研究结论：伊立替康诱导的呕吐主要通过5-HT₃依赖性迷走-脑干通路介导，并伴有下丘脑和边缘区域的额外激活。肠道起搏器活动的改变和5-HT代谢异常可能共同导致胃肠道不良反应。在止吐策略方面，帕洛诺司琼是最有效的单药治疗；而含有奥氮平的联合方案（与帕洛诺司琼和阿瑞匹坦或地塞米松联用）相比单药治疗显示出更优越的保护效果，这可能为优化伊立替康化疗的止吐方案提供依据。