左氧氟沙星和莫西沙星对接受三氧化二砷治疗的APL患者体内砷代谢及心脏毒性的影响

《Biochemical Pharmacology》：Effect of Levofloxacin and moxifloxacin on arsenic metabolism and cardiotoxicity in APL patients treated with arsenic trioxide

　　杨海霞|刘宇彤|岳晨丽|郝扬毅|岳丽娟|叶凌军|倪晓婷|张文磊|李龙宇|高增亮|陶思静|段新生|李浩轩|高春璐|海鑫哈尔滨医科大学第一附属医院药学部，中国哈尔滨南岗区友政街23号摘要三氧化二砷是治疗急性早幼粒细胞白血病的首选药物，但其严重的心肌毒性限制了其临床应用。由于骨髓抑制，APL患者会出现中性粒细胞减少和免疫功能低下，从而更容易患上社区获得性肺炎。左氧氟沙星和莫西沙星可作为治疗APL患者社区获得性肺炎的一线抗菌药物。本研究采用HPLC-HG-AFS方法，对96名接受三氧化二砷治疗的APL患者血浆中的无机砷、单甲基砷酸和二甲基砷酸浓度进行了定量检测。结果显示，左氧氟沙星会升高三氧化二砷治疗患者的血浆砷浓度，同时增加QT间期延长和心肌损伤的风险，而莫西沙星则没有显著影响。体内实验表明，左氧氟沙星会降低大鼠的左心室射血分数和心脏收缩力，减少肾脏对砷的排泄，增加全身循环、肾脏和心脏中的砷积累，同时还会降低肾脏P-糖蛋白的表达；而莫西沙星则没有这些作用。体外实验显示，左氧氟沙星通过抑制PXR/AKT/FOXO3a通路来抑制HEK293T细胞中P-糖蛋白的表达，进而阻止三氧化二砷从细胞中排出；莫西沙星则对该调控通路没有显著影响。总体而言，我们的研究结果表明，左氧氟沙星通过抑制PXR/AKT/FOXO3a信号通路，降低肾脏P-糖蛋白的表达，从而减少砷的排泄，增加全身和心脏中的砷积累，加剧三氧化二砷的心肌毒性；而莫西沙星与三氧化二砷联用时具有更好的安全性。引言三氧化二砷是治疗急性早幼粒细胞白血病的首选药物。在体内，三氧化二砷的主要水解产物亚砷酸会在砷甲基转移酶的催化下发生甲基化反应，生成单甲基砷酸和二甲基砷酸，同时还会被氧化为砷酸。APL患者血浆中的砷代谢物浓度与其治疗效果和毒性密切相关。异常的砷浓度可引发多种毒性反应，包括心肌毒性、肝毒性、神经毒性和皮肤毒性。三氧化二砷的心肌毒性是最为危险的不良反应之一，主要表现为QT间期延长、室性心律失常和猝死。这些并发症会干扰APL的治疗，对患者的生存构成严重威胁。因此，监测砷的代谢情况对于优化三氧化二砷的治疗效果、减少不良反应至关重要。三氧化二砷的主要排泄途径是肾脏排泄，这一过程依赖于转运蛋白的介导。多药耐药蛋白和P-糖蛋白是负责砷代谢物排泄的主要转运蛋白。P-糖蛋白主要存在于肝脏、肾脏和肠道中。P-糖蛋白的多态性会显著影响砷的排泄，升高尿液中砷酸的浓度，表明其在砷酸排泄中起重要作用。水通道蛋白和葡萄糖转运蛋白则在细胞对三氧化二砷的吸收过程中起着关键作用。有研究表明，1型糖尿病可能会上调肾脏水通道蛋白7的表达，从而增强肾脏组织对亚砷酸的吸收。因此，三氧化二砷转运蛋白的表达或功能变化会影响药物的代谢和分布。由于骨髓造血功能受抑，APL患者会出现中性粒细胞减少和免疫功能低下，从而更容易患上社区获得性肺炎。氟喹诺酮类抗生素左氧氟沙星和莫西沙星是治疗APL患者社区获得性肺炎的有效药物。研究表明，这两种药物主要通过肾小球滤过和P-糖蛋白介导的管状分泌途径排出体外。药物转运蛋白在药物相互作用中起着重要作用，它们可以为同时使用的药物提供结合位点，从而改变药物在体内的药代动力学特征，进而影响治疗效果和毒性。有研究表明，左氧氟沙星可以通过抑制P-糖蛋白来提高口服红霉素的生物利用度。目前尚不清楚左氧氟沙星和莫西沙星是否通过抑制P-糖蛋白来影响三氧化二砷的肾脏排泄。P-糖蛋白的功能通过转录和翻译过程进行调控。核受体孕烷X受体是CYP3A4和P-糖蛋白表达的关键转录激活因子。孕烷X受体通过与表皮生长因子受体相互作用，激活PI3K-AKT信号通路。PI3K/Akt激酶通路的激活会促进叉头框蛋白O3a的磷酸化，使其转移到细胞核内。FOXO3a的活化会通过转录作用诱导P-糖蛋白的表达。因此，PXR/AKT/FOXO3a信号通路可能通过转录和翻译后调控来调节P-糖蛋白的表达。本研究通过体内和体外实验，探讨了左氧氟沙星和莫西沙星对接受三氧化二砷治疗的APL患者砷代谢和毒性的影响，旨在揭示转运蛋白介导的作用机制，为这类患者提供安全有效的抗感染治疗策略。化学试剂与材料三氧化二砷（1 mg/mL）由哈尔滨益达制药有限公司提供；左氧氟沙星氯化钠注射液来自北京百雅联合药物研究所；莫西沙星氯化钠注射液则购自河北石家庄四药有限公司。用于砷形态分析的标准物质包括：亚砷酸（GBW08666）、砷酸二钠（GBW08667）、单甲基砷酸（GBW08668）和二甲基砷酸（GBW08669）。研究结果左氧氟沙星会升高APL患者血浆中的砷浓度，增加心肌毒性风险，而莫西沙星则没有显著影响。本研究共纳入115名接受三氧化二砷治疗的APL患者。排除了有心肌损伤、肝功能障碍、肾功能障碍、妊娠或停止治疗的患者后，最终有96名患者被纳入后续分析。患者被分为三氧化二砷加氟喹诺酮类抗生素组（37例）和三氧化二砷单药治疗组（59例）。讨论三氧化二砷在APL治疗中被广泛使用，但仍有相当比例的患者会出现限制治疗的心肌毒性。左氧氟沙星和莫西沙星是治疗APL患者社区获得性肺炎的一线抗菌药物，但其严重的不良反应常常会影响治疗效果。转运蛋白会显著影响药物的药代动力学特性，进而影响治疗效果和毒性。结论本研究为选择治疗接受三氧化二砷治疗的APL患者社区获得性肺炎的抗感染药物提供了首个基于证据的指导。我们的研究表明，左氧氟沙星会抑制PXR/AKT/FOXO3a信号通路，降低肾脏P-糖蛋白的表达，促进代谢产物的积累，从而可能增加接受三氧化二砷治疗的APL患者的心肌毒性风险。而接受莫西沙星治疗的患者则没有增加APL患者的毒性发生率。序列信息本 manuscript未报告任何新的核苷酸或氨基酸序列。所有基因和蛋白质名称均参照已有的分类标准。出版许可本文中涉及身份信息的所有参与者均获得了额外的知情同意。伦理审批所有受试者在获得书面知情同意后才接受检测。所有涉及人类受试者的研究程序均符合所在机构及国家研究委员会的伦理标准，以及1964年《赫尔辛基宣言》及其后续修订版本或类似的伦理准则。该研究已获得哈尔滨医科大学生物伦理委员会的批准（批准编号：2020XJSS12）。作者贡献杨海霞：撰写初稿、方法学、正式分析；刘宇彤：正式分析、方法学、撰写初稿；岳晨丽：实验研究；郝扬毅：撰写初稿、方法学、正式分析；岳丽娟：实验研究；叶凌军：数据整理；倪晓婷：软件应用；张文磊：验证工作；李龙宇：验证工作；高增亮：验证工作；陶思静：验证工作；段新生：数据整理；李浩轩：数据整理；高春璐：数据整理。资金支持本研究得到了中国国家自然科学基金（编号：82274028）、黑龙江省重点研发计划（编号：2022ZX02C09）、黑龙江省自然科学基金重点项目（编号：ZL2024H005）的支持。利益冲突声明作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。致谢本研究得到了中国国家自然科学基金（编号：82274028）、黑龙江省重点研发计划（编号：2022ZX02C09）、黑龙江省自然科学基金重点项目（编号：ZL2024H005）以及2025年度高校及科研院所高价值发明专利培育计划的支持。