肉碱缺乏加剧甲氨蝶呤介导的大鼠急性肾损伤：机制探索与干预策略

　　本刊推荐：为解决甲氨蝶呤(MTX)治疗中急性肾损伤(AKI)风险增加的问题，研究人员开展肉碱(CARN)缺乏状态对MTX肾毒性影响机制的研究。结果表明肉碱缺乏通过抑制ACC1-ATP能量通路加剧肾损伤，而外源性补充L-肉碱能完全逆转MTX引起的生化及组织病理学异常。该研究为临床防治MTX肾毒性提供了新的代谢干预策略。

　　

在肿瘤学和风湿病学领域，甲氨蝶呤(MTX)始终占据着重要地位。这种通过抑制二氢叶酸还原酶发挥作用的抗代谢药物，不仅用于治疗白血病、淋巴瘤等恶性肿瘤，还广泛应用于类风湿关节炎、银屑病等自身免疫性疾病。然而令人遗憾的是，MTX的临床应用始终被其剂量限制性毒性所困扰，其中急性肾损伤(AKI)的发生率可达1.8%-38.6%，成为临床医生面临的重大挑战。

MTX主要通过肾脏排泄，一旦发生肾损伤就会形成恶性循环：肾功能下降导致药物清除延迟，血药浓度持续升高，进而加重多器官毒性。虽然水化、碱化尿液等预防措施已常规应用，但仍有相当比例患者出现肾功能损害。近年来研究发现，肉碱(L-carnitine, CARN)缺乏与多种药物性肾损伤密切相关。肉碱作为长链脂肪酸进入线粒体进行β-氧化的关键辅助因子，在能量代谢中扮演着不可或缺的角色。那么，肉碱缺乏是否会成为MTX肾毒性的"加速器"？补充肉碱又能否为这一临床难题提供新的解决方案？

来自埃及开罗大学的研究团队在《Journal of the Egyptian National Cancer Institute》发表了最新研究成果，通过巧妙的实验设计揭示了肉碱在MTX肾毒性中的关键作用。研究团队采用γ-丁酰甜菜碱羟化酶抑制剂Mildronate(MD)建立肉碱缺乏大鼠模型，观察了正常、肉碱缺乏和肉碱补充状态下MTX对肾脏的影响，并从组织病理学、生化指标、能量代谢等多角度进行了全面评估。

研究采用了几项关键技术方法：通过腹腔注射Mildronate(200 mg/kg/天)建立肉碱缺乏动物模型；使用液相色谱-串联质谱(LC/MS/MS)技术精确测定血清游离和总肉碱水平；采用高效液相色谱(HPLC)分析肾组织三磷酸腺苷(ATP)含量；通过酶联免疫吸附测定(ELISA)检测乙酰辅酶A羧化酶-1(ACC-1)表达水平；运用光学显微镜进行肾脏组织病理学评估和胶原沉积定量分析。

研究结果

组织病理学改变

研究发现，单独使用MTX处理的大鼠出现中度肾小管变性，近曲小管和远曲小管管腔边界完整性显著丧失，肾小球毛细血管丛明显充血和扩张，并伴有轻度肾小球周围和间质单核炎性细胞浸润。Masson三色染色显示轻度间质和血管周围纤维化。而MTX与MD联合处理组表现出更严重的肾小管损伤和变性改变，同时出现肾小球系膜细胞增生，间质炎性细胞浸润和成纤维细胞活性明显，肾小球周围和间质纤维化加剧。相反，MTX与肉碱联合处理组显示出显著的保护效果，肾实质几乎完好，仅见轻度局灶性肾小管上皮损伤，间质浸润极少。

胶原沉积定量分析显示，MTX处理使胶原沉积增加11.44倍，而MTX与MD联合处理进一步使胶原沉积增加15.5倍。肉碱补充则使胶原沉积减少8-12倍，表明肉碱能有效抑制MTX诱导的肾脏纤维化进程。

肾功能和肝功能指标

MTX处理使血尿素氮(BUN)和血清肌酐分别升高47%和58%，表明肾功能明显受损。在肉碱缺乏状态下，MTX的毒性作用更加显著：BUN和肌酐分别进一步升高76%和96%。肉碱补充则使BUN降低11-25%，肌酐降低23%，基本恢复正常水平。

MTX处理还导致明显的肝毒性，血清丙氨酸氨基转移酶(ALT)和天门冬氨酸氨基转移酶(AST)分别升高145%和49%，血清胆红素升高65%，白蛋白降低36%。在肉碱缺乏状态下，这些肝毒性指标进一步恶化，而肉碱补充能有效逆转这些变化。

肉碱水平变化

MD处理成功建立了肉碱缺乏模型，使血清总肉碱和游离肉碱水平降低94%。有趣的是，单独MTX处理使肉碱水平非显著升高66%，这可能是一种代偿性反应。而在肉碱缺乏状态下给予MTX，则使血清总肉碱和游离肉碱进一步降低98%。肉碱补充使血清总肉碱和游离肉碱分别升高4.8倍和3.57倍，有效恢复了肉碱稳态。

药代动力学特点

时间进程研究表明，在MTX给药后2小时和4小时，肉碱缺乏和补充组血清MTX水平均高于单独MTX组。但在24小时时，肉碱补充显著降低了MTX水平，表明肉碱可能影响了MTX的分布和排泄过程。

能量代谢改变

MTX处理使肾组织ATP水平降低33%，ACC-1表达增加5.2倍。在肉碱缺乏状态下，这些变化更加显著：ATP进一步降低61%，ACC-1表达增加113%。肉碱补充则完全逆转了MTX引起的ATP减少和ACC-1升高。单独肉碱处理使肾ATP升高46%，而单独MD处理使ATP降低37%。

研究结论与讨论

本研究提供了令人信服的证据，表明肉碱缺乏确实是MTX介导急性肾损伤的重要风险因素。机制上，MTX通过破坏ACC1信号通路，抑制ATP生产，导致能量代谢障碍。而肉碱缺乏加剧了这一过程，通过进一步抑制脂肪酸β-氧化，使细胞能量危机更加严重。

肉碱的保护作用可能通过多种机制实现：首先，肉碱作为长链脂肪酸进入线粒体的载体，保证了能量代谢的正常进行；其次，肉碱能够提高细胞抗氧化能力，减轻氧化应激损伤；第三，肉碱可能通过调节过氧化物酶体增殖物激活受体-γ共激活因子1-α(PGC-1α)和核因子E2相关因子2(Nrf2)等关键信号分子，增强线粒体功能和细胞防御能力。

特别值得注意的是，肉碱状态影响MTX药代动力学的发现具有重要临床意义。研究人员推测，肉碱缺乏可能通过影响肾脏有机阳离子转运体(OCTN2)的功能，延缓MTX的排泄，从而导致血药浓度升高和毒性增加。而肉碱补充则可能通过改善肾小管功能，促进MTX的清除。

本研究也存在一些局限性。研究人员未检测肉碱棕榈酰转移酶1(CPT I)、OCTN2肉碱转运体、AMP活化蛋白激酶(AMPK)和丙二酰辅酶A等关键分子，这些将在后续研究中进行探讨。此外，肉碱补充和缺乏对MTX抗肿瘤效果的影响尚未评估，这需要通过肿瘤荷瘤模型进一步验证。

尽管如此，本研究结果仍具有重要的临床指导价值。建议在接受MTX治疗的患者中监测肉碱水平，将肉碱缺乏作为毒性风险指标。对于存在肉碱缺乏风险的患者，如营养不良、肝功能异常或遗传性肉碱代谢障碍者，可考虑预防性补充肉碱。此外，肉碱与MTX的相互作用提示我们需要重新审视这一"老药"的临床应用策略，通过代谢干预实现减毒增效。

这项研究不仅为理解MTX肾毒性的机制提供了新的视角，也为临床防治药物性肾损伤提供了新的思路。通过调节能量代谢稳态来对抗化疗药物毒性的策略，有望在未来得到更广泛的应用，最终改善肿瘤患者的治疗体验和生存质量。