他汀类药物影响运动能力的机制

刘丹 赵威 高炜

作者单位：100191 北京大学第三医院心内科 卫生部心血管分子生物学与调节肽重点实验室 分子心血管学教育部重点实验室 心血管受体研究北京市重点实验室

通讯作者：赵威，电子信箱：beate_vv@bjmu.edu.cn

【关键词】他汀类药物；肌疾病；甲羟戊酸途径；线粒体；药物间相互作用

Mechanisms of the effect of statins on exercise capacity

【Key words】Statins；Muscular diseases；Mevalonate pathway；Mitochondria；Drug-to-drug interactions

        他汀类药物是临床最常用的降脂药物，可以通过竞争性抑制3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶a(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A，HMG-CoA)还原酶，抑制肝细胞内胆固醇的合成，降低血清低密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein cholesterol，LDL-C)水平，显著降低冠心病、卒中等心脑血管疾病的发病率和死亡率[1]。

        然而，他汀类药物具有多种不良反应，包括肌肉毒性、肝脏损害等[2]，其中肌肉毒性是影响患者运动的主要原因之一。临床上他汀相关性肌病具有较高的发生率[3,4]，但他汀类药物对肌肉功能及有氧运动能力的影响尚缺乏完善的临床研究结果支持[5]。本文总结他汀类药物对运动能力影响的可能机制及其危险因素，对临床试验及实践可能起到积极的作用。

       他汀类药物可以通过竞争性抑制HMG-CoA还原酶抑制肝细胞内胆固醇的合成，然而这一作用同时减少了胆固醇合成途径上其他脂质代谢产物的合成，是他汀类药物非降脂作用的主要机制。甲羟戊酸是HMG-CoA还原酶催化下的直接代谢产物，通过甲羟戊酸途径合成的法尼基焦磷酸盐(farnesyl pyrophosphate，F-PP)、香叶基香叶基焦磷酸盐(geranylgeranyl pyrophosphate，GG-PP)、泛醌、多萜醇等类异戊二烯产物，分别参与多种细胞功能，是他汀类药物影响运动功能的可能机制[6]。

       辅酶Q10(coenzyme Q10，CoQ10)具有抗氧化应激功能，在线粒体内氧化磷酸化产生能量的过程中起到了传递电子的作用。同时辅酶Q10也是F-PP的代谢产物之一，理论上应用他汀类药物可以导致辅酶Q10的减少。研究表明他汀类药物治疗可以降低循环中辅酶Q10的水平，而对骨骼肌细胞中辅酶Q10的水平尚且缺乏统一结果[7]。动物实验证实，在服用阿托伐他汀期间补充辅酶Q10可以逆转小鼠肌肉中的线粒体功能障碍并增加股四头肌耐力[8]。而临床随机对照试验证实，连续6周每天服用200 mg辅酶Q10可以增加运动员腿部肌肉力量[9]。

       异戊二烯化是蛋白质翻译后修饰的一种重要形式，也是细胞内蛋白质功能活化的必须环节。由甲羟戊酸代谢产生的F-PP和GG-PP在特异性转移酶的催化下，与蛋白质羧基末端的半胱氨酸巯基共价结合，发生异戊二烯化。在肌肉细胞中，具有重要生理功能的异戊二烯化蛋白包括核纤层蛋白、小G蛋白和硒蛋白等，他们分别参与细胞膜结合、信号通路传导及细胞骨架形成等细胞代谢与活动[10]。他汀类药物可以通过减少F-PP和GG-PP这两种原料的合成而抑制蛋白质异戊二烯化过程，造成肌纤维细胞空泡形成、退化和细胞器肿胀，最终导致细胞凋亡[11]。体外实验表明，通过外源性补充法尼醇可以逆转他汀类药物导致的细胞中蛋白质异戊二烯化水平的降低[12]。而体内实验表明，通过加入鲨烯合酶抑制剂抑制法尼基焦磷酸向胆固醇方向合成，可以显著降低他汀类药物导致的豚鼠体内肌酸激酶水平升高，对他汀类药物造成的肌肉毒性起保护作用[13]。但是目前仍缺乏类异戊二烯和异戊二烯化蛋白在肌肉细胞中的水平与他汀类药物治疗后肌肉力量和有氧运动能力变化的相关性研究。

       多萜醇是F-PP的代谢产物之一，参与蛋白质N-连接糖基化和O-甘露醇糖基化，两种蛋白质的糖基化修饰对骨骼肌具有重要作用。N-连接糖基化可以增加蛋白质的稳定性和促进蛋白质及其配体的相互作用。先天性肌营养不良患者中蛋白质N-连接糖基化缺失，提示他汀相关性肌病可能由相同机制引起。O-甘露醇糖基化与肌肉的发育有关。α-肌营养不良蛋白聚糖是骨骼肌中一种重要的O-甘露醇糖基化蛋白，参与组成抗肌萎缩蛋白糖蛋白复合体，糖基化水平的减少导致该复合体活性丧失，造成骨骼肌结构破坏[14]。然而目前尚缺乏骨骼肌内多萜类减少与他汀类药物相关肌病的相关研究。

       胆固醇是细胞膜的主要组成部分，对于维持细胞膜的物理性质及细胞膜蛋白功能具有重要作用，因而胆固醇含量减少被认为是导致他汀类药物肌肉不良反应的原因[15]。然而研究结果并未证实这一观点。体外研究表明，通过加入鲨烯合酶抑制剂减少胆固醇生成不但没有造成肌细胞毒性，反而降低了他汀类药物对肌细胞的损伤[16]。而史-伦-奥三氏综合征(Smith-Lemli-Opitz syndrome，SLOS)等遗传性胆固醇合成缺陷性疾病的患者中，鲜有肌肉毒性发生，这一事实成为了证明胆固醇减少并非是他汀类药物导致肌肉毒性原因的天然证据[17]。

        他汀类药物通过抑制胆固醇合成过程中的甲羟戊酸途径，导致类异戊二烯产物水平降低，进而影响骨骼肌细胞功能。而胆固醇减少本身并非他汀类药物导致肌肉毒性的原因。然而，他汀类药物通过干扰脂质代谢对运动造成的影响目前尚缺乏相关临床研究，有待进一步完善和证实。

       线粒体在细胞代谢和能量供应中起重要作用，骨骼肌线粒体摄氧与有氧运动能力密切相关[18]。因此，他汀类药物导致的骨骼肌线粒体损伤，包括功能障碍和数量减少，可能是他汀类药物影响运动耐量的主要原因之一。

        Phillips等[19]通过呼吸气体分析比较他汀相关肌炎患者和初始服用他汀类药物患者的代谢情况，研究发现他汀相关肌炎患者具有较低的无氧阈值(anaerobic threshold，AT)和较高的呼吸交换率(respiratory exchange ratio，RER)。研究者提出他汀类药物治疗可能导致了骨骼肌线粒体中异常的脂肪氧化和糖类代谢的增加，并在后续实验中通过肌肉活检证实了该理论[20]。

        动物实验表明，经过每天10 mg/kg阿托伐他汀喂养2周的小鼠其最大跑步距离减少。同时通过分析骨骼肌纤维组织发现，他汀组的小鼠肌肉组织中活性氧(reactive oxygen species，ROS)增加而线粒体呼吸减少[21]。Sirvent等[22,23]研究辛伐他汀对骨骼肌纤维的体外作用时发现，辛伐他汀可以通过抑制线粒体呼吸链膜蛋白复合物Ⅰ导致线粒体供能功能障碍，造成线粒体膜去极化和线粒体内钙离子通过通透性转换孔(permeability transient pore，PTP)或钠钙交换体(Na+-Ca2+ exchanger，NCE)流出，触发骨骼肌肌浆网钙超载和钙离子大量释放，最终导致细胞内钙离子稳态的改变，进而引起骨骼肌细胞凋亡。在后续实验中研究者通过体内实验检测服用他汀类药物患者肌肉细胞内线粒体呼吸功能及钙离子闪烁频率和振幅，证实了体外实验结果[24]。而Paiva等[25]进行的一项小样本随机对照试验表明，经过8周每天80 mg辛伐他汀治疗，服药者的线粒体呼吸链膜蛋白复合物Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ及柠檬酸合成酶的活性降低，提示他汀类药物影响线粒体功能和数量。此外，如前文所述，他汀类药物导致的CoQ10合成减少也是他汀类药物影响线粒体呼吸功能主要机制之一[8]。

        除影响线粒体功能外，他汀类药物还可以影响线粒体质量。通过对Paiva等[25]研究中患者的肌肉组织进行回顾性分析，结果表明经过他汀类药物治疗的患者其肌肉组织中线粒体DNA的数量显著减少[26]。而另一项研究表明，他汀相关肌病患者的肌肉组织中线粒体DNA/细胞核DNA比值下降[27]，进一步证实了他汀类药物对线粒体DNA表达和线粒体质量的影响。

        然而，他汀类药物对于线粒体的影响并非都是负面的。Bouitbir等[28]研究发现，他汀类药物对骨骼肌细胞和心肌细胞线粒体的作用是相反的，即他汀类药物抑制骨骼肌细胞线粒体合成，而对心肌细胞线粒体合成起保护和促进作用。该研究通过组织活检和细胞培养实验证明，ROS产生是心脏中阿托伐他汀介导的线粒体合成途径和抗氧化应激能力提升的始动因素。而在骨骼肌中，他汀类药物治疗导致的大量ROS产生却导致线粒体损伤和线粒体合成减少。研究者用线粒体毒性兴奋效应(mitohormesis)解释了这一现象，即低剂量的线粒体ROS可以刺激线粒体生成以抵消应激并建立新的稳态平衡。而之所以他汀类药物在心肌细胞和骨骼肌细胞中的作用不同，主要原因是相比骨骼肌细胞，心肌细胞具有较高的还原性谷胱甘肽水平，使心肌细胞能够度过他汀类药物造成ROS水平增加而进入线粒体的毒性兴奋效应阶段。研究者提出，他汀类药物是一种新型的心肌细胞线粒体合成和抗氧化能力激动剂，而ROS和过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1 (peroxisome proliferator-activated receptor gamma co-activator-1，PGC-1)信号通路是调节心肌和骨骼肌线粒体功能的关键。这一机制可能是目前他汀类药物对运动耐量具有正向作用的唯一依据。

       目前临床常用的他汀类药物中具有亲水性性质的是瑞舒伐他汀和普伐他汀，而洛伐他汀、辛伐他汀、氟伐他汀、阿托伐他汀和匹伐他汀为亲脂性。有机阴离子转运蛋白(organic anion transporter proteins，OATPs)是肝细胞膜表面负责有机阴离子转运的蛋白系统，介导肝脏在门静脉血液中摄取他汀类药物[29]，其中OATP1B1受SLCO1B1基因编码。OATPs被认为在骨骼肌纤维膜上不表达，亲水性他汀类药物难以通过脂质丰富的肌纤维膜可能是其肌肉毒性减小的原因。然而Knauer等[30]在体外培养的人骨骼肌纤维细胞膜发现了OATP1B1表达，并证实了对瑞舒伐他汀和阿托伐他汀的转运。因此不同种类他汀类药物的溶解性可能对他汀类药物肌肉不良反应无明显影响。

        除普伐他汀可以通过胆汁和肾脏排泄外，其他6种他汀类药物均通过肝细胞色素酶P450(cytochrome P450，CYP)代谢，其中洛伐他汀、辛伐他汀和阿托伐他汀主要通过CYP3A4同工酶代谢，而氟伐他汀、匹伐他汀和瑞舒伐他汀主要通过CYP3C9酶代谢。具有不同肝酶代谢途径的他汀类药物发生不良反应的情况和几率不同[31]。

        除不同他汀种类具有不同性质及代谢途径外，药物剂量也是导致他汀类药物出现不良反应的重要危险因素。使用标准剂量的他汀类药物很少引起肌病，而当用药剂量增加时肌病发生率升高[32]。SEARCH研究表明，应用辛伐他汀80 mg/d肌病发生率明显高于20 mg/d(0.90%比0.03%)[33]，目前美国食品药品监督管理局已限制辛伐他汀80 mg/d用量。

       老年女性是出现他汀相关肌肉损害的高危人群[34]。体重和脂肪含量的不同是导致女性出现他汀不良反应风险高于男性的原因。男性体重普遍高于女性，而应用相同剂量的他汀类药物导致女性体内血药浓度偏高。同时女性具有更高的体脂率，使脂溶性他汀类药物的分布变化及半衰期延长。而对于老年人，普遍认为年龄大于80岁患者具有较高的他汀类药物不良反应风险。随着年龄增加，肝脏和肾脏对药物代谢的能力下降，他汀类药物清除能力减弱。同时老年人更倾向于拥有更多导致他汀不良反应的并发症和用药史。然而目前并没有针对老年人他汀剂量调整的指南推荐。

       多种并发疾病是他汀相关不良反应的危险因素，包括肝肾功能不全、胆道梗阻、甲状腺功能减退、急性感染、严重损伤等[35]。外科手术引起的高代谢状态也是他汀相关疾病的危险因素，美国心脏协会建议手术前可短期停用他汀类药物[36]。由于他汀类药物主要经过CYP450代谢，其他通过CYP3A4同工酶代谢的药物能够竞争性抑制洛伐他汀、辛伐他汀和阿托伐他汀的代谢，增加其不良反应风险。如氮杂茂类抗真菌药、大环内酯类和链霉素类抗生素、三环类抗抑郁药、蛋白酶抑制剂、钙离子通道阻滞剂及环孢素、他克莫司、西罗莫司、胺碘酮、达那唑、咪达唑仑、奈法唑酮、三苯氧胺、西地那非和华法林等。同时由于CYP3A4在肠道黏膜表达，葡萄柚、杨桃、石榴等能够抑制CYP3A4的热带水果可以减少以上3种他汀在肠道的分解，增加药物吸收和不良反应风险。然而很少有药物依赖CYP3C9代谢，故氟伐他汀、匹伐他汀和瑞舒伐他汀因药物相互作用出现不良反应的风险较小[31]。吉非罗齐可以干扰他汀类药物的糖脂化作用并减弱他汀类药物的清除，被认为是联合应用时导致他汀类药物肌肉不良反应最常见的药物，患者联合应用他汀类药物和吉非罗齐后出现横纹肌溶解的发生率显著升高[37,38]。

        研究表明，部分细胞膜转运蛋白和生物酶的基因多态性与他汀相关疾病的发生率相关。通过对SEARCH研究中部分服用辛伐他汀80 mg/d的患者进行全基因组扫描发现，第12号染色体上编码OATP1B1的SLCO1B1单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism，SNP)rs4363657与非同义SNP rs4149056(r2=0.97)改变，造成编码的氨基酸序列完全连锁不平衡，在Val174Ala位置将缬氨酸转变为丙氨酸，这一改变与他汀相关疾病的发生具有关联性[39]。其他如编码CYP450同工酶等基因多态性可通过影响他汀类药物代谢增加他汀药物不良反应风险。

        综上，他汀类药物的非降脂作用是影响运动功能的主要机制。尽管他汀的非降脂作用具有抗炎、改善内皮等多种有益功能，但对于运动功能主要起负面作用，这与大部分临床研究所得到的他汀治疗并不影响运动的结论似乎不符[40,41]。除他汀对心肌细胞的保护作用外，多种混杂因素的影响，可能是解释这一现象的关键。服用他汀类药物后出现影响运动能力的相关不良反应受多种危险因素影响，其中既包括药物本身性质，还与患者自身因素及用药史相关。因此，临床医生在应用他汀类药物过程中应熟悉各种他汀的性质及标准用量，同时仔细采集患者合并疾病及用药史，这对于避免他汀类药物应用中出现影响患者运动能力等不良反应起到重要意义。

本文来源：刘丹, 赵威, 高炜. 他汀类药物影响运动能力的机制 [J]. 中国心血管杂志,2016,21( 6 ): 427-431.