1.3 药理作用及作用机制

糖皮质激素的作用广泛而复杂,且随剂量不同而不同,靶细胞分布于肝、肺、骨、脑、胃肠平滑肌、骨骼肌、成纤维细胞、淋巴组织、胸腺等处。
(1)对代谢的影响
1)糖代谢:
糖皮质激素对维持血糖的正常水平和肝糖原、肌糖原的含量有重要作用。其增加肝、肌糖原含量,升高血糖的作用机制主要有:①促进糖原异生,利用肌肉蛋白质代谢中的一些氨基酸及其中间代谢物作为原料合成糖原;此外,氢化可的松对丙酮酸羧化酶、果糖-1,6-二磷酸酶、葡萄糖-6-磷酸酶等糖原异生的多种酶有激活作用,从而增加肝糖原和肌糖原;②减慢葡萄糖分解为CO 2的氧化过程,有利于中间代谢产物如丙酮酸和乳酸等在肝脏和肾脏再合成葡萄糖,增加血糖的来源;③减少机体组织对葡萄糖的利用。
2)脂质代谢:
短期应用对脂质代谢影响小。大剂量长期应用可激活四肢皮下的酯酶,四肢皮下脂肪分解加速,游离脂肪酸、酮体、血浆胆固醇增高;面背部对胰岛素分泌增加敏感,而四肢不敏感,可促进脂肪堆积;故促使皮下脂肪重新分布在面部、上胸部、颈背部、腹部和臀部,形成向心性肥胖,表现为“满月脸”和“水牛背”。
3)蛋白质代谢:
糖皮质激素能加速胸腺、淋巴结、肌肉、皮肤、骨等组织的蛋白质分解代谢,增高血清氨基酸和尿中氮的排泄量,造成负氮平衡;大剂量糖皮质激素还能抑制蛋白质合成。因此久用可致淋巴结、胸腺萎缩、生长减慢、肌肉萎缩、皮肤变薄、骨质疏松和伤口愈合延缓等。故在用药期间应多进食高蛋白食物和少进食糖类,在严重损失蛋白质的肾病患者及多种影响蛋白质代谢的疾病中,采用激素治疗(尤其是长期治疗)时,须合用蛋白质同化类激素。
4)核酸代谢:
糖皮质激素对各种代谢的影响,主要是通过影响敏感组织中的核酸代谢来实现的。淋巴细胞实验发现,氢化可的松可诱导合成某种特殊的mRNA,表达一种抑制细胞膜转运功能的蛋白质,从而抑制细胞对葡萄糖、氨基酸等能源物质的摄取,以致细胞合成代谢(包括RNA合成)受到抑制,而分解代谢增强。糖皮质激素还能促进肝细胞中其他多种RNA及某些酶蛋白的合成,进而影响多种物质代谢。
5)水和电解质代谢:
糖皮质激素有较弱的盐皮质激素样保钠排钾作用,但大量、长期给药时则明显促进肾小管对Na +的重吸收,增加K +和H +的排出,并因此导致高血压、低血钾和水肿。不同情况下,糖皮质激素对水的平衡也有重要作用,能增加肾小球滤过率和拮抗抗利尿激素的作用,减少肾小管对水的重吸收,故有利尿作用。此外,糖皮质激素过多时,还可引起低血钙;而肾上腺皮质功能不全时,则常伴有高血钙,这可能与其减少小肠对钙的吸收和抑制肾小管对钙的重吸收,从而促进尿钙排泄有关。长期用药将造成骨质脱钙。
(2)抗炎作用:
糖皮质激素具有强大的抗炎作用,对各种原因造成的炎症反应均有抑制作用,包括感染性(细菌、病毒等)、物理性(烧伤、创伤等)、化学性(酸、碱等)、免疫性(各型变态反应)及无菌性(缺血性组织损伤)炎症等。对炎症的各个时期均有抑制作用,在急性炎症初期,本类药物能增加血管紧张性、减轻充血、降低毛细血管的通透性,减轻渗出和水肿;同时抑制白细胞浸润及吞噬反应,减少各种炎症因子的释放,从而改善红、肿、热、痛等症状。在炎症后期慢性炎症,糖皮质激素通过抑制毛细血管和成纤维细胞的增生,延缓胶原蛋白、黏多糖的合成及肉芽组织增生,防止粘连及瘢痕形成,减轻后遗症。但必须注意,炎症反应是机体的一种防御性反应,炎症后期的反应更是组织修复的重要过程。因此,糖皮质激素在抑制炎症、减轻症状的同时,也降低了机体的防御功能,若使用不当可致感染扩散,阻碍创面愈合。
糖皮质激素通过多种途径发挥作用,抗炎作用的基本机制是基因效应。糖皮质激素作为脂溶性分子,易于通过细胞膜进入细胞,与胞质内广泛存在的糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor,GR)结合。GR由约800个氨基酸构成,主要有GRα和GRβ两种亚型。GRα活化后产生经典的激素效应,GRβ则与拮抗GRα、激素耐受等有关。未活化的GRα在胞质内与热休克蛋白(heat shock proteins,HSPs)等结合形成一种复合体,这种三维结构能够防止GRα对DNA产生作用。这种复合体与激素结合后,发生结构变化,HSPs与GRα分离,随之结合激素的GRα易位进入细胞核,与特异性DNA位点即靶基因启动子(promoter)序列的糖皮质激素反应成分(glucocorticoid response element,GRE)或负性糖皮质激素反应成分(negative glucocorticoid response element,nGRE)相结合,启动基因转录,相应地引起转录增加或减少,改变相关蛋白的水平,进而对炎症反应所必需的细胞和分子产生影响而发挥抗炎作用(图1-3)。
糖皮质激素的基因效应表现为:
1)对炎症抑制蛋白及某些靶酶的影响:
①增加炎症抑制蛋白脂皮素1(lipocortin 1)的生成,从而抑制磷脂酶A 2,影响花生四烯酸代谢的连锁反应,使具有扩血管作用的前列腺素(PGE 2、PGI 2等)和有趋化作用的白三烯类(LTA 4、LTB 4、LTC 4和LTD 4)等炎症介质减少;②抑制一氧化氮合酶和环氧酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)等的表达,从而阻断NO、PGE 2等相关介质的产生;③诱导血管紧张素转化酶(angiotension-convertion enzyme,ACE)的生成,以降解可引起血管舒张和致痛作用的缓激肽,从而产生抗炎作用。
2)对细胞因子及黏附分子的影响:
糖皮质激素不仅抑制多种炎性细胞因子(如TNF-α、IL-1、IL-2、IL-5、IL-6、IL-8等)产生,而且可在转录水平上直接抑制黏附分子如E-选择素及细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule 1,ICAM-1)的表达;此外,还影响细胞因子及黏附分子生物学效应的发挥。另一方面,糖皮质激素还可增加多种抗炎介质如NF-κB抑制蛋白1(inhibitory kappa B1,IκB1)、IL-10、IL-12、IL-1RA(interleukin-1 receptor antagonist)的表达。
3)对炎细胞凋亡的影响:
图1-3 糖皮质激素抗炎作用的基因效应机制示意图
在多种细胞系中,糖皮质激素的处理可引起 c-myc、c-myb等细胞增殖相关基因表达下调,特异性核酸内切酶表达增加,随后发生细胞凋亡。糖皮质激素诱导的炎细胞凋亡首先由GR介导基因转录,激活caspase和特异性核酸内切酶所致,这一作用是GR依赖性的,可被GR拮抗剂RU38486所阻断。诱导炎细胞凋亡和保护正常细胞的作用是内源性和外源性糖皮质激素抗炎作用的重要分子机制之一。
糖皮质激素发挥作用的另一重要机制是非基因快速效应。主要包括非基因的受体介导效应和生化效应两类,主要特点为起效迅速、对转录和蛋白质合成抑制剂不敏感。例如血浆内可的松与ACTH之间的负反馈机制对细胞的作用发生在数分钟内,这显然不是基因效应的结果。①非基因的受体介导效应。肾上腺皮质激素的非基因快速效应与细胞膜激素受体相关。有研究显示,糖皮质激素通过膜受体快速激活细胞内信号转导的机制与激活有丝分裂原活化的蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MAPK)通路有关,产生一系列生物学效应。目前这一受体的主要结构已基本清楚,并已成功克隆。②非基因的生化效应。糖皮质激素还可以直接抑制阳离子循环,而此效应与细胞内ATP的产生情况无关。近来证实了糖皮质激素对细胞能量代谢的直接影响。如糖皮质激素能溶入细胞膜,并影响细胞膜的生化特性,使线粒体内膜的离子通透性增加,从而导致氧化磷酸化耦联的解离。
(3)免疫抑制与抗过敏作用:
糖皮质激素能解除许多过敏性疾病的症状,抑制因过敏反应而产生的病理变化,并能抑制组织器官的移植排异反应,对于自身免疫性疾病也能发挥一定的近期疗效。
1)对免疫系统的抑制作用:
小剂量糖皮质激素主要抑制细胞免疫;大剂量则能抑制由B细胞转化成浆细胞的过程,使抗体生成减少,干扰体液免疫。
糖皮质激素对免疫过程的许多环节均有抑制作用:①抑制巨噬细胞对抗原的吞噬和处理;②使敏感动物的淋巴细胞破坏和解体,导致血中淋巴细胞迅速减少;③干扰淋巴组织在抗原作用下的分裂和增殖,阻断致敏T淋巴细胞所诱发的单核细胞和巨噬细胞的募集等,从而抑制组织器官的移植排斥反应和皮肤迟发型过敏反应,对于自身免疫性疾病也能发挥一定的近期疗效。糖皮质激素的抗炎作用对免疫反应引起的炎症也有较强抑制作用。
糖皮质激素的抑制免疫的机制与下列因素有关:①诱导淋巴细胞DNA降解,这种由甾体激素诱导的核DNA降解现象只发生于淋巴组织中,并具有糖皮质激素特异性;②影响淋巴细胞的物质代谢,减少葡萄糖、氨基酸以及核苷的跨膜转运过程,抑制淋巴细胞中DNA、RNA和蛋白质的生物合成,降低淋巴细胞中RNA聚合酶的活力并减少ATP的生成;③诱导淋巴细胞凋亡,体内和体外实验均证实糖皮质激素能够使胸腺细胞皱缩、膜起泡、染色体凝缩、核碎裂,形成凋亡小体,受影响的主要是CD4/CD8双阳性的未成熟淋巴细胞,还诱导B淋巴细胞凋亡;④抑制核转录因子NF-κB活性,NF-κB是一种重要的转录调节因子,它在胞质内与NF-κB抑制蛋白IκB结合呈非活性状态,一旦被激活便与IκB解离而转入核内与特异的启动子结合,从而调控基因的表达。NF-κB过度激活可导致多种炎性细胞因子的生成,与移植物排斥反应、炎症等疾病有关。糖皮质激素一方面通过其受体直接与NF-κB异源二聚体的p65亚基相互作用,抑制NF-κB与DNA结合,阻断其调控作用;另一方面能增加NF-κB抑制蛋白IκBα的合成,IκBα于胞核内与激活的NF-κB结合,使NF-κB脱离靶基因κB位点回至胞质中,进而在胞质内重新配置,从而发挥免疫抑制作用。
2)抗过敏作用:
在免疫过程中,由于抗原-抗体反应引起肥大细胞脱颗粒而释放组胺、5-羟色胺、过敏性慢反应物质、缓激肽等多种过敏介质,从而引起一系列过敏性反应症状。糖皮质激素能减少过敏介质的产生,抑制因过敏反应而产生的病理变化,如过敏性充血、水肿、渗出、皮疹、平滑肌痉挛及细胞损害等,从而解除或减轻许多过敏性疾病的症状。
(4)抗毒素作用:
糖皮质激素对细菌外毒素无作用,却有强大抗细菌内毒素作用。可提高机体对细菌内毒素的耐受力,研究发现糖皮质激素可使动物耐受脑膜炎双球菌、大肠杆菌等内毒素致死量数倍至数十倍,但对外毒素则无防御作用可减少内源性致热原的释放,有较好的退热作用,极大地改善中毒症状。
(5)抗休克作用:
大剂量的糖皮质激素类药物已广泛用于各种严重休克,特别是中毒性休克的治疗。动物实验显示其对内毒素和出血性休克具有保护作用。一般认为大剂量糖皮质激素抗休克的作用机制除与抗炎、抗毒素及免疫抑制作用有关外,尚与下列因素有关:①稳定溶酶体膜,防止蛋白水解酶释放,并抑制心肌抑制因子(myocardial depressant factor,MDF)的形成,兴奋心脏、加强心肌收缩力。但对已释放的酶和MDF无灭活作用,故休克晚期应用激素效果不好。②扩张痉挛血管,降低血管对某些缩血管活性物质的敏感性,解除血管痉挛,使微循环血流动力学恢复正常。③保持毛细血管壁的完整性,降低毛细血管的通透性,减少血管内的体液流失,维持有效的循环血量。
(6)允许作用:
糖皮质激素对某些组织细胞虽无直接作用,但可给其他激素发挥作用创造有利条件,称为允许作用(permissive action)。例如糖皮质激素可增强儿茶酚胺的收缩血管作用和胰高血糖素的升高血糖作用等。
(7)其他作用:
1)血液与造血系统:
糖皮质激素能刺激骨髓造血功能,使红细胞和血红蛋白含量增加。大剂量可使血小板和纤维蛋白原增加,缩短凝血酶原时间;刺激骨髓的中性粒细胞释放入血而使中性粒细胞数增多,但却降低其游走、吞噬、消化及糖酵解等功能,因而减弱对炎症区的浸润与吞噬活动。临床可见肾上腺皮质功能减退者淋巴组织增生,淋巴细胞增多;而肾上腺皮质功能亢进者淋巴组织萎缩,淋巴细胞减少。
2)中枢神经系统:
能提高中枢神经系统的兴奋性,长期大量应用糖皮质激素,可引起欣快、激动、失眠等,偶可诱发精神失常;大剂量可致儿童惊厥;此外,能降低大脑的电兴奋阈,诱发癫痫,故精神病患者和癫痫患者应慎用。
3)消化系统:
糖皮质激素能增加胃蛋白酶和胃酸的分泌,增加食欲,促进消化。但大剂量应用则促进蛋白质的分解代谢,胃黏膜黏液分泌减少,上皮细胞转换率降低,胃黏膜细胞的自我保护与修复能力减弱,可诱发或加重胃及十二指肠溃疡。
4)骨骼:
长期大量应用糖皮质激素类药物时可抑制成骨细胞的活力、减少骨胶原的合成、促进胶原和骨基质的分解,导致骨质形成障碍。临床可出现骨质疏松,特别是脊椎骨,故可有腰背痛,甚至发生压缩性骨折、鱼骨样及楔形畸形等。
5)退热作用:
糖皮质激素常具有迅速而良好的退热作用,可能与其抑制体温中枢对致热原的反应、稳定溶酶体膜、减少内源性致热原的释放有关,可用于严重的中毒性感染。但是在发热诊断未明前,不可滥用。
6)增强应激能力:
肾上腺皮质受到损害的患者,抗感染和耐强烈刺激的能力下降。机体在受到某些强烈刺激,如麻醉、创伤、外科手术、烧伤、疼痛和胰岛素性低血糖反应时,能产生应激反应,此时机体对肾上腺皮质激素的需求量会明显增加,为补充内源性糖皮质激素分泌量不足,此时应及时使用糖皮质激素。糖皮质激素类增强应激能力的机制尚不清楚,可能与其能维持心血管对儿茶酚胺的反应性及其抗炎、抗过敏作用以及允许作用有关。
7)结缔组织与皮肤:
糖皮质激素可抑制结缔组织中成纤维细胞的增生和胶原的合成,故可用于治疗以增生为主的慢性炎症,防止粘连及瘢痕的形成。另一方面,糖皮质激素也能影响创口愈合。糖皮质激素可使皮肤变薄,细胞小于正常,还与其降低DNA合成速率、抑制RNA的转录及有丝分裂而降低细胞分裂速度有关。糖皮质激素的这种抗增生作用,可降低增生性皮肤病(如银屑病)的细胞增殖和角质鳞屑的形成,以含氟的皮质激素类作用较强。此种局部抗有丝分裂作用可产生快速耐受性,因而临床宜采用间断给药的方法。