簡介
在1948年由Farber採用葉酸拮抗劑為癌症治療開創重要的新時代。許多葉酸類似物已經被發展而且在臨床上使用, MTX是目前使用之一。

功效
MTX有三種主要的應用方式:
1. 標準劑量治療: 經由口服或非經腸道方式給藥
全身性給予標準劑量的MTX是治療急性白血病、妊娠滋養葉腫瘤(gestational trophoblastic neoplasia)、蕈樣黴菌病(mycosis fungoides)、頭頸部癌症、乳癌的重要藥物。也用於其他非惡性疾病, 特別是嚴重牛皮癬和風濕性關節炎。  
2. 椎管內注射(intrathecal therapy):
椎管內注射是某些急性白血病標準治療的一部分, 不論是預防或是治療活動性軟腦膜白血病(active leptomeningeal leukemia)。椎管內注射也用於治療腦膜轉移(meningeal carcinomatosis)。
3. 高劑量治療併用葉酸救援(leucovorin rescue):
    這種方式主要是用在骨肉瘤(osteosarcoma)的輔助性治療。少數的情況用於治療兒童急性白血病和許多晚期非霍奇金氏症的複方化療。

機轉
1. MTX和它的多重穀氨酸鹽(polyglutamate)代謝物與葉酸(folic acid)的化學構造相似, 會一起競爭二氫葉酸還原脢(DHFR)的葉酸結合位置, 和DHFR緊密卻可逆性的結合造成細胞內四氫葉酸(FH4)的合成受阻和還原型葉酸的缺少, 導致胸腺嘧啶核甘(thymidine)和嘌呤核甘酸(purine nucleotides)的合成降低。MTX的多重穀氨酸鹽(polyglutamate)也會在細胞內抑制其它的酵素, 特別是amino-imidazole carboxamide ribonucleotide(AICR)、transformylase、和thymidylate synthase。最後, 這些作用導致細胞凋亡。
2. MTX比較而言是細胞週期階段特異性的藥物(cell cycle phase specific), 雖然這作用是自限性的(self-limited)。臨床的應用取決於藥物給予的時間表(schedule dependence)。   

抗藥性
1. 多重原因, 涉及下列一或多種步驟:
a) 減少MTX流入細胞或增加MTX流出細胞。
b) 細胞內MTX可以直接或被轉換成不會流出的長鏈多重穀氨酸鹽(polyglutamate), 雖然這兩種形式都有細胞毒性, polyglutamate可以保留在細胞內較長的時間而引起大量的細胞毒性, 因此減少MTX轉變成polyglutamate可能是抗藥性的一種機轉。
c) 涉及DHFR, 可能是DHFR量的改變, 主要是透過基因放大; 或者是DHFR質的改變, 改變DHFR對MTX的親合力。 
2. 已知MTX的細胞毒性可以用leucovorin(LV)逆轉, 在細胞內LV是已經轉變成其它形式的還原型葉酸, 可以在各種不同的生化反應提供甲基(methyl donors)。在低劑量MTX, LV有效地迴避DHFR的阻斷。然而在高劑量MTX, 需要相對較高劑量的LV, 因為MTX和LV兩者都會競爭細胞內的運輸。使用LV來克服MTX的細胞毒性通常被稱為"leucovorin rescue"。
3. 其它形式的救援也已經被研究, 包括使用胸腺嘧啶核甘(thymidine)和羰胜                      月柬酵素(carboxypeptidase)。

藥物動力學
1. 在靜脈注射之後, MTX與血清白蛋白結合, 它廣泛地分布在神經系統以外的身體水份中。MTX滯留在腎臟幾個星期, 而滯留在肝臟幾個月。它從血漿清除是三相式的(triphasic), 最初很快, 但關鍵期(開始於靜脈注射後12~36小時)的半衰期是8~12小時。正確的清除速率因病人而有差異, 依照劑量、給藥途徑、腎功能、和是否出現第三空腔積液(third-space depots, 如胸水或腹水)而不同。
2. 大部分MTX的臨床應用與毒性是從組織暴露在MTX關鍵性閾值濃度(critical threshold concentrations)的持續時間來了解。完全抑制DNA的合成通常需要細胞外MTX的濃度 ≧ 10-8M, 以及出現在細胞內未結合的MTX或MTX polyglutamate。細胞暴露在細胞內游離的MTX或MTX polyglutamate的持續時間也是關鍵。實際上, 如果毒性要發生, 必須超過對組織的濃度閾值和時間閾值(conc. threshold and time threshold), 而且毒性的嚴重性特別是由超過時間閾值的程度來決定。對骨髓和腸道上皮而言, 血漿的濃度閾值和時間閾值似乎分別是2×10-8 M和大約42小時。對不同組織毒性的濃度閾值估計, 在鹼性尿下腎臟是10-3 M, 在酸性尿下腎臟是10-4 M, 對肺臟和肝臟是10-9 ~ 10-7 M。不幸的是, 對許多組織毒性的時間閾值未確定。

藥物交互作用
1. MTX存在許多潛在的和已證實的藥物交互作用。例如, 傳送MTX到組織可能被許多因素所影響。MTX有50~70%與血管內血清白蛋白結合, 低白蛋白血症或藥物可能從白蛋白取代MTX。使用腸道消毒類抗生素可能藉由消除腸細菌而增加MTX的毒性, 腸道細菌部分分解經口給予的MTX或進入腸肝循環(enterohepatic circulation)的MTX; 相同地, 胃腸阻塞延長血清MTX的濃度。不同的藥物會影響MTX進入或離開細胞的能力。例如, cephalothin和hydrocortisone抑制MTX累積在人類白血病細胞, 然而高濃度的vincristine則藉由抑制MTX流出細胞而加強MTX累積。  
2. 就實際應用而言, 藥物動力學的改變和藥物的交互作用很少造成臨床上的問題; 然而有一個藥物動力學的考量是相當重要的, 那就是腎臟的清除率。MTX很難溶於酸性溶液, 所以尿液鹼性化會加強腎臟的清除。任何會降低腎功能的事情都會增加MTX毒性, 包括經常使用的藥物, 如 aminoglycoside antibiotics和cisplatin-based chemotherapy。甚至這藥物部分是經由腎臟排泄(和肝臟經由膽汁排泄), 會抑制MTX排泄的藥物可能會增加毒性。某些已證實的藥物要個別討論:
a) 阿斯匹靈(aspirin): 
    Aspirin會與MTX競爭腎臟的清除, 而且它會從白蛋白的結合位置取代MTX, 所以兩藥同時使用會增加MTX的毒性。   
b) 磺胺類藥(sulfonamides):
    Sulfonamides可以從白蛋白取代MTX而增加MTX的毒性。  
c) 非類固醇類抗發炎藥物(NSAIDs): 
    許多研究指出同時使用NSAIDs和MTX會增加MTX的毒性。機轉不明, 可能是NSAIDs改變腎血流或腎臟對MTX的清除率。不同的NSAIDs也有差異, 最明顯的藥物動力學改變是ibuprofen, 而ketoprofen、flurbiprofen和piroxicam不造成藥物動力學的改變。
d) Probenecid: 
    此藥降低MTX的腎小管排泄, 所以同時使用時可以增加MTX毒性。例如, 在風濕性關節炎的病人, 此交互作用造成危及生命的全血球減少症(pancytopenia)。
e) Trimethoprim: 
    此抗生素是DHFR的抑制劑; 同時使用時可以增加MTX毒性, 包括全血球減少症(pancytopenia)。
f) 其它:
    Macrolide antibiotics可以延長血漿MTX清除率, 導致嚴重的毒性。   

A. 標準劑量下的毒性
MTX的主要劑量限制毒性是骨髓抑制。但其它的毒性也很重要, 包括黏膜炎、噁心、腹痛、全身無力、過度疲勞、畏寒和發熱、和對感染的抵抗力降低。毒性的型態則依照劑量和給藥途徑而不同。 
1. 造血系統:
嗜中性白血球減少症與劑量有關, 最低點在第7~14天, 第14 ~21天回復。血小板減少症的程度傾向與嗜中性求減少症平行發生。貧血則很少發生。骨髓抑制是延遲治療的指標, 特別在MTX用於非惡性的情況。即使低劑量也會引起長期的全血球減少症。免疫性溶血性貧血很少發生。
2. 消化系統:
在標準劑量不常發生噁心、嘔吐、食慾不振、吐血、和黑便。腹瀉可能發生而且是停止MTX治療的指標。此藥用於潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis)和消化性潰瘍病人要特別小心。可能發生肝功能異常, 主要在長期接受低劑量治療的病人, 通常是轉胺脢急性上升, 停止治療後通常會回到正常; 然而慢性肝毒性合併肝纖維化和肝硬化也可以發生。慢性肝毒性通常發生在長期慢性治療, 它可以是致命的, 因此在接受其它肝毒性藥物或先前有肝疾患的病人要特別小心。慢性肝病變是如此嚴重, 所以在牛皮癬或風濕性關節炎接受MTX的病人, 建議每年做肝切片。
3. 黏膜皮膚:
正在增生中的上皮細胞是主要的毒性目標。口腔黏膜特別容易受傷, 口腔炎是中斷MTX治療的強力指標。黏膜炎常見而且發生頻率和嚴重性與劑量有關。這可以包括結膜炎和過度流淚。其它的皮膚反應不常見, 但可以包括紅斑或疹子、搔癢、蕁麻疹、禿頭症、光敏感性、脫色或色素沉著、痤瘡狀疹子、癤病、剝落性皮膚炎、末梢紅斑及脫屑、水皰形成、毛囊炎、瘀斑、毛細管擴張。MTX曾報告有反應性灼熱感。
4. 肺臟:
在任何劑量的治療中偶而會發生乾咳或非特異性肺炎, 此時MTX必須立刻停止, 因為這會進展到嚴重的肺疾患而有呼吸困難、組織缺氧、和胸部X光浸潤增加, 這種間質性肺炎(interstitial pneumonitis)可以變成慢性的間質性阻塞性肺疾病或甚至死亡。   
5. 生殖泌尿系統:     
下面情況可能發生: 由於高劑量發生腎毒性而血尿; 偶而腎小管壞死和腎衰竭, 特別在高劑量治療時; 和高劑量治療時水分補充不理想而發生蛋白尿。　
6. 免疫系統:
過敏性休克非常罕見, 對免疫的抑制通常是輕度到中度, 但先前有免疫抑制的病人可能變成很嚴重。
7.  心臟血管: 
可能發生血管炎。
8. 眼睛: 
結膜炎、過度流淚、白內障、畏光和視力模糊都很少見。

9. 神經系統: 
大腦白質病變(leukoencephalopathy)可以在先前曾頭顱或頭顱脊椎上放射線照射(cranial or cranial-spinal irradiation)的病人發生, 雖然停藥, 此大腦白質病變可能持續存在。暫時性的功能異常也可以發生在接受高劑量MTX併用LV救援的病人, 此症狀包括:
行為改變、局部感覺運動神經改變、和不正常神經反射。中樞神經系統的改變也包括了頭痛、困倦、失語症、半側偏癱、抽搐。
10. 肌肉骨骼: 
骨質疏鬆性骨折、關節痛、肌肉痛。
B. 椎管內注射(intrathecal)的毒性
這種給藥方式可能有急性、亞急性、和延遲性的神經毒性。
1. 急性(acute):
給藥12小時內5~40%病人發生有症狀的化學性蛛網膜炎(chemical arachnoiditis)。此症狀與徵象類似其它的腦膜炎, 通常是自限性的, 但曾有接受腦室內注射(intraventricular) 而致命的案例。
2. 亞急性(subacute):
通常在給藥後幾天~幾星期後發生脊髓病變(myelopathy)或大腦病變(encephalopathy)。此最常見於已經接受5~11次治療的病人, MTX共累積約 90~192 mg。主要的表現是大腦或脊椎神經起源的運動功能障礙, 它很少進展成半身不遂; 此脊髓病變或大腦病變可能是永久的, 但大部分的案例會因減量或停藥而恢復。也可能以癲癇表現。
3. 延遲性(delayed):
在只接受椎管內注射病人特別罕見; 但當同時接受頭顱放射線照射或其它椎管內注射藥物時重要性增加。以大腦萎縮合併精神和智力異常來表現。 
C. 高劑量MTX併用葉酸解救(leucovorin rescue)
1. 雖然多數只有輕微的副作用, 任何上面在標準MTX劑量所描述的, 也可見於高劑量治療; 雖然高劑量MTX多數只有輕微的副作用, 必須強調高劑量MTX事實上是非常危險, 甚至是致命的, 必須監測MTX血中濃度。雖然高劑量一般耐受性很好, 不可預期、危及生命的毒性仍會發生。高劑量MTX引起的腎衰竭可能是MTX直接沉澱在腎臟之中。用透析療法來移除MTX是無效的, 但單獨使用活性炭血液灌注(charcoal hemoperfusion)或併用血液透析已經證實有效。腎功能異常後, 病人明顯地發生因為急性腎功能異常而引起MTX延遲排泄和血漿中MTX持續高濃度, 增加LV的劑量和給藥次數已經是常規的治療手段用於防止嚴重的全身毒性, 不幸的是LV不能解救已經發生的組織傷害; 這強調在高危險群病人預防性使用LV的必要性。   
2. Flombaum(JCO 1999)則發表單用高劑量LV成功地解除MTX的毒性。他將MTX的濃度在24小時 > 10 umol/L、48小時 > 1 umol/L、72小時 > 0.1 umol/L定義為高危險群, 因為毒性由暴露的期間決定, 高劑量LV的治療必須在高劑量MTX後的24~48小時之內開始, LV經由靜脈間斷性推注(push)或連續性滴注(civ), 每天LV的總劑量介於240 mg到8 gm。 
他認為單用高劑量LV的成功可能與腎功能降低導致高濃度的還原型葉酸有關, LV部分由腎臟排出而且快速轉變成幾乎由腎臟排除的 5-methyltetrahydrofolate, LV與 5-methyltetrahydrofolate 兩者都是由腎臟排除, 可以預期當腎衰竭出現時, 這兩個複合物的半衰期會有意義地延長, 而反覆性的LV劑量會導致它們聚積在血漿和組織。事實上, 在Relling(1988)的研究指出給予高劑量LV導致LV和 5-methyltetrahydrofolate的濃度特別高, 此濃度會隨著時間而增加, 因為MTX引起的腎衰竭出現延遲性的排泄。這兩個複合物和MTX分享相同的高親和力的轉運系統而加速它們進入細胞, 因為每個複合物抑制另一個複合物的流入, 如果LV與5-methyltetrahydrofolate大量出現, 對攝取的競爭最後會被抵消。因為毒性由暴露的期間決定, 高劑量LV的治療必須在高劑量MTX後的24~48小時之內開始。  

A. 傳統MTX全身性治療的劑量與用法
1. 通常給予單一劑量25~75 mg/m2, 靜脈注射或肌肉注射或口服, 每週一次或每週二次。這個劑量會造成尖峰血漿濃度1×10-6M ~ 1×10-5M, 理論上在1到2天完全清除, 而且在先前沒有骨髓異常或腎疾病的情況下, leucovorin是不需要的。這個劑量可以依照病人的忍受度往上加量或向下減量。
2. 病患必須密切追蹤血球數、尿液分析、腎和肝功能、和胸部X光。病人有腎功能異常、肋膜積水、或其它第三空腔體液聚積(third-space fluid accumulation), 特別是毒性的高危險群, 只有在絕對必要時才考慮給予MTX治療, 可能的話在治療前先將體液除去; 這樣的病人需要測量血中MTX濃度, 而且可能必須接受leucovorin救援。  
B. 椎管內注射MTX的劑量與用法
用於椎管內注射和高劑量治療必須使用無防腐劑的MTX。 
1. 通常注射到腰椎蛛網膜下腔(subarachnoid space)的劑量是 6~12 mg/m2, 最多是15 mg。此劑量通常是一週兩次, 直到白血病侵犯的證據消失, 然後每個月給一次。在預防性治療的案例, 總共給予5次劑量與全腦放射線照射合併治療。  
2. 正常從腦脊髓液(CSF)清除的半衰期是大約12小時, 這會伴隨血漿MTX濃度緩慢地上升,  而細胞毒性的濃度可以維持到48小時; 這個曲線與靜脈注射後MTX從血漿中較快消失有所不同。對可能因骨髓抑制而發生危害的病人, 必須在椎管內注射MTX後24小時開始多次低劑量的leucovorin (3~6 mg q6h)。等待24小時是必須的, 因為 leucovorin 的代謝物會通過血腦障礙(BBB), 太早使用會抵消MTX對抗腦脊髓液中白血病細胞的作用。
C. 高劑量MTX的劑量與用法
主要的應用是在骨肉瘤的輔助性治療。此時MTX的起始劑量通常是12 gm/m2, 接著在開始MTX輸注後24小時開始給 leucovorin 15 mg po q6h x 10 doses, 這療程可以每週重複一次。如果12 gm/m2不能使MTX尖峰血清濃度在MTX輸注結束後達到1000 umol/L(10-3 mol/L), 則在下一個療程應該增加到15 gm/m2。如果病人正在嘔吐或不能忍受口服藥物,  leucovorin 可以同樣的劑量和時間表以肌肉注射或靜脈注射給予。

延申閱讀 :

香港科研製藥聯會
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