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抗真菌药物及其耐药机制研究进展

发布时间:2019-09-12所属分类:医学论文浏览:1

[摘要] 侵袭性真菌感染,由于其高发病率和死亡率,对人类健康造成严重威胁。针对侵袭性真菌自身生长繁殖的生物学过程,人们开发了不同的抗真菌药物对其进行阻断、干扰,从而达到杀菌抑菌的目的。我们简要介绍临床常见抗真菌药物的种类、作用机制、耐药机制以

  [摘要] 侵袭性真菌感染,由于其高发病率和死亡率,对人类健康造成严重威胁。针对侵袭性真菌自身生长繁殖的生物学过程,人们开发了不同的抗真菌药物对其进行阻断、干扰,从而达到杀菌抑菌的目的。我们简要介绍临床常见抗真菌药物的种类、作用机制、耐药机制以及应对耐药的方法。

  [关键词] 侵袭性真菌;耐药机制;抗真菌药物;耳念珠菌

抗真菌药物及其耐药机制研究进展

  随着现代医学的发展与医疗水平的提高,人们得以对以前无法治愈的疾病加以控制。伴随大量抗肿瘤化疗药物、免疫制剂及激素的使用,虽然延长了人们的寿命,但也使患者的内分泌与免疫系统失调的可能性增加,从而给了侵袭性真菌可乘之机,对于艾滋病等免疫缺陷病患者、骨髓移植和器官移植患者,其真菌感染率也大大增加[1-2] 。此外,近年来不断有新发真菌病原体侵袭人类的报道[3- 4] ,也引发了国际关注。有研究表明,侵袭性真菌感染患者的死亡率超过 50%[5-6] ,因此,采用合适的抗真菌药物至关重要。但是临床用药状况表明,越来越多的真菌感染显示对传统抗真菌药物的耐药性,严重影响患者的恢复,这就促使人们对其耐药机制进行研究,以期改良传统药物或发现新的抗真菌药物。

  临床常见的真菌感染多为条件致病菌,一般在伴随感染或患者免疫力低下时发病。依据真菌的形态结构,主要分为以下几类:①酵母菌属,包括念珠菌(白念珠菌、光滑念珠菌、克柔念珠菌、热带念珠菌和近平滑念珠菌等)和非念珠菌(包括隐球菌、毛孢子菌等);②霉菌属,包括曲霉菌(烟曲霉、黄曲霉、土曲霉等)和非曲霉(结合菌、暗色孢霉菌、青霉菌等);③双相真菌,包括马尔尼菲蓝状菌、副球孢子菌和组织胞浆菌等;④ 类真菌,包括肺孢子菌、奴卡菌、放线菌等[7] 。

  1 常见抗真菌药物

  针对真菌生长增殖的各个过程,不同抗真菌药物有不同的作用机理,基于药物的化学结构,可以分为以下几类。

  1.1 多烯类抗真菌

  药包括两性霉素 B 以及制霉菌素,其通过结合真菌细胞膜上的麦角固醇,形成甾醇-多烯复合物,从而在细胞膜上形成亲水通道,增加阳离子通透性,致使细胞膜内外离子梯度变化,内容物外泄,造成真菌死亡[8-9] 。人细胞膜上胆固醇与麦角固醇结构类似,当肾小球滤过率降低时,服用多烯类药物会对人体显示肾毒性。

  1.2 吡咯类抗真菌

  药又称氮唑类抗真菌药物,包括咪唑类和三氮唑类。咪唑类常用药物有咪康唑和酮康唑,但毒副作用大,一般仅外用;三氮唑类的常用药物有氟康唑、伏立康唑、伊曲康唑、泊沙康唑、雷夫康唑等[10] 。该类药物作用机制和多烯类不同。真菌细胞色素 P-450 能够催化羊毛固醇 14 位脱α甲基成为真菌细胞膜上的重要成分麦角固醇,吡咯类药物通过和细胞色素 P-450 结合来抑制羊毛固醇去甲基酶(CYP51),导致羊毛固醇不能有效合成,破坏细胞膜的渗透性,继而造成真菌死亡[11- 12] 。有研究显示,伏立康唑可以穿透血脑屏障,因此,可以用来治疗中枢神经系统的真菌感染[13] 。

  1.3 环状酯肽类抗真菌药

  又称棘白菌素类抗真菌药,常见临床用药为卡泊芬净、米卡芬净和阿尼芬净。该类药物主要通过破坏细胞壁发挥药效。1,3-葡聚糖是真菌细胞壁的重要组分,由 1,3-葡聚糖合成酶催化合成,棘白菌素通过非竞争抑制真菌 1,3-葡聚糖合成酶,抑制细胞壁的 1,3-葡聚糖合成,破坏真菌细胞壁的结构,达到抑制并杀灭真菌的目的[14] 。由于哺乳动物细胞内并不存在该酶,因此,该类药物并不会对人体有毒性作用[15] 。

  1.4 核酸抑制类抗真菌药

  常见临床用药为 5-氟胞嘧啶(5-FC),其依靠胞嘧啶通透酶进入真菌细胞,经胞嘧啶脱氨酶转变成氟尿嘧啶,之后转变成氟尿苷三磷酸,整合到真菌 RNA 中,从而阻断蛋白质的合成;此外,5- FC 还能够转变成氟脱氧尿苷磷酸,竞争性抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶,影响 DNA 的合成,从而抑制真菌细胞的生长。临床治疗中发现 5-FC 具有肾毒性和骨髓抑制的副作用,因此,在使用时必须控制其血药浓度[16] 。此外,同伏立康唑一样,5- FC 也可以穿透血脑屏障,可用于治疗中枢神经系统的真菌感染[12] 。

  1.5 烯丙胺类抗真菌药物

  常见临床用药为特比萘芬、萘替芬等,是从杂环螺旋萘衍生出来的广谱高效低毒抗真菌药,通过抑制鲨烯环氧合酶,导致鲨烯的堆积,同时,细胞膜麦角固醇的合成也受到抑制[17-18] 。

  1.6 其他抗真菌药物

  以上几种为抗真菌常用药。此外,从木槿马杜拉放线菌中分离得到的普那米星在钙离子存在的条件下可与甘露聚糖结合,改变其空间结构,从而破坏细胞壁,导致菌体死亡[19] 。由链霉菌产生的大环内酯类天然抗生素抗霉素 A 能够与真菌细胞内线粒体的电子传递体系结合,严重阻碍由辅酶 Q 向细胞色素 C 的电子传递,从而起到杀菌作用[20] 。中药组分黄芩苷,可能通过抑制白念珠菌 DNA 生物合成达到抗菌作用[21] 。

  2 真菌的耐药机制

  真菌可通过一系列方法减弱或避免药物的作用,从而达到抗药目的。

  2.1 改变药物靶向分子

  一种方式是改变药物靶向蛋白的结构,降低药物敏感性,从而使药物失效。ERG11 基因编码羊毛固醇去甲基酶 CYP51,该基因突变致使酶的氨基酸序列改变,当突变位点为吡咯类药物的结合位点时,药物无法与酶结合,从而丧失药效。另一种方式是过量表达药物靶向蛋白,使药物不能完全发挥作用[22] 。

  2.2 降低菌体内药物浓度

  一方面,通过降低细胞通透性,使药物进入细胞的量减少;另一方面,细胞膜外排泵表达增加,从而加速将药物排到胞外。真菌外排泵主要包括 ATP 结合盒转运蛋白(ABCT)超家族和异化扩散载体(MFS)超家族。ABCT 通过 ATP 供能将药 物 排 到 胞 外 ,白 念 珠 菌 的 ABCT 相 关 蛋 白 为 CDR1 和 CDR2,是 将 吡 咯 类 药 物 外 排 的 最 主 要 ABCT。MFS 超家族利用细胞内外的氢离子浓度差产生的电化学势能对药物分子进行被动运输,其相关载体基因为 MDR1 等,通过基因扩增、转录增强、mRNA 分解抑制来上调 mRNA 的表达,从而诱导耐药[23] 。真菌细胞胞嘧啶通透酶活性降低能够减少对 5-FC 的摄取,从而出现耐药[24] 。

  2.3 改变代谢途径

  抗真菌药物可以通过抑制真菌代谢关键步骤的关键物质合成来发挥抑菌作用,如吡咯药物抑制 14α-甲基-3,6-二醇转化为麦角固醇,但是当 EGR3 基 因 突 变 时 ,14α- 甲 基 - 3,6- 二 醇 被 14α-甲基甾醇代替,14α-甲基甾醇可以部分行使麦角固醇的功能,从而达到耐药效果[25] 。此外,真菌还可以抑制 5-FC 代谢为毒性物质的关键酶(UPRTase)诱导耐药[26] 。

  2.4 形成生物膜

  生物膜是真菌形成群落后分泌于胞外并包裹在真菌表面的多糖蛋白质复合物,由于其具有天然屏障作用,所以会影响药物作用于菌体;另一方面,形成生物膜后菌体生长缓慢,从而也限制了和外界的物质交换,降低药物摄取;此外,有研究表明,该状态菌体会有耐药基因的表达[27-28] 。

  2.5 细胞壁的适应性改变

  FKS1 蛋白是葡聚糖合成酶复合物的催化亚基,其编码基因(尤其是 HS1 和 HS2 区)突变,很有可能致使对棘白菌素的敏感性降低,有研究表明,自发突变所致 FKS1 多态性与白念珠菌对棘白菌素的药物敏感性降低有关[29-30] 。

  3 对抗真菌耐药的方案

  3.1 对原有药物进行化学修饰

  对于棘白菌素类,Singh 等以羟基谷氨酰胺替换苏氨酸、以芳香族杂环的酰基侧链替换环六肽分子获得的新型药物具有低毒高效抗菌活性[31] 。对于氟康唑,有研究显示,一方面可以对其醇羟基酯化,另一方面可以利用三唑环 N 原子形成季铵盐化合物,其抗菌活性都得到明显提高[32-33] 。

  3.2 开发新型结构的药物

  Viamet Pharmaceuticals 公司研发了对真菌具有更高选择性的 VT-1161、VT-1129、VT-1598 等四氮唑类药物[34] 。VT-1161 对白念珠菌的 CYP51 具有高亲和力,因此具有比常规氮唑类药物更高的选择性[35] ;VT-1129 具有类似的基本骨架,主要对隐球菌产生抑制作用[36] ;VT-1598 对酵母菌、丝状真菌,甚至超级真菌——耳念珠菌都具有较强的抑制作用[37-38] 。

  3.3 开发新剂型

  多烯类药物对人体毒性大,因而限制了其应用。通过开发新剂型,如脂质体药物、纳米球药物等,可以显著降低药物毒性。如两性霉素 B 做成脂质体,能结合麦角固醇,但肾毒性大大降低,目前已有上市药物。两性霉素 B/聚乙二醇-聚谷氨酰胺苄酯纳米球能够显著降低两性霉素的毒性,目前还处于研发阶段[39-40] 。

  3.4 采用中药制剂

  研究显示,黄芩、黄柏、黄连以及在麻黄茎中分离得到的原花青素 A 对白念珠菌有较强的抑菌效果[41-42] 。小檗碱和氟康唑联合用药也显示对白念珠菌的抑菌效应[43] 。

  3.5 寻找新的作用靶点

  对于人体内没有而真菌细胞必不可少的代谢途径,可以开发药物阻断其代谢,不会对人体造成损伤。如 ASP2397 通过靶向人体不具有而在真菌细胞中存在的铁转运蛋白而发挥药效[44-45] 。

  3.6 抗真菌药物的合理使用

  相比抗细菌、抗病毒药物,抗真菌药物种类虽不多,但各个药物具有其特定的抗菌谱,例如隐球菌对棘白菌素类抗真菌药耐药,毛霉对棘白菌素类和吡咯类均耐药;此外,同一药物在体内针对不同组织部位的感染也具有特定的浓度,例如氟康唑在尿路的药物浓度是血液中的 10 倍以上,卡泊芬净在肝肾的药物浓度是血液中的 5 倍以上,而在脑脊液中浓度极低[46] 。因此,选择合适的药物种类和剂量就显得尤为重要,不合理的临床用药不但会耽误病程、给患者带来严重的经济负担,还会诱导真菌耐药性的产生。

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  4 结语

  随着研究的不断深入,对真菌耐药机制的探究有了一定进展,尤其是比较基因组学和转录组学技术等在侵袭性真菌研究中的应用,对解析真菌的毒力和耐药起到重要作用[47-48] 。对于某些感染,通过改良药物或联合用药能取得一定的治疗效果,但真菌耐药的复杂性不容忽视,也依然有许多耐药机制不甚明了。2009 年,在日本首先发现了具有强抗药性的超级真菌——耳念珠菌,随后在世界多国都有发现,其不但致死率高而且多重耐药,研究显示,几乎所有的耳念珠菌菌株对氟康唑耐药,半数以上对伏立康唑耐药,三分之一对两性霉素 B 耐药,少数对棘白菌素也耐药[49] ;另 有 研 究 显 示 ,耳 念 珠 菌 的 耐 药 性 与 FKS1、 FKS2、CgPDR1、CgCDR1 和 FCY2 这些基因的单核苷酸突变可能存在关联性[24] 。但目前对于耳念珠菌感染并没有有效的治疗手段,研究其耐药机制,研发相应的诊断与治疗方法,从而有针对性地靶向用药,仍是研究者们努力的方向[50] 。

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