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天天滚动:多粘菌素B 的作用机制研究新进展――呼吸疾病国家重点实验室 贾晓周

日期:2023-02-06 11:11:33 来源:大医小课济世堂

【摘要】细菌耐药已经成为全球性医学难题,其中革兰氏阴性菌的多药耐药问题尤为突出。多粘菌素B于上世纪九十年代获准上市,因其神经毒性和肾毒性逐渐停止使用,近年来随着多药耐药的“超级细菌”出现,而多粘菌素B对革兰阴性杆菌敏感,因此临床重新启用多粘菌素B治疗多重耐药革兰氏阴性菌感染,继而关于它的研究也越来越多。多粘菌素B对大多数革兰氏阴性杆菌如大肠杆菌、铜绿假单胞杆菌、鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯杆菌等均有较好的抗菌活性。本文对多粘菌素B的作用机制及与其他药物联合用药的应用研究进行综述,为其临床应用提供参考。


(资料图片)

抗菌药物的发现是20世纪最辉煌的现代医药成果,目前用于临床的抗菌药物有200多种,随着各种抗菌药物的广泛应用,病原菌对许多抗菌药物存在天然耐药性,在抗菌药物临床应用了半个世纪的今天,细菌对抗菌药物耐药广泛出现,导致出现了几乎对所有临床可用抗菌药物均耐药的超级细菌。耐药菌株日趋增多,耐药程度亦不断增强,特别是革兰阴性杆菌,常表现出多重耐药性。多粘菌素B作为窄谱抗菌药物,对绝大多数革兰氏阴性菌如大肠埃希菌、铜绿假单胞杆菌、鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯杆菌及沙门氏菌属等均有较好的抗菌活性。在细菌多药耐药的严峻形势下,选择现有的药物联合应用以应对耐药危机是较好的选择。本文对多粘菌素B的作用机制及其与其他药物的联合用药进行综述,为其临床应用提供参考。

1、基本信息

1947年,多粘菌素首次从多粘类芽孢杆菌中分离出来,1993年被重新分类为多粘菌(Paenibacilluspolymyxa),有A、B、C、D、E等组分。临床中常用多粘菌素B治疗革兰氏阴性杆菌感染。多粘菌素B是一类相对分子量较大的脂肽类分子,硫酸盐为其活性成分,口服吸收较差,通常为静脉注射,此外还有肌内给药、鞘内给药及局部给药等方式。目前国内上市的有“多粘菌素B软膏”“复方新霉素多粘菌素滴眼液”及“硫酸多粘菌素B注射液”等。

多粘菌素B的主要不良反应表现为肾毒性和神经毒性,因此临床使用时应避免同时使用具有肾毒性和/或具有神经毒性的药物,注意给药剂量,使药效最大、毒性最小。多粘菌素B的肾毒性呈浓度依赖性,因此临床因加重肾功能不全患者的肾功能损害而不愿意选择高剂量,但多粘菌素B的肾毒性在停药后是可逆的,加之多重耐药革兰阴性杆菌感染具有高死亡率,故肾功能不全患者使用多粘菌素B治疗感染时应权衡利弊。见表1。

表1静脉滴注多粘菌素B的成人常规剂量

注:CrCL为肌酐清除率;IU为国际单位

2、作用机制

革兰氏阴性菌细菌外膜的关键作用是渗透屏障。多粘菌素B以细菌外膜上的脂多糖为主要靶标,其抗菌谱窄,能与有限的集中脂多糖结合。通过对细菌细胞球质体的观察显示,添加多粘菌素B后球质体迅速裂解,表面形成明显的气泡,而细胞质没有变化。并且暴露30min后原质体丢失,胞质膜紊乱。说明多粘菌素不仅作用于细胞壁,还作用于细胞内膜。目前发现的多粘菌素B的作用机制有以下几种。

2.1与脂多糖结合导致外膜膨胀多粘菌素B抗菌作用基于其两性性质,作用的靶点是细菌外膜上的脂多糖。首先多粘菌素B与革兰氏阴性菌外膜上的脂多糖结合,导致细菌外膜通透性增加,外膜膨胀。多粘菌素B介导的细菌外膜与细胞膜融合,破坏了外膜磷脂的完整,导致细胞渗透失衡,继而死亡。

2.2抑制细菌内膜呼吸酶Deris等人的研究以大肠杆菌内膜制剂为载体,研究了多粘菌素B对NDH-2的抑制机制,形成了对泛素-1的混合抑制模型和对NADH的非竞争性抑制模型,发现细菌内膜中重要呼吸酶的抑制是多粘菌素B的二级作用模式之一。

2.3其他可能的机制在多粘菌素B血液灌流治疗间质性肺炎急性加重的作用机制研究中,研究人员发现,多粘菌素B固定化纤维柱(PMX-DHP)结合不同的细胞因子,这些细胞因子均涉及特发性肺纤维化(AEIPF)加重的发病机制。PMX-DHP的治疗AE-IPF的机制可能是通过抑制血管通透性和肺纤维化来改善AEIPF患者的肺氧与生存。

3、联合用药

抗菌药物的耐药现象越来越严重,在新的抗菌药物出现之前,联合治疗作为一种有效的治疗方法来克服耐药性。联合用药时,优选各药物的相关剂量浓度、用药时间是验证联合应用是否有效的重点。

3.1与抗菌药物联用新型广谱抗菌药物GarvicinKS与多粘菌素B联合用药,多粘菌素B的浓度远低于推荐剂量,表明GarvicinKS与多粘菌素B具有协同作用。研究证明GarvicinKS与多粘菌素B对不动杆菌和大肠杆菌有协同作用,但对铜绿假单胞菌没有协同作用。乳酸链球菌素(Nisin)和多粘菌素B的混合物也有类似的作用,GarvicinKS、Nisin和多粘菌素B三者的混合物能迅速杀灭鲍曼不动杆菌和大肠杆菌。

铜绿假单胞杆菌的突变表型,若采用单一抗菌药物,则需要高剂量药物,有暴露药物毒性的潜在危险。纽约州立大学布法罗分校药学院将多粘菌素B与多利培南联合,可以增强体外对突变菌株的高细菌密度感染的杀伤作用。

Sharma等人研究单用多粘菌素B或美罗培南以及两者连用对产KPC肺炎克雷伯杆菌的抗菌作用(包括对细菌形态的影响),结果发现,单用多粘菌素B或美罗培南仅对部分产KPC肺炎克雷伯杆菌有抗菌作用,但作用短暂,而将多粘菌素B与高浓度的美罗培南(120mg/L)联用时可产生持续的抗菌作用。多粘菌素B与美罗培南联用时所产生抗菌作用可能不仅是两种药物抗菌作用相加的结果,也可能是由于它们的作用机制不同所产生的。

3.2与非抗菌药物联用Otto和Gorp在不同药物类别中筛选出30种非抗菌药物化合物,通过琼脂扩散试验,检测30种非抗菌药物化合物与多粘菌素B(最低抑菌浓度下)对鲍曼不动杆菌、大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌(每个菌种3个分离株)的协同作用潜力。在体外棋盘试验中,利用光密度评估菌株的生长情况,进一步筛选了潜在的候选者,每个菌株最多可分离出5个。采用FICi分析、Loewe、Bliss和最高单药分析评价交互作用,并用Combenefit程序进行表面响应分析。结果发现,20种非抗菌药物增强了多粘菌素B的活性,其中3种(西酞普兰、舍曲林和螺内酯)对至少一种菌株显示了增效作用。经过进一步评价,则只有螺内酯与多粘菌素B在临床相关水平上具有协同作用。研究者认为多粘菌素B与一些非抗菌药物对鲍曼不动杆菌、大肠杆菌和产KPC肺炎克雷伯杆菌的体外协同作用具有一致性。这种协同作用值得进一步探索,并将此作为治疗感染的替代方案。

此外,Hussein团队从代谢组学角度的研究中首次阐明了多粘菌素B与多利培南联合对鲍曼不动杆菌的协同杀灭机制,发现包括:(1)关键代谢通路的差异对时间依赖性抑制;(2)磷脂酰胆碱(PPP)和脂多糖(LPS)、核苷酸下游代谢的干扰;(3)通过不同靶点抑制细胞壁合成。研究者采用微量稀释棋盘法和静态时间杀灭法对革兰氏阴性分离物进行体外协同抗菌活性测定。

多粘菌素B和雌激素受体拮抗剂(SERMs)单药治疗铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌无效。然而,当联合使用时,多粘菌素B和SERMs对耐多粘菌素铜绿假单胞杆菌、肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌表现出协同杀菌作用。24小时后,鲍曼不动杆菌的细菌计数下降。多粘菌素B与SERMs联合应用对广泛耐药革兰氏阴性病原菌具有协同作用。多粘菌素B联合托瑞米芬(Toremifene)在人工痰液培养基中对铜绿假单胞杆菌具有很强的抑菌活性。此外,多粘菌素B联合托瑞米芬诱导胞浆绿色荧光蛋白释放、胞质膜去极化、亚硝基芬实验的透性活性以及铜绿假单胞杆菌细胞活性氧的增加。通过扫描电镜和透射电镜观察,与单独使用每种化合物处理相比,多粘菌素B与托瑞米芬联合使用对铜绿假单胞杆菌细胞外膜造成独特的损伤。后续研究中,通过研究药物与脂多糖的相互作用,将抗原生动物药物(AntiprotozoalDrug)喷他脒确定为革兰氏阴性细菌外膜的有效干扰剂。喷他脒与抗菌药物表现出的协同作用,使其在与抗革兰氏阴性菌的多粘菌素B联合使用时,产生了有效的抗菌组合,在体外对多种革兰氏阴性病原体具有活性,对小鼠体内鲍曼不动杆菌感染具有活性。

Gallardogodoy对多粘菌素中9个无氨基酸侧链的8个进行结构改造或结构修饰后,以新型固相合成路线制备了30多个类似物,对这些化合物进行活性-毒性研究。经过抗菌活性、体外毒性两次筛选合格的化合物,被用于测试其对人肾细胞的毒性。研究结果显示,筛选出的某些新化合物的抗菌能力与多粘菌素B相同或更好,而其中一些对哺乳动物HepG2细胞和人肾细胞的毒性比多粘菌素B和粘菌素的毒性小。亦有学者将多粘菌素B和米诺环素联合,研究它们治疗6株产KPC-2肺炎克雷伯杆菌的体外活性(米诺环素最低抑菌浓度范围2~32mg/L),结果发现不论米诺环素的浓度高低,菌株对多粘菌素B越敏感,抗菌效果越明显(最低抑菌浓度≤0.5mg/L),说明多粘菌素B联合米诺环素治疗产KPC-2肺炎克雷伯杆菌的活性取决于菌株对多粘菌素B的敏感程度,与米诺环素的最低抑菌浓度无关。全球最大的抗菌监测项目SENTRY(2006-2009)编译后的数据显示,多粘菌素B对铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯菌,全球耐药率极低(

综上所述,不论是用多粘菌素B联合既有的抗菌药物还是联合非抗菌药物,均有可能找到方案来治疗多药耐药细菌的感染。但目前此类研究仍然较少,因此需要更多研究来开发利用多粘菌素B,这些研究将为临床治疗多药耐药感染提供更多方案。

标签: 作用机制 多粘菌素

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