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    抗弓形蟲藥物研究進展

    2010-09-21 02:47:30張瑞巖商立民吳永魁
    動物醫(yī)學進展 2010年1期
    關(guān)鍵詞:乙胺包囊磺胺類

    張瑞巖,劉 全,商立民,吳永魁

    (解放軍軍事醫(yī)學科學院軍事獸醫(yī)研究所,吉林長春 130062)

    弓形蟲屬于真球蟲目肉孢子蟲科弓形蟲屬,是一種專性細胞內(nèi)寄生原蟲。1908年,由兩位法國學者在剛地梳趾鼠的肝脾單核細胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)。因蟲體呈弓形,故命名為剛地弓形蟲。人類弓形蟲感染率極高,一般為20%~50%,最高達94%。從20世紀80年代我國開始對弓形蟲感染情況進行普查,平均感染率約為5.17%?;脊蜗x病的孕婦中有30%~46%可能將弓形蟲傳染給胎兒,當感染發(fā)生在妊娠頭3個月,多引起流產(chǎn),也可發(fā)生死胎,或生下發(fā)育缺陷的無生活能力患兒,其已被列為感染性致畸(TORCH)綜合征主要原因之一。對于免疫功能嚴重損害或抑制者,弓形蟲同樣是引起致死性病變的主要病原體之一。據(jù)報道,在血清學陽性的AIDS患者中,約有30%~40%發(fā)生弓形蟲腦炎。動物感染弓形蟲后,一方面影響其生產(chǎn)性能,另一方面成為人類弓形蟲病的傳染源,因此,對弓形蟲病的防治具有重要的經(jīng)濟學意義和公共衛(wèi)生學意義。傳統(tǒng)的抗弓形蟲藥物包括乙胺嘧啶、磺胺嘧啶等,然而由于這些藥物的毒副作用較大,用藥時間長,只能殺死速殖子,停藥后易復(fù)發(fā),極大的限制了它們的應(yīng)用。因此,尋找一種高效、低毒的抗弓形蟲藥物越來越引起人們的重視。

    1 干擾葉酸合成類藥物

    與哺乳動物細胞不同,弓形蟲不能直接攝取環(huán)境中的葉酸,必須利用對氨苯甲酸在二氫葉酸合成酶的作用下合成二氫葉酸,然后在二氫葉酸還原酶的參與下合成活化型的四氫葉酸。因此,干擾弓形蟲的葉酸代謝途徑可以有效的抑制和殺滅弓形蟲。

    1.1 二氫葉酸合成酶頡頏劑類藥物

    目前用于治療弓形蟲病的二氫葉酸合成酶頡頏劑主要是磺胺類藥物,其化學結(jié)構(gòu)與對氨苯甲酸相似,可競爭性的與弓形蟲的二氫葉酸合成酶結(jié)合,抑制其活性,從而阻礙二氫葉酸的合成,發(fā)揮抗弓形蟲活性。在體外各種磺胺類藥物對弓形蟲的半數(shù)抑制濃度(IC50)差別很大,從0.6 mg/L(磺胺甲噁唑)到大于30 mg/L(磺胺多辛),其中磺胺嘧啶的IC50為2.5 mg/L。各種磺胺類藥物的體內(nèi)抗弓形蟲活性強弱亦存在差異,這與它們的血漿蛋白結(jié)合率、維持時間和給藥途徑等有關(guān)。大多數(shù)磺胺類藥物口服后在小腸上段被迅速吸收,并且與血漿蛋白結(jié)合,暫時失去活性,但是這種結(jié)合并不牢固,它們能夠再分離出來發(fā)揮抗弓形蟲活性。一般來說,與血漿蛋白結(jié)合率高的磺胺類藥物排泄較慢,藥物半衰期長,例如磺胺多辛的半衰期可長達230 h,而與血漿蛋白結(jié)合率低的磺胺類藥物在腦脊液中的濃度較高,如磺胺嘧啶的半衰期為17 h,其在腦脊液中的濃度為血液中藥物濃度的40%~80%,因此磺胺嘧啶對治療弓形蟲腦炎有特效?;前奉愃幬镂蘸罂煞植嫉饺砀鹘M織和體液中,并可通過胎盤屏障進入胎血和羊水中發(fā)揮抗蟲活性。臨床上磺胺類藥物并不單獨用于治療和預(yù)防弓形蟲病,需要與乙胺嘧啶等二氫葉酸還原酶抑制劑聯(lián)合應(yīng)用發(fā)揮抗弓形蟲作用。一般磺胺類藥物用藥時間較長,其乙?;x產(chǎn)物易引起結(jié)晶尿、蛋白尿等造成泌尿系統(tǒng)損傷,有些患者還出現(xiàn)過敏、白細胞減少和溶血性貧血等不良反應(yīng),孕婦服用此類藥物后會使胎兒產(chǎn)生黃疸樣癥狀,嚴重者可引起胎兒畸形。

    1.2 二氫葉酸還原酶抑制劑類藥物

    作為二氫葉酸還原酶抑制劑乙胺嘧啶和甲氧芐啶均能阻斷弓形蟲葉酸代謝途徑,發(fā)揮抗弓形蟲活性。體外試驗顯示0.05 mg/L的乙胺嘧啶便能夠?qū)蜗x速殖子產(chǎn)生抑制和殺滅作用,而甲氧芐啶在濃度不小于2 mg/L時才能發(fā)揮作用。Piketty C等通過口服給予乙胺嘧啶,治療患急性弓形蟲病的老鼠模型,并對老鼠血液、肺和腦內(nèi)的弓形蟲計數(shù),發(fā)現(xiàn)乙胺嘧啶對患急性弓形蟲病的老鼠具有保護作用,但是停藥后出現(xiàn)復(fù)發(fā)現(xiàn)象。乙胺嘧啶和甲氧芐啶在人體內(nèi)吸收迅速,分布廣泛,半衰期分別為96 h和7.5 h左右,并且均可通過血腦屏障和胎盤屏障。由于乙胺嘧啶對胎兒具有致畸作用,因此在妊娠期的前3個月禁止用于弓形蟲病的防治。由于這兩種藥物對人類二氫葉酸還原酶同樣會產(chǎn)生抑制作用,影響胸腺嘧啶核苷酸的合成,所以應(yīng)用乙胺嘧啶和甲氧芐啶治療弓形蟲病時要適時補充葉酸制劑。Rosow sky A等[1]研究了 2,4-二氨基-5-[2-甲氧-5-(ε-羧基烷氧)芐基]嘧啶類同系物對弓形蟲和小鼠肝細胞內(nèi)二氫葉酸還原酶的抑制作用。結(jié)果顯示其具有非常高的抑制弓形蟲二氫葉酸還原酶活性,然而對小鼠體內(nèi)的酶也具有一定的抑制作用,同時發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)與乙胺嘧啶的一種同系物具有很高的相似性,因此,可為優(yōu)化此類藥物的構(gòu)效關(guān)系提供思路。雙氫三嗪類藥物同樣具有抑制二氫葉酸還原酶的活性,Mui E J等[2]測試了兩種新三嗪化合物JPC-2067-B和 JPC-2056的抗弓形蟲活性,發(fā)現(xiàn) JPC-2067-B能在體內(nèi)和體外高效抑制弓形蟲生長、繁殖,其在體外的 IC50為 20 nmol/L。JPC-2056為JPC-2067-B的前體藥,在體內(nèi)可經(jīng)甲基化轉(zhuǎn)變?yōu)镴PC-2067-B發(fā)揮抗弓形蟲活性。

    1.3 兩類藥物的聯(lián)合應(yīng)用

    因為磺胺類藥物與二氫葉酸還原酶抑制劑分別在葉酸合成的兩個環(huán)節(jié)上發(fā)揮阻礙作用,所以無論是在體內(nèi)還是在體外他們的聯(lián)合應(yīng)用都表現(xiàn)出良好的抗弓形蟲活性。研究表明,聯(lián)合應(yīng)用磺胺嘧啶和乙胺嘧啶能在24 h內(nèi)清除患急性弓形蟲病的老鼠模型組織內(nèi)的弓形蟲。臨床上磺胺類藥物與二氫葉酸還原酶抑制劑的聯(lián)合應(yīng)用已經(jīng)成功的用于治療和預(yù)防弓形蟲引起的多種疾病,為人類抗弓形蟲病發(fā)揮了重要作用。

    2 大環(huán)內(nèi)酯類藥物

    許多研究結(jié)果顯示,大環(huán)內(nèi)酯類藥物無論是在體內(nèi)還是在體外均有較強的抗多種弓形蟲活性。這類藥物不但能夠抑制弓形蟲速殖子的生長和繁殖,對弓形蟲滋養(yǎng)體和包囊亦具有殺滅作用。乙酰螺旋霉素是最早用于治療人類弓形蟲病的大環(huán)內(nèi)酯類藥物,并且目前依然用于孕婦早期弓形蟲病的治療。Chang H R等首先應(yīng)用尿嘧啶摻入法測試了四種大環(huán)內(nèi)酯類藥物(羅紅霉素、乙酰螺旋霉素、阿奇霉素和A-56268)的體外抗弓形蟲活性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們都具有很好的抗弓形蟲活性,其IC50分別為54、140、147、246 μ mol/L。Araujo F G 等通過連續(xù)10 d每日口服給予阿奇霉素(200 mg/kg)治療患急性弓形蟲病的小鼠,結(jié)果阿奇霉素對接種五種不同株弓形蟲(其中兩株分離自艾滋病患者)的小鼠均起到100%的保護作用。Hutchinson-Mark J等的試驗也證實阿奇霉素對包囊內(nèi)弓形蟲緩殖子有殺滅作用,而且與乙胺嘧啶或磺胺嘧啶聯(lián)合應(yīng)用表現(xiàn)出很好的協(xié)同作用。在臨床上阿奇霉素單獨使用或與干擾素、復(fù)方新諾明等聯(lián)合應(yīng)用已經(jīng)成功的治療了多例弓形蟲病患者。由于阿奇霉素的半衰期較長(40 h),因此其在肝、肺、腦等組織內(nèi)的濃度遠大于在血液中的濃度。與同為大環(huán)內(nèi)酯類藥物的阿奇霉素不同,克林霉素的半衰期只有3 h~5 h,因此單獨使用時需要每天多次給藥才能達到有效的藥物作用濃度。鑒于克林霉素半衰期短、單獨使用效果不理想和它的低毒副作用,因此,常與乙胺嘧啶等其他抗弓形蟲藥物聯(lián)合用于治療腦和眼弓形蟲病。由于各種抗弓形蟲藥物單獨使用都不能達到很好的療效,因此聯(lián)合用藥仍然是目前治療弓形蟲病的的最好方法。Romand S等通過實驗發(fā)現(xiàn)羅紅霉素即使在亞治療劑量時其與乙胺嘧啶或磺胺嘧啶聯(lián)合應(yīng)用也能夠明顯減少血液和各組織中的弓形蟲蟲體數(shù)。Djurkovic-Djakovic O等聯(lián)合應(yīng)用克林霉素和阿托伐醌治療Me49株弓形蟲感染的小鼠,結(jié)果,無論是對急性感染還是慢性感染,兩種藥物聯(lián)合應(yīng)用均能顯著提高小鼠存活率和減少腦內(nèi)包囊數(shù)。Julian F等聯(lián)合應(yīng)用克拉霉素和乙胺嘧啶對患急性弓形蟲腦炎的艾滋病病人進行治療,發(fā)現(xiàn)這兩種藥物的聯(lián)合應(yīng)用與乙胺嘧啶和克林霉素或乙胺嘧啶與磺胺嘧啶聯(lián)合應(yīng)用的作用效果相似。

    大環(huán)內(nèi)酯類藥物抗弓形蟲的作用機制目前尚不清楚,研究人員普遍認為與其抗菌作用機制相似,即通過與弓形蟲核蛋白體50 s亞基結(jié)合,阻斷肽鏈的延長,從而影響蛋白質(zhì)的合成而發(fā)揮抗弓形蟲活性。此外,大環(huán)內(nèi)酯類藥物在治療孕婦弓形蟲感染時的胎盤通透性和對胎兒的影響,還需要進一步試驗觀察。

    3 其他抗菌藥、抗病毒藥和抗寄生蟲藥

    對臨床上已經(jīng)成功用于治療細菌、真菌、病毒和其他寄生蟲病的藥物,其抗弓形蟲活性研究將有可能成為未來治療弓形蟲病的有效途徑之一。一方面對這些藥物的藥理活性、毒副作用和臨床應(yīng)用情況的認識,將大大減少藥物研發(fā)的時間和經(jīng)費,另一方面弓形蟲感染導(dǎo)致的機體死亡多數(shù)是由于一些細菌、病毒等的并發(fā)感染,所以將抗菌藥、抗病毒藥用于抗弓形蟲的感染,同時也能預(yù)防和治療其他病原微生物對機體的侵害。

    3.1 抗菌藥物

    科研人員對多種抗細菌和真菌藥物的驅(qū)弓形蟲活性進行了試驗研究,發(fā)現(xiàn)一些高效、低毒的抗菌藥物對弓形蟲有很強的抑制和殺滅作用,其中包括喹諾酮類、四環(huán)素類和抗真菌抗生素等。Khan A A等對曲伐沙星和它的11種同系物的體外抗弓形蟲活性和它們的構(gòu)效關(guān)系進行了研究,結(jié)果曲伐沙星的 IC50為 2.93 μ mol/L,其余 11 種同系物的 IC50為0.53 μ mol/L ~14.09 μ mol/L,構(gòu)效關(guān) 系的研究表明,在1,8-萘基環(huán)的C-5位或是在氮雜環(huán)的C-2位上加一個甲基能使藥物活性提高4倍~6倍,在氮雜環(huán)的6位上加一個-NH2基團同樣會明顯提高其抗弓形蟲活性。Gozalbes R等應(yīng)用分子拓撲和虛擬計算技術(shù)研究了氟喹諾酮和其他24種喹諾酮類藥物的體外抗弓形蟲活性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)曲伐沙星、格帕沙星、加替沙星、莫西沙星具有很好的體外抗弓形蟲活性,同時發(fā)現(xiàn)其活性完全依賴于C-6的氟,C-5的甲基團和C-7的氮雜環(huán)能夠增強藥物活性,而C-3的羧酸基團是活性非必需基團。Sonda S等對抗真菌抗生素金擔子素A的體外抗弓形蟲活性進行了研究,結(jié)果,在體外金擔子素A能夠阻礙弓形蟲復(fù)制,并使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化如形成空泡。另外,他們發(fā)現(xiàn)金擔子素A能夠抑制弓形蟲的鞘脂合成,而其對哺乳動物細胞的新陳代謝無影響,因此,弓形蟲的鞘脂合成途徑也被認為是抗弓形蟲藥物設(shè)計的可能靶點。

    3.2 抗病毒藥物和其他抗寄生蟲藥物

    一些抗病毒藥物同樣具有抗弓形蟲活性,如利托那韋、那非那韋和雙脫氧肌苷等。Derouin F等報道利托那韋和那非那韋在低濃度下就能高效抑制弓形蟲增長,它們的 IC50分別為 5.4 mg/mL和4.0 mg/mL,同時發(fā)現(xiàn)弓形蟲具有天冬氨酰蛋白酶,它在復(fù)制過程中發(fā)揮重要作用。

    阿托伐醌和青蒿素類藥物已經(jīng)成功用于治療和預(yù)防瘧原蟲引起的疾病,其中阿托伐醌在很低濃度時對弓形蟲速殖子和緩殖子即具有很好的殺滅作用,對患急性弓形蟲病和腦弓形蟲病的老鼠能起到很好的保護作用,藥物作用部位是弓形蟲線粒體的細胞色素b。令人關(guān)注的是阿托伐醌對弓形蟲包囊同樣具有很好的抵抗活性,其可明顯減少老鼠體內(nèi)弓形蟲包囊數(shù)。但是,有研究顯示阿托伐醌對不同株弓形蟲的作用效果存在很大差異,其原因尚不完全清楚,有可能是某些蟲株對阿托伐醌具有天然抵抗力或是用藥后出現(xiàn)了藥物抗性突變株。阿托伐醌與磺胺嘧啶和大環(huán)內(nèi)酯類藥物等合用有很好的協(xié)同作用,臨床上已經(jīng)用于治療腦、眼弓形蟲病。在體外青蒿素及其衍生物能在弓形蟲生長繁殖的多個環(huán)節(jié)發(fā)揮抑制作用,同時降低其對宿主細胞的侵染力,并表現(xiàn)出很高的殺滅活性,體內(nèi)試驗顯示青蒿素類藥物能顯著殺滅弓形蟲包囊,延長接蟲小鼠的存活時間[3-4]。孫志偉等發(fā)現(xiàn)雙氫青蒿素聯(lián)合磺胺嘧啶鈉治療小鼠急性弓形蟲感染有很好的協(xié)同作用,而且可有效防止停藥后復(fù)發(fā)。目前青蒿素類藥物的抗弓形蟲作用機制仍然沒有統(tǒng)一的定論,研究結(jié)果展示青蒿素類藥物能干擾弓形蟲葉酸代謝、影響蟲體鈣依賴性蛋白分泌、破壞其細胞結(jié)構(gòu)和增強機體免疫力等[5-6]。治療弓形蟲病的關(guān)鍵和難點在于殺滅和清除患者體內(nèi)的弓形蟲包囊,防止其復(fù)發(fā),實現(xiàn)徹底治愈。因此,阿托伐醌和青蒿素類藥物的抗弓形蟲包囊活性受到研究人員的重視,其中阿托伐醌對弓形蟲包囊的長期耐藥性以及青蒿素類藥物殺滅弓形蟲包囊的作用機制和藥物構(gòu)效關(guān)系將成為未來研究的重點。

    由于一些細胞內(nèi)寄生原蟲與弓形蟲具有很多相似的生化路徑和生理特性,所以用于治療這些寄生蟲病的藥物非常值得關(guān)注和研究。特別是對同為頂端復(fù)合門包子綱的瘧原蟲的大量研究將給抗弓形蟲藥物的研究提供重要的理論依據(jù)和藥物靶點。而對弓形蟲和抗弓形蟲藥物的研究也會為人類對瘧疾病的預(yù)防和治療提供新的方法。

    4 其他藥物

    2008年,美國微生物學家Nagamune K等[7]對弓形蟲與植物中的生化反應(yīng)路徑進行了比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)二者存在很多共同的特點,其中一種在植物體內(nèi)控制應(yīng)激響應(yīng)和休眠的荷爾蒙-脫落酸(ABA)引人關(guān)注。在植物體內(nèi)ABA能夠誘導(dǎo)第二信使環(huán)狀腺苷二磷酸核糖(cADPR)的產(chǎn)生,而cADPR控制著細胞內(nèi)鈣的釋放,在弓形蟲體內(nèi)cADPR同樣控制著細胞內(nèi)鈣的釋放。加入ABA能促使弓形蟲產(chǎn)生cADPR,刺激鈣依賴性蛋白分泌,并且誘導(dǎo)弓形蟲從宿主細胞內(nèi)釋出。應(yīng)用一種普通的除草劑阻斷弓形蟲制造脫落酸后發(fā)現(xiàn)即使弓形蟲在宿主細胞內(nèi)已經(jīng)繁殖了足夠的數(shù)量,其仍然不會釋出而保持一種無活動的停滯狀態(tài)。進一步試驗研究顯示這種除草劑能夠挽救被弓形蟲感染的小鼠。這一研究成果不但使人們對這種細胞內(nèi)寄生原蟲有了新的認識,而且由于發(fā)現(xiàn)其與植物生化路徑的相似性,為今后抗弓形蟲藥物的研究提供了全新的思路和選擇。許多試驗研究揭示抑制弓形蟲體內(nèi)各種酶的活性能有效的抑制和殺滅弓形蟲,如二膦酸鹽化合物能通過抑制法尼焦磷酸合酶阻止弓形蟲繁殖,其中不含氮的二膦酸鹽表現(xiàn)出很高的藥物活性(IC50為5 μ mol/L ~ 10 μ mol/L)[8]。Wei S 等[9]報道人類p38促分裂原活化蛋白激酶抑制劑同樣可以阻止細胞內(nèi)弓形蟲復(fù)制并能夠?qū)χ滤佬怨蜗x感染的小鼠起到保護作用。最近法國學者發(fā)現(xiàn)一種弓形蟲組蛋白脫乙酰基酶抑制劑具有很好的抗弓形蟲活性,該制劑能誘導(dǎo)弓形蟲從速殖子轉(zhuǎn)化為緩殖子,能影響弓形蟲大約370個基因的表達,并證實弓形蟲組蛋白脫乙?;甘枪蜗x基因表達和階段轉(zhuǎn)換的重要調(diào)控子[10]。除此之外,一些他汀類藥物、維生素D、細胞活素類物質(zhì)如 IFN-γ、TNF-α、IL-1-α、IL-6 和抗菌肽等均表現(xiàn)出很好的抗弓形蟲活性,并且與其他抗弓形蟲藥物合用具有很好的協(xié)同作用。

    5 藥物靶點

    確定藥物靶點對研發(fā)新藥和尋找先導(dǎo)化合物具有重要意義,而且有助于了解藥物作用機制,為優(yōu)化藥物設(shè)計、提高研發(fā)效率奠定基礎(chǔ)。迄今為止,對弓形蟲的藥物靶標不甚明了,所以抗弓形蟲藥物研究進展緩慢。弓形蟲病對人獸危害嚴重,傳統(tǒng)的干擾弓形蟲葉酸合成類藥物雖然發(fā)揮了重要作用,但這些藥物不能完全治愈,而且毒副作用大,因此,尋找新的特異性藥物靶標已經(jīng)迫在眉睫。近年來隨著分子生物學的發(fā)展和人們對弓形蟲病研究的不斷深入,一些新的潛在藥物靶點不斷發(fā)現(xiàn)(表1),其中弓形蟲體內(nèi)脂質(zhì)合成途徑和一些特異性酶類值得關(guān)注,同時,弓形蟲體內(nèi)的獨特生理結(jié)構(gòu)(如尖形頂端)和生化反應(yīng)途徑等也具有重要的研究價值。

    表1 弓形蟲體內(nèi)潛在的藥物靶點Table 1 Potential drug targets in Toxoplasma gondii

    6 前景和展望

    弓形蟲在藥物或免疫系統(tǒng)的作用下可由速殖子轉(zhuǎn)化成緩殖子,并形成包囊以抵御藥物攻擊。而在停藥后或機體免疫力低下時,可由緩殖子轉(zhuǎn)化成速殖子并迅速繁殖,引起機體病變。由于一般藥物只能殺滅速殖子而對包囊內(nèi)的緩殖子無作用,所以弓形蟲病很容易復(fù)發(fā),難以完全治愈。因此,發(fā)現(xiàn)一種活性高、毒性低、能完全殺滅弓形蟲緩殖子、清除包囊的藥物將是今后抗弓形蟲藥物研究的重點和難點。近年來,人們應(yīng)用現(xiàn)代分子生物學技術(shù)對弓形蟲生理生化特性進行了大量和深入的研究,特別是針對弓形蟲體內(nèi)獨有結(jié)構(gòu)的研究,為新藥研發(fā)提供理論和實驗依據(jù)。另外,一些特異的生化反應(yīng)路徑和酶類將成為今后抗弓形蟲藥物研究的重要資源。而一些抗病原微生物尤其是抗寄生蟲新藥的發(fā)現(xiàn)及臨床上的聯(lián)合用藥,將為今后弓形蟲病的防治提供重要的思路和方法。

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