喹諾酮類藥物作用的生理和遺傳的分子機制

馬好

·綜述·

喹諾酮類藥物作用的生理和遺傳的分子機制

馬好

現(xiàn)階段，應(yīng)用較為廣泛的一種廣譜抗生素便是氟喹諾酮類藥物，在世界的抗生素類的藥物市場上它占了大概18%的比重。氟喹諾酮類藥物不僅能夠迅速的殺菌，同時還有一個規(guī)模較大的衍生物庫，為藥物的換代更新創(chuàng)造了有利條件。然而，此類衍生物在代謝的過程、殺菌速度方面對蛋白合成的依賴性及對氧的需求各不相同。根據(jù)藥物作用之后細(xì)菌分子遺傳層面所表現(xiàn)出來的應(yīng)答特點我們能夠分析出不同的衍生物的深層次的作用體制，能夠為研制療效更好的新型的喹諾酮類藥物創(chuàng)造條件。活性氧簇、染色體的片段化、細(xì)菌程序性的死亡、霉素-抗霉素的系統(tǒng)及SOS應(yīng)答等新的機制在某種程度上參與了喹諾酮類藥物殺菌的過程。筆者在本文中著重分析了喹諾酮作用的“二步特征”。引入這一特征不僅能夠更好的理解各種喹諾酮類藥物所具有的殺菌特點，同時還有利于新型喹諾酮類藥物的研發(fā)。

喹諾酮類藥物;遺傳;分子機制

現(xiàn)階段，應(yīng)用較為廣泛的一種廣譜抗生素便是氟喹諾酮類藥物，氟喹諾酮類藥物不僅能夠迅速的殺菌，同時還有一個規(guī)模較大的衍生物庫，為藥物的換代更新創(chuàng)造了有利條件。各代的喹諾酮類藥物在細(xì)菌方面的殺傷體制是互不相同的:在低氧或者是蛋白質(zhì)的合成停滯的情況下，第一代的喹諾酮類藥物(萘啶酸)是不具備殺菌的功能的，但像莫西沙星等新一代的氟喹諾酮類藥物的殺菌功能卻不受制于上述這兩種條件。盡管，喹諾酮類的藥物均會在細(xì)菌Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶上發(fā)生作用，然而殺菌的途徑或許會由于修飾基團各異。筆者分析了喹諾酮類的藥物所具有的深層次的作用機制，得出喹諾酮類的藥物存在特征各異兩個作用階段。這或許是各喹諾酮類的藥物有著不同的殺菌效果的藥動學(xué)方面的原因。

1 喹諾酮類藥物主要的靶點

細(xì)菌的兩種Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶是喹諾酮類藥物主要的靶點。對原核生物而言，Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶借助于負(fù)超螺旋的引入使調(diào)節(jié)DNA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能得以實現(xiàn)［1］。除古菌的拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ，別的Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶均為ⅡA型拓?fù)洚悩?gòu)酶，存在蛋白結(jié)構(gòu)與一級結(jié)構(gòu)上的同源性，然而作用卻各異。topoisomeraseⅣ(拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ)與DNA gyrase(DNA解旋酶)是細(xì)菌基因組一般編碼的ⅡA型拓?fù)洚悩?gòu)酶的兩種類型。喹諾酮類藥物主要靶向細(xì)菌的兩種Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶，借助于對酶催化反應(yīng)的干擾來達(dá)到殺菌的目的。

2 各代喹諾酮類藥物和細(xì)胞致死的不同途徑

喹諾酮類藥物有一個龐大的衍生物庫［2］，下圖1反映了其典型的幾種結(jié)構(gòu)。各喹諾酮類藥物在殺菌方面的特點各異，殺傷效果因厭氧條件與氯霉素等條件的不同而不同，且不同的喹諾酮類藥物有不同的殺菌途徑。

圖1 典型的幾種喹諾酮類藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)

3 斷裂復(fù)合體和喹諾酮類藥物的殺菌作用

3.1 斷裂復(fù)合體的形成 拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ或者DNA解旋酶引發(fā)了DNA的雙鏈斷裂，同時共價結(jié)合至斷裂的 DNA 5'端［3］，酶-DNA復(fù)合物由此形成。喹諾酮類藥物能夠和酶-DNA復(fù)合物快速結(jié)合，在結(jié)合之后，DNA緩慢的斷裂。我們也能夠理解為喹諾酮類藥物把Ⅱ型拓?fù)洚悩?gòu)酶牢牢的套在了DNA上，斷裂復(fù)合體得以形成。

4 染色體的片段化和細(xì)菌的快速死亡

4.1 染色體的片段化 在整個染色體上散布著斷裂復(fù)合體，DNA片段因其在斷裂復(fù)合體里的釋放會產(chǎn)生出染色體片段，且使細(xì)菌死亡。該假設(shè)起初的證據(jù)是源于關(guān)于染色體超螺旋的研究。所以染色體的片段化和細(xì)胞的死亡存在一種極為直接的關(guān)系。

4.2 斷裂復(fù)合體的去穩(wěn)定化介導(dǎo)喹諾酮類藥物迅速的消滅細(xì)菌 染色體的片段化或許是借助于“自殺因子”對斷裂復(fù)合體進行攻擊的，斷裂DNA在被釋放之后，引發(fā)了細(xì)菌染色體的片段化，細(xì)菌因此被消滅。對于喹諾酮類藥物而言，其主要具有兩種不同的快速殺傷體制:一種無需蛋白質(zhì)合成;另一種則是需要蛋白質(zhì)合成的。

5 活性氧簇和喹諾酮致死功能的放大

諾氟沙星有著較為復(fù)雜的致死作用。有研究者通過致死途徑單一的奧索利酸對活性氧簇的功能進行了分析。硫脲或2，2'-聯(lián)吡啶嚴(yán)重制約了奧索利酸的致死活性，然而其是無法影響染色體的片段化的，僅有氯霉素給喹諾酮類藥物所造成的殺菌作用的抑制是借助于對染色體片段化的制約得以完成的。且喹諾酮類藥物所具有的殺菌過程存在不同的兩種途徑，此種借助于解旋酶亞基解離引發(fā)的致死活性和因活性氧簇的產(chǎn)生而獲得的殺菌活性相互獨立。

6 小結(jié)

根據(jù)對相關(guān)研究的分析，我們發(fā)現(xiàn):喹諾酮類藥物介導(dǎo)的細(xì)菌快速死亡的直接原因并不是對細(xì)菌DNA的復(fù)制。喹諾酮的致死作用包括兩階段性:第一階段為形成斷裂復(fù)合體，對細(xì)菌DNA的復(fù)制進行抑制，引發(fā)SOS反應(yīng)，借助于部分次級損傷來消滅細(xì)菌細(xì)胞。去垢劑的應(yīng)用能夠讓業(yè)已形成的斷裂復(fù)合體逐漸的向正常狀態(tài)恢復(fù)，抑菌狀態(tài)由此解除。第二個階段為斷裂的DNA借助于某種方式由斷裂復(fù)合體里釋放，大量染色體的片段得以形成，以此來殺滅細(xì)菌。筆者實驗室專注于對斷裂復(fù)合體穩(wěn)定的蛋白破壞的研究，即與氟喹諾酮類藥物能夠迅速殺菌有關(guān)聯(lián)的蛋白。這將在很大程度上有助于對斷裂復(fù)合體釋放其所包含的斷裂DNA片段問題的分析研究，為改良氟喹諾酮類藥物的工作創(chuàng)造了條件。

［1］ 謝建平，何穎.喹諾酮類藥物作用的生理和遺傳的分子機制．中國療養(yǎng)醫(yī)學(xué)，2005，1(2):23-24．

［2］ 劉云剛，李麗.基因突變與結(jié)核分支桿菌對喹諾酮類藥物耐藥性的研究進展．中國防癆雜志，2004，1(1):33-35．

［3］ 孫云輝，王云凱.喹諾酮類藥物的不良反應(yīng)研究進展．四川生理科學(xué)雜志，2003，4(1):8-9．

454000焦作煤業(yè)(集團)有限責(zé)任公司中央醫(yī)院

3.2 斷裂復(fù)合體對DNA復(fù)制的抑制 斷裂復(fù)合體的形成過程會對合成DNA的過程產(chǎn)生抑制。在喹諾酮靶點給DNA解旋酶的情況下，當(dāng)藥物和靶點結(jié)合之后便能迅速的抑制DNA的合成。斷裂復(fù)合體與復(fù)制叉間的沖突是抑制DNA合成的主要原因。然而，喹諾酮類藥物在快速抑制合成DNA的方面存在可逆性。