肺炎的控制：從氯喹到替米考星

譚 濤

[禮藍(lán)(上海)動(dòng)物保健有限公司，上海 200003]

1 氯喹(Chloroquine，CQ)及其衍生物為何能用于治療新型冠狀病毒肺炎

隨著新型冠狀病毒肺炎 (以下簡(jiǎn)稱“新冠肺炎”) 病毒疫苗的使用，新冠病毒傳播得到控制只是時(shí)間的問題。但是，在新冠肺炎疫情暴發(fā)之初無疫苗的時(shí)候，為了減少患者的損傷，全球醫(yī)學(xué)界試用了各種藥物，如α-干擾素(廣譜抗病毒)、利托那韋(又稱“克力芝”，可抑制病毒轉(zhuǎn)錄和翻譯)、瑞德西韋(可抑制病毒RNA合成酶的活性)和阿比多爾(血凝素抑制劑)等。然而，其中一種名叫氯喹的藥物頗引人注目，該藥是一種用于抗寄生蟲感染的老藥，我國(guó)醫(yī)生推薦用于治療新冠肺炎。在新冠肺炎疫情暴發(fā)初期，美國(guó)食品與藥品管理局也發(fā)布了一份醫(yī)藥產(chǎn)品緊急使用授權(quán)名單，批準(zhǔn)氯喹及其衍生物羥氯喹可用于治療某些新冠肺炎病例。目前，印度的新冠肺炎疫情很嚴(yán)重，針對(duì)缺少新冠病毒疫苗的狀況，該國(guó)也使用阿維菌素和氯喹對(duì)患者進(jìn)行治療。筆者查閱與氯喹相關(guān)的一些文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，早在1996年研究人員已發(fā)現(xiàn)氯喹在體外試驗(yàn)中能夠有效抑制豬繁殖與呼吸綜合征病毒(Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome Virus，PRRSV)，氯喹對(duì)新冠病毒和PRRSV的抑制機(jī)理有相似之處，下文首先闡述氯喹為何能用于治療新冠肺炎。

氯喹是一種抗瘧原蟲的藥物，其前體來自金雞納樹皮中的抗瘧成分——奎寧，后來德國(guó)拜耳公司在奎寧的基礎(chǔ)上合成了氯喹這種療效更高的抗瘧原蟲藥物。而羥氯喹是氯喹的衍生物，與氯喹相比，毒性更小、療效更高，抗瘧疾的機(jī)理相似。從20世紀(jì)80年代起，國(guó)外諸多研究表明，氯喹在體外試驗(yàn)中能有效殺滅引發(fā)艾滋病、登革熱、丙肝、基孔肯雅熱、A型流感、新城疫、口蹄疫、非典型性肺炎、中東呼吸綜合征等在內(nèi)的多種病毒，能抑制這些病毒在細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制。體外研究也證實(shí)了氯喹對(duì)非典型性肺炎有效。

氯喹及其衍生物的分子含有弱堿性基團(tuán)，并具有獲取質(zhì)子的趨向性，在動(dòng)物體內(nèi)會(huì)向酸性區(qū)域富集，尤其是在溶酶體中(包括機(jī)體細(xì)胞溶酶體和瘧原蟲溶酶體)，溶酶體中的氯喹濃度可以達(dá)到細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞外培養(yǎng)液中濃度的 1 000倍。

氯喹及其衍生物對(duì)新冠肺炎的治療機(jī)理有三個(gè)方面：

⑴ 降低溶酶體內(nèi)的pH，抑制病毒的復(fù)制。很多病毒通過胞吞、膜融合進(jìn)入細(xì)胞，在內(nèi)體囊泡中短暫停留，此時(shí)需要依賴宿主細(xì)胞溶酶體、內(nèi)體、囊泡內(nèi)的生化酶來裂解病毒衣殼，從而將遺傳物質(zhì)釋放到細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行復(fù)制。這些酶需要在低pH的酸性環(huán)境下才能被激活。氯喹及其衍生物進(jìn)入機(jī)體后向酸性區(qū)域富集，尤其是溶酶體、囊泡、內(nèi)體、高爾基小泡等低pH的細(xì)胞器內(nèi)，提高這些區(qū)域的pH，導(dǎo)致依賴低pH激活的生化酶功能受到抑制，從而抑制病毒在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生脫衣殼作用，減緩病毒基因組釋放到胞質(zhì)內(nèi)啟動(dòng)復(fù)制(圖1)。氯喹在細(xì)胞內(nèi)酸性區(qū)域富集和升高pH的特性，是其抗病毒作用的關(guān)鍵途徑。這種pH調(diào)節(jié)作用可以減緩病毒復(fù)制的速度，給機(jī)體免疫系統(tǒng)爭(zhēng)取時(shí)間，讓機(jī)體逐漸產(chǎn)生足夠的免疫力，最終通過自身免疫力清除病原。

⑵ 氯喹會(huì)影響新冠病毒的受體。新冠病毒以呼吸道上皮細(xì)胞表面的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2 (Angiotensin Converting Enzyme，ACE2)蛋白分子為受體感染細(xì)胞。體外試驗(yàn)表明，氯喹能夠影響非洲綠猴腎上皮細(xì)胞表面ACE2分子的糖基化，糖基化水平降低的ACE2不能有效介導(dǎo)非典型性肺炎病毒感染細(xì)胞的過程。ACE2的糖基化在病毒與易感細(xì)胞的結(jié)合中起著重要的作用。這也是為什么降低ACE2的糖基化水平能夠抑制冠狀病毒對(duì)細(xì)胞的入侵。

⑶ 氯喹可以減輕新冠肺炎患者的炎癥反應(yīng)。動(dòng)物機(jī)體的免疫系統(tǒng)是一把雙刃劍，正常水平的免疫反應(yīng)對(duì)機(jī)體抵抗外來病原微生物必不可少，而過度的免疫應(yīng)答反應(yīng)則會(huì)導(dǎo)致免疫系統(tǒng)攻擊動(dòng)物自身的正常組織和器官，導(dǎo)致各種自體免疫。氯喹的抑制作用主要有兩種：一種是降低溶酶體等細(xì)胞器的酸性環(huán)境(使溶酶體的pH升高)，影響抗原呈遞細(xì)胞的抗原呈遞能力；另一種是降低巨噬細(xì)胞分泌的炎癥因子[主要是白細(xì)胞介素-1(Interleukin-1，IL-1)和IL-6]，從而起到減輕炎癥的作用。在新冠病毒導(dǎo)致的肺炎癥狀中，個(gè)別病人由于病毒感染引發(fā)了“細(xì)胞因子風(fēng)暴”，正常肺部組織被嚴(yán)重破壞，而氯喹可以在一定程度上減輕肺部炎癥。法國(guó)醫(yī)療人員使用氯喹和阿奇霉素來治療患新冠肺炎的病人，可以快速地讓病人的新冠病毒核酸陽性轉(zhuǎn)為陰性(圖2)。

2 替米考星用于治療豬繁殖與呼吸綜合征及其繼發(fā)感染

Kretuz等在1996年進(jìn)行了一項(xiàng)體外試驗(yàn)，結(jié)果顯示氯喹可以抑制PRRSV的復(fù)制，機(jī)理是PRRSV需要在酸性環(huán)境中才能更好地完成在MARC-145細(xì)胞的胞吞作用。在動(dòng)物抗生素中，替米考星具有類似氯喹的作用，其控制豬呼吸道疾病的原理如下：

⑴ 控制呼吸道尤其是肺部的細(xì)菌性感染。替米考星是一種大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，用于治療動(dòng)物呼吸道系統(tǒng)疾病，對(duì)豬的支原體肺炎、放線桿菌胸膜肺炎以及巴氏桿菌病有很好的療效。因此，替米考星既可以控制這些細(xì)菌性疾病的原發(fā)感染，又可以控制病毒性疾病暴發(fā)后這些細(xì)菌病的繼發(fā)感染。

⑵ 對(duì)PRRSV的間接抑制作用。多項(xiàng)研究表明，替米考星能間接抑制PRRSV的復(fù)制。其抑制病毒復(fù)制的機(jī)理和氯喹一樣，都是通過改變細(xì)胞內(nèi)體和溶酶體的pH來實(shí)現(xiàn)的。PRRSV和新冠病毒都是單股正鏈RNA病毒，感染細(xì)胞和復(fù)制的過程也十分相似。巨噬細(xì)胞是PRRSV的靶細(xì)胞，表面存在PRRSV的多種受體，有CD163、硫酸肝素、波形蛋白、CD151和唾液酸黏附素。PRRSV能夠識(shí)別這些特異性受體，并通過受體介導(dǎo)的胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞。PRRSV進(jìn)入細(xì)胞后形成內(nèi)體和溶酶體，在溶酶體內(nèi)蛋白水解酶的作用下釋放衣殼內(nèi)部的遺傳物質(zhì)，繼而在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)進(jìn)行復(fù)制(圖3)。

蛋白水解酶的激活需要中性或低pH環(huán)境。替米考星向酸性的溶酶體內(nèi)富集，其在溶酶體內(nèi)的數(shù)量可以占整個(gè)細(xì)胞內(nèi)含量的85%；替米考星帶有2個(gè)堿性基團(tuán)，因此可升高溶酶體內(nèi)部的pH，抑制蛋白水解酶的激活，減弱病毒的脫衣殼作用，減緩復(fù)制速度。Du等將替米考星與多種抗病毒藥物如氯喹、金剛烷胺、維拉帕米和氯化銨進(jìn)行體外對(duì)比試驗(yàn)，證明替米考星具有和這幾種抗病毒藥物相似的抑制PRRSV的效果，無論對(duì)北美型PRRSV還是歐洲型PRRSV，都成功地降低了病毒的細(xì)胞感染量和核酸含量(圖4)。

體內(nèi)試驗(yàn)也證實(shí)了替米考星對(duì)PRRSV的作用。Lin等在中國(guó)臺(tái)灣和廣州的豬場(chǎng)進(jìn)行了對(duì)照試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，將保育豬分成試驗(yàn)組和對(duì)照組，試驗(yàn)組保育豬斷奶后3周連續(xù)使用替米考星，對(duì)照組保育豬不使用替米考星；隨后，在4周、6周、8周、10周、12周對(duì)豬采血，定量檢測(cè)PRRSV水平。使用替米考星的豬血液中PRRSV的載量顯著低于不加替米考星的豬(圖5)，日增重也更高。

⑶ 減輕炎癥反應(yīng)。PRRSV的感染可以造成炎癥反應(yīng)，剖檢時(shí)可以見到肺臟腫脹、顏色變深以及實(shí)變(圖6)；微觀病變表現(xiàn)為間質(zhì)性肺炎，鏡檢可見單核細(xì)胞浸潤(rùn)造成的肺泡隔膜增厚，細(xì)支氣管周和血管周出現(xiàn)血管阻塞、出血，肺臟細(xì)胞肥大和增生，炎癥細(xì)胞和壞死組織在肺泡腔內(nèi)增加，淋巴濾泡增生、肥大(圖7)。這種炎癥反應(yīng)不僅出現(xiàn)在肺臟，還出現(xiàn)在其他的器官和組織，如心臟、腦部、脾臟和淋巴結(jié)等，造成心肌炎、腦炎、淋巴組織炎等。

細(xì)胞因子可以造成炎癥反應(yīng)，替米考星可以調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的表達(dá)，從而抑制和減輕炎癥反應(yīng)。同時(shí)，作為大環(huán)內(nèi)酯類藥物，替米考星可以增強(qiáng)吞噬細(xì)胞的吞噬效率，使之更有效地吞噬凋亡細(xì)胞，減少細(xì)胞凋亡和破裂導(dǎo)致的炎性因子釋放，進(jìn)一步減輕炎癥反應(yīng)(圖8)。替米考星還具有免疫調(diào)節(jié)和抗炎作用，能夠抑制“細(xì)胞因子風(fēng)暴”，并能通過免疫調(diào)節(jié)作用，減輕與緩和感染后的臨床癥狀。豬繁殖與呼吸綜合征發(fā)生后往往伴有細(xì)菌性的繼發(fā)感染，這種混合感染往往會(huì)造成嚴(yán)重的肺炎。在實(shí)際臨床應(yīng)用時(shí)，替米考星配合其他藥物可以顯著降低豬繁殖與呼吸綜合征陽性場(chǎng)保育豬的死淘率：在湖北某豬場(chǎng)，保育豬發(fā)生豬繁殖與呼吸綜合征，并繼發(fā)了多種細(xì)菌感染，包括肺炎支原體、副豬嗜血桿菌、豬鏈球菌，使用替米考星和磺胺類藥物后，保育豬的死亡率顯著降低(表1)。

Cao等對(duì)替米考星和泰樂菌素進(jìn)行抗炎效果試驗(yàn)，他們用脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)刺激巨噬細(xì)胞和小鼠外周血單核細(xì)胞(Peripheral Blood Mononuclear Cell，PBMC)，后兩者會(huì)產(chǎn)生一氧化氮(NO)、前列腺素E2(Prostaglandin E2，PGE2)和細(xì)胞因子。與使用5 μg/ mL劑量的療效相比，使用10 μg/mL和20 μg/ mL的替米考星和泰樂菌素治療，顯著降低了6-酮-前列腺素F1、PGE2、NO、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-1β和IL-6的含量，并增加了IL-10的生成。同時(shí)，環(huán)氧合酶2(Cyclooxygenase 2，COX-2)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(Inducible Nitric Oxide Synthase，iNOS)基因表達(dá)也顯著降低。這些結(jié)果說明，大環(huán)內(nèi)酯類藥物可調(diào)節(jié)炎癥過程中涉及的幾種介質(zhì)和細(xì)胞因子的合成，從而發(fā)揮抗炎作用(圖9、圖10和圖11)。

3 小結(jié)

氯喹和替米考星作為親溶酶體類藥物，都具有間接抑制病毒復(fù)制的作用，它們的作用機(jī)理不是直接作用于病毒本身，而是升高巨噬細(xì)胞溶酶體的pH，使病毒的復(fù)制速度減緩。替米考星攜帶的堿性基團(tuán)使其更容易向酸性的溶酶體內(nèi)富集，減弱PRRSV的脫殼作用，降低復(fù)制速度，從而減輕病毒血癥的嚴(yán)重程度，減少豬的排毒。同時(shí)，氯喹和替米考星都可以調(diào)節(jié)炎癥因子的表達(dá)，從而降低炎癥反應(yīng)，減輕肺部的損傷。除了這兩種機(jī)制之外，作為大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，替米考星具有控制細(xì)菌性繼發(fā)感染的作用，使豬群的PRRSV感染以及繼發(fā)的細(xì)菌性疾病都得到控制，在臨床使用時(shí)，可以和磺胺類廣譜抗生素共同使用，以降低感染豬群的死亡率和淘汰率。

疾病的治療是個(gè)復(fù)雜的過程，豬病的治療也是一樣，對(duì)于豬繁殖與呼吸綜合征的控制，除了使用具有針對(duì)性的藥物外，還需要使用安全性高的疫苗、良好的管理、充足的營(yíng)養(yǎng)以及專業(yè)的生物安全等，這樣才能在控制豬繁殖與呼吸綜合征和繼發(fā)感染時(shí)取得更加切實(shí)的效果。