多黏菌素類藥物誘導(dǎo)神經(jīng)毒性的機(jī)制研究進(jìn)展

曲星伊， 劉笑芬， 張 菁,*

20世紀(jì)70年代，多黏菌素類藥物因其嚴(yán)重的腎毒性和神經(jīng)毒性，逐漸在臨床上少用或不用，截止2016年國內(nèi)尚無全身使用的該類藥物。革蘭陰性耐藥菌檢出率的劇增導(dǎo)致重癥感染患者面臨無藥可用的局面，而多黏菌素類藥物對(duì)上述耐藥菌具有良好的抗菌活性，因此被重新用于臨床[1]。相較于腎毒性，多黏菌素誘導(dǎo)神經(jīng)毒性的機(jī)制研究較少[2]。神經(jīng)系統(tǒng)中多元不飽和脂肪含量及氧需求量更高，容易受到藥物損傷[3]。臨床上多黏菌素類藥物誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性主要表現(xiàn)為意識(shí)模糊、頭暈、面部和外周感覺異常、視覺障礙、肌無力、幻覺、眩暈、癇性發(fā)作和共濟(jì)失調(diào)等[2,4]，常在治療5 d內(nèi)出現(xiàn)[5-6]，通?？赡鎇7]。2020年Wagenlehner等[8]統(tǒng)計(jì)多黏菌素類藥物誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性總發(fā)生率約為3%，相較于上世紀(jì)文獻(xiàn)報(bào)道的27%顯著較低[9]，這可能歸結(jié)于臨床用藥方案的改進(jìn)[2,8]。但臨床上多黏菌素類藥物神經(jīng)毒性的實(shí)際發(fā)生率常被低估[2,10-11]，輕微神經(jīng)毒性不良反應(yīng)未受重視、昏迷或鎮(zhèn)靜狀態(tài)的重癥患者神經(jīng)功能異常難以被察覺等是被低估的可能原因[8]。與既往的綜述報(bào)道不同[2,12]，近年來因多黏菌素類藥物致呼吸肌麻痹從而產(chǎn)生呼吸衰竭的嚴(yán)重不良反應(yīng)病例，僅2011—2020年就報(bào)道了至少10例[7,13-20]。呼吸衰竭常在藥物輸注中發(fā)生，如果處理不及時(shí)會(huì)嚴(yán)重威脅到患者的生命。因此多黏菌素類藥物的神經(jīng)毒性仍然需要引起臨床用藥的重視。

臨床應(yīng)用的多黏菌素類藥物包括硫酸黏菌素（多黏菌素E）（僅國內(nèi)有品種）、多黏菌素甲磺酸鹽（前藥，活性成分為多黏菌素E）、多黏菌素B三種[21]，其中多黏菌素B神經(jīng)毒性的發(fā)生率高于多黏菌素E，但無顯著差異[11]。在特定人群中，囊性纖維化患者[4,22]和女性患者[2,5]發(fā)生神經(jīng)毒性的概率更高，具體原因尚不清楚。囊性纖維化患者神經(jīng)毒性可能與多黏菌素B具有一定關(guān)聯(lián)[22]。研究多黏菌素類藥物誘導(dǎo)神經(jīng)毒性的分子機(jī)制，有利于避免毒理機(jī)制相似的藥物同時(shí)使用，對(duì)于臨床制定合理給藥方案、避免不必要的不良反應(yīng)和通過藥物緩解多黏菌素類藥物的神經(jīng)毒性具有重要作用。

1 多黏菌素類藥物在血腦屏障和神經(jīng)細(xì)胞中的轉(zhuǎn)運(yùn)

由于健康人血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞間緊密相連，多黏菌素類藥物很難透過血腦屏障進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，腦脊液中藥物濃度很低[23]。革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞膜的脂多糖（LPS）可破壞血腦屏障，提高多黏菌素的轉(zhuǎn)運(yùn)水平[24-25]。除此之外，連續(xù)靜脈給藥導(dǎo)致的多黏菌素在腦膜炎患者腦實(shí)質(zhì)中的蓄積[26-28]，可能還與多黏菌素類藥物在大腦中的長(zhǎng)半衰期有關(guān)[29]。外排轉(zhuǎn)運(yùn)體P-糖蛋白（P-gp）對(duì)多黏菌素在血腦屏障的轉(zhuǎn)運(yùn)影響極小[30]，但發(fā)現(xiàn)腎小管細(xì)胞通過寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（PEPT）和有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（OCTN1）攝取多黏菌素進(jìn)入細(xì)胞[31-32]，腦微血管細(xì)胞中也表達(dá)這兩種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[33]，它們可能參與了多黏菌素類藥物進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)的過程[27]，但是中樞神經(jīng)系統(tǒng)毒性是否與這兩種轉(zhuǎn)運(yùn)體有關(guān)仍需進(jìn)一步確定。

相較于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，多黏菌素周圍神經(jīng)系統(tǒng)毒性的發(fā)生率更高，并以外周感覺異常為主[2,8]，主要與周圍神經(jīng)細(xì)胞缺乏血腦屏障的保護(hù)，對(duì)多黏菌素的暴露可能更敏感有關(guān)[34]。然而多黏菌素的周圍神經(jīng)系統(tǒng)毒性的機(jī)制[35]，仍有待進(jìn)一步研究[3]。

2 多黏菌素類藥物誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙

多黏菌素類藥物誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性與活性氧（reactive oxygen species， ROS）水平升高，抗氧化酶如超氧化物歧化酶（superoxidase， SOD）、過氧化氫酶（catalase， CAT）、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶（glutathione transferase， GST）活性降低有關(guān)[36-38]。多黏菌素類藥物處理的大鼠腦內(nèi)氧化應(yīng)激主要標(biāo)志物發(fā)生顯著變化，丙二醛（MDA）水平及DNA損傷片段含量呈劑量依賴性增加，15 mg/kg給藥組谷胱甘肽（GSH）水平降低一半、Caspase-3含量升高12倍[38]。

線粒體在維持細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)和髓鞘軸突的結(jié)構(gòu)完整性中具有關(guān)鍵作用[39-40]。多黏菌素類藥物誘導(dǎo)線粒體功能障礙主要表現(xiàn)為細(xì)胞色素C（cytochorme C，CytC）釋放、Bax/Bcl-2蛋白升高和線粒體膜電位下降[28，36，41-42]。多黏菌素會(huì)使PC-12、N2a細(xì)胞受到氧化損傷，出現(xiàn)紡錘體樣收縮和樹突破碎等形態(tài)學(xué)改變[36，43]。

靜脈注射多黏菌素后，小鼠出現(xiàn)大腦皮層、脊髓和坐骨神經(jīng)細(xì)胞線粒體腫脹和電生理異常[3，28，44]、坐骨神經(jīng)脫髓鞘和軸突變性的現(xiàn)象與氧化應(yīng)激有關(guān)[44]。Islam[45]認(rèn)為共濟(jì)失調(diào)也與氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙相關(guān)，但目前沒有研究證明多黏菌素類藥物在其中的作用。

3 多黏菌素類藥物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和相關(guān)的自噬通路

經(jīng)多黏菌素類藥物處理后，細(xì)胞出現(xiàn)大量染色質(zhì)濃縮和DNA損傷片段，提示誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[36]。自噬對(duì)多黏菌素誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡早期可能具有調(diào)節(jié)作用[46]，自噬阻斷或延遲了細(xì)胞凋亡的產(chǎn)生，而凋亡相關(guān)caspase的激活則關(guān)閉了自噬的過程[47-48]。

p53在細(xì)胞凋亡和自噬中起關(guān)鍵作用，Zhang等[49]和Lu等[50]對(duì)p53在多黏菌素類藥物在細(xì)胞凋亡中發(fā)揮的誘導(dǎo)和抑制雙重作用作了闡述。盡管多黏菌素可以上調(diào)PC-12細(xì)胞中p53、DRAM、PUMA、Bax的表達(dá)水平[51]，但p53在多黏菌素誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性中的具體作用仍有待研究，不能作為神經(jīng)毒性的保護(hù)靶點(diǎn)[50]。與p53的雙重作用類似，JNK的早期激活促進(jìn)PC-12細(xì)胞自噬，而持續(xù)性激活則誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[52-53]。有研究表明，JNK參與多黏菌素誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性，并與ROS和p53形成正反饋環(huán)，共同調(diào)節(jié)細(xì)胞的自噬和凋亡[52]。

Akt信號(hào)通路是調(diào)節(jié)中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)信號(hào)通路的關(guān)鍵因子[54]，抑制Akt的表達(dá)可明顯增強(qiáng)多黏菌素類藥物的細(xì)胞毒性，提示Akt在多黏菌素的誘導(dǎo)神經(jīng)毒性中具有保護(hù)作用[55-56]。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，多黏菌素可以抑制N2a、PC-12和RSC96 Schwann細(xì)胞中Akt和mTOR的mRNA的水平[49，55-56]，而Akt及其下游基因mTOR可以調(diào)節(jié)外周神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘的形成[57-58]，提示多黏菌素類藥物誘導(dǎo)的外周神經(jīng)系統(tǒng)毒性可能與Akt信號(hào)通路有關(guān)。

葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白（Grp78）是一種細(xì)胞伴侶和鈣結(jié)合蛋白，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致異常蛋白積累時(shí)表達(dá)增高[59]。多黏菌素明顯增加小鼠大腦皮質(zhì)中的Grp78的表達(dá)，說明內(nèi)質(zhì)網(wǎng)凋亡通路參與多黏菌素誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性[31，55]。在大鼠腎小管細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了多黏菌素B與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體存在共定位[60]，在神經(jīng)細(xì)胞中暫無相關(guān)研究。

4 多黏菌素類藥物誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)異常

多黏菌素通過誘導(dǎo)NF-κB和TNF-α等促炎癥介質(zhì)生成[61-62]，在大腦中誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥[63-64]。多黏菌素還使腦內(nèi)神經(jīng)型一氧化氮合酶（nNOS）含量升高，過量產(chǎn)生一氧化氮（NO），而NO通過誘導(dǎo)神經(jīng)元細(xì)胞產(chǎn)生活性氮介導(dǎo)神經(jīng)毒性[62]。NF-κB、TNF-α、NO等介質(zhì)的作用可能導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞死亡，產(chǎn)生神經(jīng)毒性和認(rèn)知障礙[45]，與多黏菌素類藥物誘導(dǎo)的意識(shí)模糊、共濟(jì)失調(diào)等神經(jīng)毒性可能相關(guān)。

此外，多黏菌素使小鼠神經(jīng)元的感覺神經(jīng)傳導(dǎo)速度（sensory nerve conduction velocity， SNCV）降低和感覺功能異常[26]，多表現(xiàn)為瘙癢感[65]，可能與組胺有關(guān)[66]，推測(cè)組胺釋放可能在多黏菌素類藥物誘導(dǎo)的外周感覺異常（包括瘙癢）中發(fā)揮重要作用[2，26,67]。

5 多黏菌素類藥物誘導(dǎo)神經(jīng)遞質(zhì)紊亂

靜脈注射多黏菌素使小鼠大腦皮層中谷氨酸、γ-氨基丁酸（GABA）增加，GABA受體表達(dá)增強(qiáng)[27]。當(dāng)聯(lián)合應(yīng)用多黏菌素和谷氨酸時(shí)，可導(dǎo)致周圍神經(jīng)變性萎縮[68]。多黏菌素類藥物可能通過NMDA通路，降低鈣調(diào)素的表達(dá)并提高雞皮質(zhì)神經(jīng)元內(nèi)游離鈣濃度[42]。高濃度的谷氨酸使NMDA受體過度激活，導(dǎo)致Na+和Ca2+內(nèi)流增加，誘導(dǎo)線粒體氧化應(yīng)激的產(chǎn)生及caspase的激活[69-71]。然而，多黏菌素類藥物誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡與谷氨酸及其受體水平變化之間的確切關(guān)系還有待進(jìn)一步確認(rèn)[27]。

除了谷氨酸和GABA外，多黏菌素類藥物能夠以劑量依賴性的方式增加膽堿能、單胺能、嘌呤能神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，引起大鼠腦內(nèi)血管擴(kuò)張和細(xì)胞核凝聚[27]。而多黏菌素抑制神經(jīng)細(xì)胞釋放乙酰膽堿，導(dǎo)致的乙酰膽堿在細(xì)胞內(nèi)積聚，曾被認(rèn)為是多黏菌素誘導(dǎo)神經(jīng)肌肉阻滯，產(chǎn)生呼吸暫停不良反應(yīng)的重要原因之一[2]。而多種神經(jīng)遞質(zhì)的釋放增加可能打破腦內(nèi)原有的興奮-抑制平衡，引起一系列中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，如癲癇[72]、視覺障礙[73]等。多黏菌素類藥物誘導(dǎo)神經(jīng)毒性的分子機(jī)制見圖1。

圖1 多黏菌素類藥物誘導(dǎo)神經(jīng)毒性的分子機(jī)制圖Figure 1 Molecular mechanism of polymyxins-induced neurotoxicity

6 多黏菌素類藥物神經(jīng)毒性的緩解

一些研究者推薦使用靜脈注射鈣劑、抗組胺藥對(duì)抗多黏菌素B的神經(jīng)毒性[74]，也有研究者認(rèn)為肝素可以降低多黏菌素E誘導(dǎo)實(shí)驗(yàn)小鼠呼吸暫停導(dǎo)致的死亡率[75]。近年來已經(jīng)報(bào)道多種藥物可以通過對(duì)抗氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)及調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)含量等方式，緩解多黏菌素E誘導(dǎo)神經(jīng)毒性。

姜黃素是提取自姜科植物根莖中的二酮類化合物，細(xì)胞和動(dòng)物水平的研究均表明姜黃素可以通過減輕氧化應(yīng)激、炎癥和細(xì)胞凋亡而減輕多黏菌素E的神經(jīng)毒性[61，76-78]。其他中草藥提取物如紅景天苷[56]、人參皂苷[79]、蘆丁[80]等也具有緩解多黏菌素神經(jīng)毒性的作用。上述中草藥提取物具有一定的抗菌作用，多黏菌素與之聯(lián)合應(yīng)用可能會(huì)有額外的臨床獲益，但還需要更多的體外及臨床前研究數(shù)據(jù)。免疫抑制劑雷帕霉素[55]和抗生素米諾環(huán)素[37]通過對(duì)抗多黏菌素誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、線粒體功能障礙和細(xì)胞凋亡緩解其神經(jīng)毒性，其中米諾環(huán)素與多黏菌素聯(lián)合應(yīng)用具有協(xié)同抗菌作用且有利于減緩耐藥性發(fā)展[81-82]。此外，具有還原性的抗壞血酸[83]和神經(jīng)保護(hù)劑神經(jīng)生長(zhǎng)因子[35]也可以減輕多黏菌素的神經(jīng)毒性。

7 結(jié)論

多黏菌素類藥物是目前臨床上治療多重耐藥革蘭陰性菌感染的重要抗菌藥物，臨床用藥時(shí)，尤其是同時(shí)使用其他已知腎毒性或神經(jīng)毒性藥物的情況下，應(yīng)當(dāng)注意監(jiān)測(cè)患者的腎功能和神經(jīng)狀態(tài)，根據(jù)臨床情況進(jìn)行治療藥物監(jiān)測(cè)，盡可能減少不良反應(yīng)的發(fā)生。對(duì)危重患者出現(xiàn)呼吸無力或呼吸暫停的現(xiàn)象要具有高度的察覺能力[7]，當(dāng)出現(xiàn)呼吸暫停等嚴(yán)重不良事件時(shí)立刻采取停藥、加速藥物清除和適當(dāng)?shù)闹С中灾委?。盡管使用鞘內(nèi)注射或腦室內(nèi)注射多黏菌素類藥物的方法既可以達(dá)到腦內(nèi)的有效濃度又可以避免外周濃度過高導(dǎo)致的腎毒性和外周神經(jīng)毒性，臨床給藥仍需注意給予合適的劑量并關(guān)注不良反應(yīng)的發(fā)生[84]?？傊?，盡管多黏菌素類藥物神經(jīng)毒性的分子機(jī)制研究尚不明確，但已有的研究仍可以為臨床方案制定和風(fēng)險(xiǎn)防范提供一些參考，如避免合用具有相似神經(jīng)毒性的藥物，聯(lián)合應(yīng)用有緩解神經(jīng)毒性作用的藥物等。