二甲雙胍輔助抗結(jié)核的作用機(jī)制及臨床價(jià)值

李百遠(yuǎn)，李元軍, 2，高非凡

(1.延安大學(xué)附屬醫(yī)院 呼吸內(nèi)科，陜西 延安 716000；2.延安市第二人民醫(yī)院 呼吸與結(jié)核科，陜西 延安 716000)

結(jié)核病作為一種古老而慢性的傳染病，一直以來是我國乃至全球面對的公共衛(wèi)生問題之一，2018年全球結(jié)核病感染人數(shù)維持在1 000萬左右[1]。為在短期內(nèi)有效消除結(jié)核病，單純依靠傳統(tǒng)抗結(jié)核藥物是不夠的，需要更有選擇性、耐受性更好和療程更短的治療方案。體外研究證實(shí)，包括貝達(dá)喹啉、德拉馬尼、利奈唑胺等在內(nèi)的多種新型抗結(jié)核藥物因其獨(dú)特作用機(jī)制在抗結(jié)核治療方面有一定作用，但因臨床研發(fā)成本較高、耗時(shí)較長，目前大多仍處于臨床試驗(yàn)階段，已上市藥物價(jià)格高昂，無法在結(jié)核病患者中廣泛推廣使用[2]。因此，一個(gè)更便捷、更安全但有望在全球獲得廣泛接受的藥物發(fā)現(xiàn)途徑是“藥物重新定位”(尋找現(xiàn)有藥物的新適應(yīng)癥)，它遵循多重藥理學(xué)的原則，即一種藥物可以達(dá)到一個(gè)以上的臨床目標(biāo)。藥物再利用可以大大減少新藥開發(fā)所需的時(shí)間和成本。特別是治療糖尿病的一線藥物——二甲雙胍，作為結(jié)核病宿主定向治療的候選藥物，它可減少結(jié)核相關(guān)的炎癥和肺損傷，以及治療持續(xù)時(shí)間和耐藥率，受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[3]。因此，本文主要就二甲雙胍在結(jié)核病防治中的臨床價(jià)值及作用機(jī)理作一綜述，明確二甲雙胍在結(jié)核病中的應(yīng)用前景。

1 糖尿病與結(jié)核病

糖尿病是結(jié)核病的一個(gè)關(guān)鍵、公認(rèn)的風(fēng)險(xiǎn)因素[4-5]。全球糖尿病患病率在不到30年的時(shí)間里增加了20%，估計(jì)到2040年將有大約6.42億人患有糖尿病[4, 6]。糖尿病及其相關(guān)并發(fā)癥因其漫長的治療周期、高昂的醫(yī)療費(fèi)用，成為全球主要的公共衛(wèi)生問題。糖尿病患者的高血糖狀態(tài)通過以下機(jī)制干擾人體的免疫應(yīng)答：①微血管對炎癥介質(zhì)(如組胺和緩激肽)的反應(yīng)性降低；②肥大細(xì)胞脫顆粒減少；③白細(xì)胞與其他內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用；④釋放腫瘤壞死因子(TNF)-α、白細(xì)胞介素(IL)-1β、前列腺素E2(PGE2)[7]。機(jī)體免疫系統(tǒng)的功能失調(diào)和衰竭，導(dǎo)致結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis, Mtb)易感性增加以及潛伏性結(jié)核感染(latent tuberculosis infection，LTBI)的重新激活[8]。與非糖尿病者相比，糖尿病患者M(jìn)tb感染率高、治療時(shí)間長。臺(tái)灣學(xué)者證實(shí)，糖尿病可增加LTBI的風(fēng)險(xiǎn)。該研究總共招募2 948例40歲以上的糖尿病患者，453例來自社區(qū)的非糖尿病者，利用干擾素γ釋放試驗(yàn)(IGRA)和結(jié)核菌素皮膚試驗(yàn)檢測是否存在LTBI。結(jié)果顯示，糖尿病與LTBI顯著相關(guān)[9]。研究證實(shí)，糖尿病患者結(jié)核病感染的風(fēng)險(xiǎn)增加了2.39倍，結(jié)核病治療失敗的風(fēng)險(xiǎn)也增加了1.69倍[10-11]。結(jié)核病高負(fù)擔(dān)國家，包括中國、印度、巴西、孟加拉國、印度尼西亞和俄羅斯，也是世界上糖尿病患病率最高的國家[4]。預(yù)計(jì)到2040年，在結(jié)核病高負(fù)擔(dān)的國家中，糖尿病患者患結(jié)核病的風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)進(jìn)一步增加[4-5, 12]，全球結(jié)核病患病人數(shù)累計(jì)增加，對2030年實(shí)現(xiàn)“消滅結(jié)核病”這一目標(biāo)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

因此，在控制糖尿病發(fā)病率的同時(shí)，迫切需要新的措施預(yù)防糖尿病患者這一高危群體感染Mtb，降低糖尿病患者結(jié)核病發(fā)病率，以及制定糖尿病合并結(jié)核病患者的合理化治療策略，降低糖尿病、結(jié)核病相關(guān)死亡率。二甲雙胍可通過多種機(jī)制發(fā)揮抗結(jié)核作用[13-14]，其在抗結(jié)核治療中的臨床價(jià)值或許將為全球糖尿病、結(jié)核病的控制均發(fā)揮一定的積極意義。

2 二甲雙胍抗結(jié)核的優(yōu)勢

二甲雙胍作為結(jié)核病宿主定向治療的候選藥物，主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：第一，二甲雙胍可增強(qiáng)傳統(tǒng)抗結(jié)核藥物的療效。Singhal等[15]利用小鼠模型證實(shí)，二甲雙胍可提高小鼠體內(nèi)Mtb清除率，增強(qiáng)抗結(jié)核藥物的作用。在Mtb感染小鼠后第7天，給予二甲雙胍或二甲雙胍聯(lián)合異煙肼(isoniazid, INH)、二甲雙胍聯(lián)合乙硫異煙胺(ethionamide, ETH)進(jìn)行抗結(jié)核治療。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單用二甲雙胍(500 mg/kg)治療的小鼠肺和脾中的細(xì)菌負(fù)荷降低。與單獨(dú)接受INH、或ETH治療組相比，二甲雙胍+INH、二甲雙胍+ETH治療組小鼠的肺部細(xì)菌載量均顯著降低。在慢性Mtb感染小鼠(Mtb感染后42天)模型中進(jìn)一步評估了二甲雙胍的療效，結(jié)果同樣表明，二甲雙胍可作為抗結(jié)核治療輔助用藥。Bachmakov等[16]研究表明，二甲雙胍與利福平在抗結(jié)核方面亦有協(xié)同作用。第二，二甲雙胍可減輕結(jié)核引起的組織病理炎癥損傷并增強(qiáng)免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍除了可加速細(xì)菌清除率外，還可促進(jìn)組織病理學(xué)的消退，與未經(jīng)治療組相比，給予INH或ETH治療的小鼠器官大小和組織損傷明顯減少，在此基礎(chǔ)上，予以二甲雙胍+INH或二甲雙胍+ETH聯(lián)合治療可進(jìn)一步降低組織病理損傷[15]。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍治療可促進(jìn)CD8+T細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞在肺內(nèi)的蓄積，這一效應(yīng)也可能有助于控制結(jié)核感染[15]。第三，二甲雙胍的臨床使用與糖尿病患者的結(jié)核病預(yù)防和治療效果均相關(guān)。二甲雙胍可降低糖尿病患者LTBI的患病率[17]。Lee等[18]的觀點(diǎn)與之一致。Zhang等[19]認(rèn)為，二甲雙胍的使用與糖尿病患者活動(dòng)性結(jié)核發(fā)病率顯著降低有關(guān)；對于糖尿病合并結(jié)核病患者，二甲雙胍可降低其發(fā)生死亡的風(fēng)險(xiǎn)。

3 二甲雙胍輔助抗結(jié)核的作用機(jī)制

3.1自噬誘導(dǎo) 作為宿主先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)的重要組成部分，巨噬細(xì)胞自噬在保護(hù)宿主抵抗結(jié)核病方面起著重要作用。但是，休眠的細(xì)菌可以從自噬小體逃逸和(或)抑制自噬，從而在宿主內(nèi)存活更長的時(shí)間，潛在機(jī)制尚不明確。熱休克蛋白16.3是LTBI期間表達(dá)的免疫優(yōu)勢蛋白之一，它可能通過抑制巨噬細(xì)胞自噬而有助于維持Mtb的蛋白質(zhì)穩(wěn)定性和長期生存能力，從而導(dǎo)致LBTI[20]。Ernst[21]亦認(rèn)為，Mtb通過抑制宿主巨噬細(xì)胞的自噬而具有逃逸機(jī)制。因此，改善自噬過程可提高抗結(jié)核治療效果。二甲雙胍可激活單磷酸腺苷活化蛋白激酶(adeno monophosphate kinase, AMPK)和隨后的UNC-51樣激酶1(unc-51-like kinase 1, ULK1)的磷酸化，然后AMPK作為哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin, mTOR)抑制劑發(fā)揮作用，激活細(xì)胞自噬[22]。在一項(xiàng)針對糖尿病合并結(jié)核病患者的觀察性臨床研究中，標(biāo)準(zhǔn)抗結(jié)核治療聯(lián)合二甲雙胍可改善自噬[23]。此外，自噬在限制炎癥病理的同時(shí)控制病原體進(jìn)一步擴(kuò)散[24]。

3.2氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激和抗氧化防御機(jī)制在結(jié)核病感染和治療中起著關(guān)鍵作用。氧化應(yīng)激是由于游離活性氧(reactive oxygen species, ROS)和抗氧化機(jī)制之間的失衡引起的[25]。ROS的過量形成會(huì)引發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)并對細(xì)胞造成損害[25]。此外，ROS可以通過蛋白激酶途徑、轉(zhuǎn)錄因子和致炎調(diào)節(jié)劑的基因組表達(dá)啟動(dòng)炎癥信號級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致免疫系統(tǒng)過度激活[26]。已知肺部存在多種生物機(jī)制，包括氧化應(yīng)激反應(yīng)來抵抗Mtb感染。Mtb感染會(huì)觸發(fā)宿主吞噬細(xì)胞(主要是巨噬細(xì)胞)產(chǎn)生ROS。二甲雙胍可通過AMPK信號通路增加線粒體ROS產(chǎn)生[15]。ROS不僅可以破壞宿主細(xì)胞，也可以殺死入侵宿主體內(nèi)的病原體。ROS對細(xì)菌有很高的毒性，它可通過破壞DNA，蛋白質(zhì)和脂質(zhì)來直接殺死細(xì)胞內(nèi)的Mtb，或者通過利用芬頓(Fenton)反應(yīng)和三羧酸循環(huán)等，通過氧化核苷酸池來間接殺死細(xì)胞內(nèi)的Mtb[27]。

二甲雙胍可提高炎癥時(shí)宿主體內(nèi)超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)水平[28]。SOD是宿主抗氧化防御系統(tǒng)中產(chǎn)生的一種酶。研究證實(shí)，SOD參與了Mtb中的過氧化氫酶/過氧化物酶(KatG)從前藥到活性藥激活I(lǐng)NH這一過程[29]。較高的SOD與INH抑制Mtb的效果有關(guān)。二甲雙胍聯(lián)合INH發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)，提高了INH的抗結(jié)核療效。二甲雙胍還通過增加有機(jī)陽離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(organic cation transporter-1, OCT-1)的表達(dá)與利福平有協(xié)同作用，OCT-1的表達(dá)具有抑制Mtb轉(zhuǎn)錄的作用[16]。

3.3免疫調(diào)節(jié) 體內(nèi)外研究均證實(shí)，二甲雙胍可發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。人β-防御素(human β-defensins，hBDs)屬于抗菌肽(antimicrobial peptide，AMP)家族，主要在人類肺上皮細(xì)胞表達(dá)。hBDs作為呼吸道先天免疫反應(yīng)的關(guān)鍵因素，可激活炎癥細(xì)胞和調(diào)節(jié)獲得性免疫[30]。機(jī)體感染Mtb后，hBDs是控制細(xì)菌生長的關(guān)鍵分子。二甲雙胍可通過上調(diào)hBD-2、hBD-3和hBD-4的表達(dá)，降低肺泡巨噬細(xì)胞和肺上皮細(xì)胞中的Mtb負(fù)荷[14]。另外，二甲雙胍可通過抑制早期生長反應(yīng)因子1(early growth response-1，Egr-1)的表達(dá)和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal regulated protein kinase，ERK)1/2的磷酸化，干擾人單核細(xì)胞中ERK1/2-Egr-1通路，從而抑制腫瘤壞死因子和組織因子的產(chǎn)生，減輕部分炎癥反應(yīng)[31]。健康志愿者的外周血單核細(xì)胞中加入二甲雙胍可增強(qiáng)體外細(xì)胞代謝，同時(shí)抑制mTOR的p70S6K和4EBP1，從而減少細(xì)胞因子的產(chǎn)生和細(xì)胞增殖，并增強(qiáng)細(xì)胞吞噬作用。給健康志愿者服用二甲雙胍后，氧化磷酸化、mTOR信號和I型干擾素反應(yīng)通路相關(guān)基因顯著下調(diào)，尤其是在Mtb刺激后，吞噬和ROS產(chǎn)生的相關(guān)基因上調(diào)。這些體內(nèi)效應(yīng)伴隨著二甲雙胍誘導(dǎo)的髓系細(xì)胞從經(jīng)典單核細(xì)胞向非經(jīng)典單核細(xì)胞的轉(zhuǎn)變[32]。

4 其它降糖藥物輔助抗結(jié)核作用機(jī)制

體外實(shí)驗(yàn)表明，阿卡波糖能有效抑制Mtb肽基-脯氨酰異構(gòu)酶B(peptidyl-prolyl isomerase-B, PpiB)和MurE(Rv2158c)的表達(dá)[33-34]。Mtb有兩種Ppi，肽基-脯氨酰異構(gòu)酶A(PpiA)和肽基-脯氨酰異構(gòu)酶B(PpiB)，其中PpiB參與Mtb生物被膜的形成，對病原體的生存是必需的[33]。體外研究證實(shí)，環(huán)孢菌素A、阿卡波糖或鎵納米顆粒(gallium nanoparticle，GaNP)以劑量依賴的方式與Mtb的PpiB結(jié)合，從而抑制生物膜的形成。環(huán)孢菌素A、阿卡波糖或GaNP與抗結(jié)核藥物聯(lián)合治療可增加Mtb對這些藥物的敏感性[33]。MurE(Rv2158c)作為Mtb的必需基因，通過參與編碼特有蛋白質(zhì)合成，催化Mtb肽聚糖生物體合成[35]。Brindha等[34]研究證實(shí)，阿卡波糖可與MurE緊密結(jié)合，從而抑制Mtb肽聚糖的生物合成。此外，阿卡波糖與Mtb細(xì)胞壁成分海藻糖合酶(trehalose synthase，treS)有很強(qiáng)的結(jié)合能力[35]。treS參與能量儲(chǔ)存、信號傳遞和蛋白質(zhì)保護(hù)等多種生理功能，treS在Mtb中催化麥芽糖可逆轉(zhuǎn)化為海藻糖，海藻糖對Mtb存活至關(guān)重要。阿卡波糖作為treS的競爭性抑制劑，可抑制體內(nèi)Mtb生長。

另外，有研究指出，噻唑烷二酮類(thiazolidinediones，TZDs)降糖藥物誘導(dǎo)的過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPARγ)通過激活巨噬細(xì)胞甘露糖受體(CD206)和髓系細(xì)胞白血病基因1(myeloid cell leukemia-1，MCL-1)的表達(dá)來抑制結(jié)核病的發(fā)病[36-37]。

5 二甲雙胍在結(jié)核病防治中的臨床價(jià)值

5.1降低糖尿病患者發(fā)生結(jié)核病的風(fēng)險(xiǎn) 研究證實(shí)，二甲雙胍可降低2型糖尿病患者發(fā)生活動(dòng)性肺結(jié)核的風(fēng)險(xiǎn)。使用二甲雙胍是預(yù)測活動(dòng)性結(jié)核病風(fēng)險(xiǎn)降低的獨(dú)立因素，并且二甲雙胍的這種保護(hù)作用是劑量依賴性的[38]。該研究結(jié)果與Tseng等[39]觀點(diǎn)一致。Marupuru等[40]研究表明，糖尿病患者血糖控制不良是結(jié)核病發(fā)生的危險(xiǎn)因素，二甲雙胍可作為糖尿病患者抗Mtb感染的保護(hù)劑。該研究以是否發(fā)生肺結(jié)核為分組依據(jù)，選擇確診為肺結(jié)核的糖尿病患者為實(shí)驗(yàn)組，非肺結(jié)核的糖尿病患者為對照組，回顧性分析兩組患者一般臨床資料及降糖方案。結(jié)果表明，糖化血紅蛋白(HbA1c)<7 %是結(jié)核病發(fā)生的相關(guān)保護(hù)因素。二甲雙胍的使用顯著降低了糖尿病患者發(fā)生肺結(jié)核的風(fēng)險(xiǎn)。但這種保護(hù)作用與劑量無關(guān)[40]。與以上結(jié)果不同的是，近期一項(xiàng)研究證實(shí)，二甲雙胍對糖尿病患者的結(jié)核感染風(fēng)險(xiǎn)沒有顯著影響[41]。該研究通過評估五種口服降糖藥物藥物與糖尿病患者的結(jié)核感染風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系，證實(shí)α-葡萄糖苷酶抑制劑(α-glucosidase inhibitors, AGIs)可有效降低糖尿病患者的結(jié)核病風(fēng)險(xiǎn)，且AGIs對結(jié)核病風(fēng)險(xiǎn)的影響存在劑量-反應(yīng)關(guān)系。但是，該研究并未觀察到二甲雙胍對糖尿病患者的結(jié)核感染風(fēng)險(xiǎn)存在顯著影響。該研究首次報(bào)道AGIs對結(jié)核病感染風(fēng)險(xiǎn)的保護(hù)作用。但是，仍存在一定的局限性，無法排除研究對象既往是否存在LTBI。因此，關(guān)于AGIs與結(jié)核病之間的關(guān)系有待進(jìn)一步研究證實(shí)。

5.2提高抗結(jié)核治療的成功率、改善糖尿病合并結(jié)核病患者臨床結(jié)局 Degner等[42]通過對年齡≥13歲、并經(jīng)病原學(xué)證實(shí)的藥物敏感性肺結(jié)核患者進(jìn)行回顧性隊(duì)列研究，證實(shí)糖尿病可增加結(jié)核病不良治療結(jié)局的風(fēng)險(xiǎn)，但二甲雙胍的使用可逆轉(zhuǎn)結(jié)核病治療期間與糖尿病相關(guān)的死亡率。糖尿病患者在結(jié)核病治療期間死亡風(fēng)險(xiǎn)是非糖尿病患者的1.91倍，在治療2個(gè)月后，痰培養(yǎng)仍為陽性的風(fēng)險(xiǎn)是非糖尿病患者的1.72倍。在糖尿病合并結(jié)核病患者中，與不使用二甲雙胍的糖尿病患者相比，二甲雙胍的使用可顯著降低結(jié)核病治療期間死亡率。Ma等[43]認(rèn)為，二甲雙胍聯(lián)合抗結(jié)核方案可提高抗結(jié)核治療的成功率，并降低糖尿病患者結(jié)核病的復(fù)發(fā)率。該研究共納入糖尿病合并結(jié)核病患者58例，根據(jù)糖尿病治療方案的不同，隨機(jī)分為二甲雙胍組和非二甲雙胍組，連續(xù)服藥8個(gè)月，每月監(jiān)測患者的主要治療結(jié)局。結(jié)果顯示，兩組患者在治療成功率方面差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，二甲雙胍組2個(gè)月末痰培養(yǎng)轉(zhuǎn)陰率高于非二甲雙胍組。在為期3年的隨訪中，二甲雙胍組復(fù)發(fā)率更低。但因該研究樣本量較小，且缺乏基因分型數(shù)據(jù)，無法區(qū)分復(fù)發(fā)是由于既往結(jié)核病灶復(fù)發(fā)或再感染所致，特別是在結(jié)核病高患病率地區(qū)。Lee等[44]研究表明，二甲雙胍治療對結(jié)核病合并糖尿病患者中的痰培養(yǎng)轉(zhuǎn)陰率、結(jié)核病治療完成后1年內(nèi)復(fù)發(fā)沒有顯著影響。但是，二甲雙胍可提高細(xì)菌負(fù)荷較高的空洞性肺結(jié)核患者痰培養(yǎng)轉(zhuǎn)陰率。因此，針對空洞性肺結(jié)核合并糖尿病患者，二甲雙胍可作為治療2個(gè)月后提高痰培養(yǎng)轉(zhuǎn)陰率的輔助藥物。王淑霞等[45]研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可降低復(fù)治肺結(jié)核合并糖尿病患者治療失敗率和隨訪3年復(fù)發(fā)率，但仍需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量驗(yàn)證。

不同于傳統(tǒng)抗結(jié)核藥物，二甲雙胍在糖尿病患者的預(yù)防性用藥、針對結(jié)核病患者的多重作用優(yōu)勢使得其成為新型抗結(jié)核藥物中的候選藥物。因不同地區(qū)、不同人群社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、對疾病認(rèn)知、診療水平等的差異，糖尿病與結(jié)核病的管理目前尚缺乏統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)。有學(xué)者建議對所有確診的結(jié)核病患者進(jìn)行系統(tǒng)的糖尿病篩查，并建議對有結(jié)核病相關(guān)癥狀(咳嗽、發(fā)燒、盜汗、體重減輕和胸痛等)的糖尿病患者進(jìn)行結(jié)核病篩查。做好疾病預(yù)防及控制工作，以確保適當(dāng)、持續(xù)地治療兩種疾病[46]。

6 小結(jié)

以上就二甲雙胍在抗結(jié)核中的作用機(jī)制及價(jià)值進(jìn)行簡要概述。二甲雙胍作為一種用于治療2型糖尿病的藥物，由于其在體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)作為抗結(jié)核輔助劑的良好活性而備受關(guān)注，在結(jié)核病的防治方面顯示出巨大的臨床應(yīng)用價(jià)值，將二甲雙胍納入結(jié)核病患者用藥范疇，聯(lián)合標(biāo)準(zhǔn)結(jié)核病治療方案，對全球結(jié)核病流行、糖尿病控制均存在積極意義。為進(jìn)一步確定二甲雙胍作為結(jié)核病宿主導(dǎo)向治療劑的價(jià)值，需進(jìn)一步行大范圍、更大樣本量的前瞻性研究，評估在結(jié)核病患者輔助治療中二甲雙胍使用的確切劑量，明確二甲雙胍與現(xiàn)有抗結(jié)核治療方案聯(lián)合是否可以縮短療程，闡明二甲雙胍抗結(jié)核的確切分子機(jī)制，結(jié)合患者自身情況正確選擇及評估二甲雙胍作為結(jié)核病輔助治療的利弊。