棘阿米巴感染治療藥物的研究進展*

王月華,鞠曉紅

(吉林醫(yī)藥學(xué)院檢驗學(xué)院,吉林 132013)

棘阿米巴屬是廣泛存在于自然界的自由生活的阿米巴,為兼性寄生原蟲,主要致病蟲種有卡氏棘阿米巴(A.castellanii)和多噬棘阿米巴(A.polyphaga),可經(jīng)破損的皮膚黏膜或角膜侵入人體,引起棘阿米巴性皮膚損害、棘阿米巴性角膜炎(Acanthamoebakeratitis,AK)和肉芽腫性棘阿米巴腦炎(granulomatous amoebic encep-halitis,GAE)。AK是一種嚴重的致盲性角膜感染,宿主細胞的炎癥反應(yīng)是致病的主要因素;GAE是致命的中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染,主要發(fā)生于免疫功能低下人群(器官移植、艾滋病等),致死率高,為95%～98%[1]。

棘阿米巴的生活史包括活動期和休眠期2個階段,分別以滋養(yǎng)體和包囊形式存在。滋養(yǎng)體是原蟲的活動和增殖階段,包囊是不利環(huán)境下的休眠形式,有內(nèi)、外雙層囊壁,對多種理化因素有極強抵抗力,是棘阿米巴感染復(fù)發(fā)的主要原因,也使感染治愈困難。棘阿米巴的致病機制尚未完全清楚,由于抗藥性和2種生存形式的相互轉(zhuǎn)變使其治療十分棘手。目前,保守的藥物治療仍是應(yīng)用最廣泛的治療棘阿米巴感染的方法,但缺乏特效針對性。近年來,人們在深入探討其致病機制的基礎(chǔ)上,不斷尋求有效的藥物治療策略,積極開發(fā)新藥物,如納米藥物、樹枝狀大分子藥物等,致力于精準靶向治療,提升療效,降低毒副作用。筆者針對抗棘阿米巴感染的治療藥物綜述如下。

1 抗細菌類藥物

在棘阿米巴感染治療中,多種抗細菌類藥物可以與抗阿米巴藥物聯(lián)合使用提升治療效果,如多西環(huán)素、硝基咪唑類、利福平、復(fù)方磺胺甲葉惡唑、美羅培南、利奈唑胺、莫西沙星、磺胺嘧啶等[2-3]。

1.1多西環(huán)素 多西環(huán)素屬于半合成的四環(huán)素類藥物,能與細菌核糖體30s亞基A位點結(jié)合,阻止氨基酰tRNA進入,從而抑制肽鏈延伸和細菌蛋白質(zhì)合成;其次,還可引起細胞膜通透性改變,使胞質(zhì)內(nèi)重要成分外溢導(dǎo)致細胞死亡;同時還具有抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用。多西環(huán)素的抗炎作用是其用于棘阿米巴感染治療的主要機制,藥物通過抑制宿主細胞的炎癥反應(yīng)減輕棘阿米巴造成的組織損傷間接發(fā)揮治療作用,故多西環(huán)素需與抗棘阿米巴藥物聯(lián)合使用。

多西環(huán)素是多效抗炎劑,其主要作用機制可能是作為一種非特異性基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMPs)抑制劑。該藥能與MMPs活性中心結(jié)合抑制其轉(zhuǎn)錄,通過阻止MMPs過度表達抑制炎癥因子大量產(chǎn)生,從而降低角膜的炎癥反應(yīng),抑制潰瘍形成[4]。MMPs是一大類金屬鋅離子依賴的內(nèi)肽酶家族,分為5類包括60多個成員,其中明膠酶MMP-2、9和膠原酶MMP-8被認為在角膜炎性細胞浸潤和炎癥的發(fā)展中發(fā)揮重要作用,參與角膜基質(zhì)的降解破壞,與疾病進程密切相關(guān)[5-6]。體外實驗研究顯示[7],用阿奇霉素和多西環(huán)素處理接種有棘阿米巴原蟲的人角膜組織模型,可有效抑制炎癥遞質(zhì)白細胞介素-6表達,降低細胞損傷,說明二者可作為抗棘阿米巴感染治療的佐劑,減輕角膜損傷。程璞等[8]研究抗阿米巴藥物聯(lián)合多西環(huán)素對 AK大鼠模型的作用發(fā)現(xiàn),用0.02%醋酸洗必泰聯(lián)合0.02%多西環(huán)素眼液滴眼,與對照組比較,感染第3、5、7天患鼠的MMP-8 基因表達量顯著下降(P<0.05),炎癥指數(shù)明顯低于對照組,但第10天差異無統(tǒng)計學(xué)意義,說明感染早期治療效果顯著。

1.2硝基咪唑類 硝基咪唑類藥物屬于人工合成抗菌藥,為2-甲基5-硝基咪唑衍生物,主要成員包括甲硝唑、替硝唑、奧硝唑、塞克硝唑等,對厭氧菌、滴蟲、阿米巴和藍氏賈第鞭毛蟲等均具強大活性。藥物分子中的硝基在細胞內(nèi)的無氧環(huán)境中被還原成氨基和(或)形成自由基等細胞毒物質(zhì),與病原體的DNA和酶非特異性結(jié)合,使其滅活促使細菌死亡。抗阿米巴原蟲機制為干擾其氧化還原反應(yīng),使氮鏈斷裂殺死原蟲,如甲硝唑和替硝唑能殺死宿主組織和器官中阿米巴滋養(yǎng)體,安全強效。

甲硝唑單用無抗棘阿米巴活性,但其磷鹽衍生物在體外顯示強大的抗棘阿米巴活性,作用48 h最大效應(yīng)濃度(concentration for 50% of maximal effect,EC50)是單獨使用甲硝唑的1/20,滋養(yǎng)體細胞出現(xiàn)圓縮、伸長、膜受損、病理性偽足等明顯形態(tài)改變,提示甲硝唑的磷鹽衍生物具有潛在的治療價值[9]。甲硝唑與兩性霉素B聯(lián)合制備的納米藥物在50 μg·mL-1濃度時,對卡氏棘阿米巴的滋養(yǎng)體和包囊均有明顯抑制作用,不影響鼠和人類細胞[10]。以上研究提示,對療效不佳的傳統(tǒng)抗棘阿米巴藥物的改進及探索聯(lián)合用藥策略具有潛在的發(fā)展空間。

采用以上藥物聯(lián)合治療或局部角膜病灶清創(chuàng)術(shù)后結(jié)合藥物治療多能取得較好的治療效果,但持續(xù)治療時間較長,數(shù)月方可使眼痛、畏光、流淚等癥狀好轉(zhuǎn),角膜浸潤好轉(zhuǎn),潰瘍縮小,視力提高,從而減少患者角膜移植率。

2 抗真菌藥物

目前,用于棘阿米巴感染治療的真菌類藥物主要有唑類和多烯類藥物。

2.1唑類抗真菌藥 唑類抗真菌藥根據(jù)結(jié)構(gòu)分為咪唑類和三唑類,均為人工合成的廣譜抗真菌藥物,具有活性強、生物利用度高、半衰期長等優(yōu)點。常見的有酮康唑、氟康唑、伊曲康唑、伏立康唑、咪康唑、克霉唑等,通過抑制麥角甾醇生物合成的關(guān)鍵步驟——細胞色素P450依賴的14α- 賴氨酸甾醇合成,從而破壞真菌細胞膜。由于棘阿米巴原蟲和真菌細胞膜有類似的甾醇類物質(zhì),麥角甾醇也是棘阿米巴甾醇生物合成的主要終產(chǎn)物,故此類抗真菌類藥物也具有抗棘阿米巴活性。

伏立康唑通過抑制棘阿米巴原蟲的甾醇14α-去甲基化酶CYP51阻礙麥角固醇合成,進而抑制滋養(yǎng)體增殖,表現(xiàn)出強大的抗蟲作用,被認為是治療AK的有效藥物[11]。口服伏立康唑聯(lián)合米替福新能顯著降低GAE患者的腦損傷[3]。美因茨大學(xué)醫(yī)學(xué)中心眼科對26例AK患者進行1%伏立康唑聯(lián)合0.02%聚六亞甲基雙胍(polyhexamethylene biguanide,PHMB)或0.1%和異硫氰酸丙脒(brolene)治療,25例治療有效[12]。同樣原因,唑類抗真菌藥對于其他原蟲感染也有一定效果,如酮康唑目前用于治療皮膚利什曼病,酮康唑、伊曲康唑在體內(nèi)外對克氏錐蟲均顯示出強大的抗增殖活性。不同唑類藥物的抗蟲活性和毒副作用各有不同,若能在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上合成唑類藥物文庫,篩選出更有效的針對棘阿米巴感染的治療策略意義重大。另外,通過先進的納米技術(shù),如物理或化學(xué)方法,將唑類加載到納米顆粒載體上實現(xiàn)靶向治療,可顯著提高藥物的藥動學(xué)和治療指數(shù)。

2.2多烯類藥物 用于抗棘阿米巴的多烯類抗真菌藥主要有兩性霉素B和制霉菌素,通過結(jié)合細胞膜的麥角甾醇破壞膜結(jié)構(gòu),使細胞內(nèi)容物外溢導(dǎo)致細胞溶解、死亡。體外實驗顯示[13],兩性霉素B對棘阿米巴的生長抑制作用具有時間和劑量依賴性,濃度達到10.0 mg·L-1時可殺傷包囊。若將多烯類藥物制備成納米藥物抗蟲活性更強,如制霉菌素與銀納米粒子結(jié)合而成的納米藥物在5 μmol·L-1即可發(fā)揮效應(yīng)。

3 雙胍類

目前,雙胍類和二胺類(丙烷脒異硫氰酸、六甲胺)組合已被臨床作為治療棘阿米巴的一線藥物,0.02%雙胍類和0.1%二胺類聯(lián)合用藥是常用治療方案[14]。雙胍類主要作用于阿米巴的胞質(zhì)膜,導(dǎo)致膜損傷、溶解和死亡,二胺類通過阻斷蛋白質(zhì)和核酸的生物合成發(fā)揮抗蟲作用。其中,雙胍類氯已定(chlorhexidine)和聚六亞甲基雙胍鹽酸鹽(polyhexame-thylene biguanidine hydrochloride,PHMB)是治療AK的最常見藥物。但PHMB對人角膜細胞有毒性,具有導(dǎo)致中毒性角膜病變等毒副作用的風(fēng)險。

3.1氯己定 氯己定屬于雙胍類陽離子廣譜消毒劑,是抗阿米巴的常用藥物之一,對棘阿米巴感染有一定療效,其作用機制:一是藥物進入棘阿米巴細胞后通過絡(luò)合胞內(nèi)ATP、核酸等干擾DNA功能;二是能吸附在胞膜的磷脂上破壞細胞膜結(jié)構(gòu)、改變包囊壁通透性,導(dǎo)致胞質(zhì)內(nèi)容物外漏、死亡[15]。因此,氯己定對棘阿米巴滋養(yǎng)體和包囊均有殺傷作用,但單獨用藥效果有限,常采取聯(lián)合給藥方式。

AK病程早期,0.02%氯己定滴眼液聯(lián)合伊曲康唑膠囊再配合玻璃酸鈉滴眼液的治療方案,臨床治愈率達66.7%[16]。氯己定與丙脒異硫氰酸酯、甲氧嘧啶、新霉素聯(lián)合治療AK,如果在感染早期給予治療,亦有顯著效果。氯己定若與金納米粒子合成納米藥物則活性顯著高于單獨用藥,如采用硼氫化鈉還原法合成的氯己定共軛金納米粒子對棘阿米巴滋養(yǎng)體具有活性顯著。

3.2PHMB PHMB是一種新型高分子殺菌劑,具有廣譜、長效、毒性低、不刺激皮膚黏膜等優(yōu)點,主要作用機制是通過跨膜轉(zhuǎn)運作用于細胞質(zhì)中磷脂雙分子層,改變細胞膜通透性,破壞細胞代謝,作為治療AK的有效藥物得到廣泛應(yīng)用。朱智勇等[17]采用0.02% PHMB溶液局部點眼(0.5 h1次)聯(lián)合抗菌藥物進行臨床治療AK,感染早期患者治療有效率57.1%,進展期患者可采用氯己定聯(lián)合PHMB治療?；赑HMB、丙脒異硫氰酸酯和新霉素的三聯(lián)療法用于AK的治療也有顯著效果[18]。

4 新型制劑

目前新型制劑主要包括納米粒子(nanoparticles,NPs)和樹枝狀大分子(dendrimers),與抗棘阿米巴藥物結(jié)合,實現(xiàn)靶向給藥,提高藥物在體內(nèi)的生物利用度。

4.1NPs NPs又稱超細微粒,是指粒度1～100 nm、由數(shù)目不多的原子或分子組成的粒子集團。由于NPs表面活性中心多,為其做催化劑提供了必要條件,故在工業(yè)、醫(yī)學(xué)、生物工程、材料制備等方面用途廣泛。NPs能夠在全身循環(huán),被細胞表面受體識別,誘導(dǎo)細胞內(nèi)吞形成吞噬小泡進入細胞內(nèi)部,吞噬小泡再與溶酶體融合,水解后釋放藥物發(fā)揮作用,因此能攜帶藥物到體內(nèi)特定位點,成為轉(zhuǎn)運藥物的理想載體[19]?；诖?NPs被認為是新一代的抗細菌、抗病毒和抗真菌制劑。目前已成功開發(fā)了以納米磁性材料為藥物載體的靶向藥物,稱為“生物導(dǎo)彈”,具有高效低毒的特點。

大多數(shù)抗寄生蟲藥物溶解度差、半衰期短,使其生物利用度低,治療效果事倍功半。NPs能夠克服傳統(tǒng)藥物的不足,提高藥物在體內(nèi)的生物利用度、加強緩釋性和細胞內(nèi)的通透性,通過NPs的載體效應(yīng)靶向轉(zhuǎn)運藥物、快速清除體內(nèi)寄生蟲,成為解決寄生蟲病藥物治療難題的有效路徑。NPs的抗寄生蟲有效性已在多種不同原蟲的試驗中得到證實[20-21]。

在抗棘阿米巴原蟲的合成納米藥物研究中,使用最為廣泛的金屬材料是金納米粒子(AuNps)和銀納米粒子(AgNps))。AuNps或AgNps結(jié)合藥物(胍那芐、地西泮、苯巴比妥、氯己定等)或某些天然化合物(如單寧酸、肉桂酸、植物膠等)后在體外對卡氏棘阿米巴顯示出強大的抗蟲活性[22]。HENDIGER等[23]使用硝酸銀經(jīng)化學(xué)還原法制備單寧酸修飾的AgNps,在體外抗棘阿米巴活性增強,而細胞毒性不增加。由于棘阿米巴細胞膜中磷脂含量達25%,油酸是構(gòu)成磷脂的最主要脂肪酸之一,因此在油酸存在下,利用硼酸鈉還原硝酸銀溶液制備的油酸型共軛AgNps不僅具有明顯的抗棘阿米巴細胞(滋養(yǎng)體和包囊)活性,還能顯著抑制由阿米巴介導(dǎo)的細胞毒性[24]。胍那芐(guanabenz,GNB)是一類能通過血腦屏障治療高血壓的藥物,將GNB與銀納米粒子結(jié)合制備而成的納米藥物,5 μmol·L-1濃度即能將卡氏棘阿米巴蟲體數(shù)從5.9×105降到9.3×104(單獨用藥僅下降到3.8×105),并能顯著抑制包囊轉(zhuǎn)變成滋養(yǎng)體的出囊過程,HaCa T細胞毒性試驗表明對人類毒性顯著減弱[25]。上述研究顯示,GNB-銀納米粒子是治療GAE的理想藥物,具有廣闊的開發(fā)前景。

此外,鈷納米粒子(CoNps)對臨床分離的棘阿米巴也顯示出良好的抗蟲活性。其中,Co3(PO4)2納米粒子的抗蟲活性最為強大,濃度100 μg·mL-1的CoNps能使卡氏棘阿米巴的存活率下降70%[26]。其他的納米材料還有二氧化鈦、氧化銅、氧化鋅、氧化汞等,體外試驗雖有一定抗棘阿米巴活性,但確切作用機制和對人類細胞系的細胞毒性尚未明確,有待進一步研究證實。

納米藥物的抗棘阿米巴活性雖已明確,但作為主要納米材料的金、銀等金屬對人體細胞的毒性亦不可輕視,必須進行安全評估預(yù)測其細胞毒性才能真正實現(xiàn)納米治療。

4.2樹枝狀大分子 樹枝狀大分子是一類三維結(jié)構(gòu)、高度支化的新型大分子,因外形酷似樹枝而得名。其中,硅碳烷樹枝狀大分子(carbosilane dendrimers)是以Si-C鍵為骨架的一類大分子,目前研究最多。通過將某些藥物鍵接在樹枝狀大分子的適宜部位,賦予其新的功能或改變官能團的特性,能夠?qū)崿F(xiàn)納米給藥、緩釋、降低毒副作用等獨特優(yōu)勢,因而在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域顯現(xiàn)出廣闊前景,成為某些疾病治療的研究熱點。

在體外,用合成的雙胍樹枝狀聚合物處理棘阿米巴滋養(yǎng)體后,滋養(yǎng)體發(fā)生明顯的形態(tài)變化,出現(xiàn)體積縮小、棘足缺失等,隨后進行活性分析和超微結(jié)構(gòu)觀察,結(jié)果顯示雙胍樹枝狀大分子聚合物可通過裂解棘阿米巴原蟲的細胞膜阻止成囊,進而殺滅滋養(yǎng)體[27-28]。葡萄糖酸氯己定與碳硅烷樹枝狀聚合物聯(lián)合使用顯示出良好的協(xié)同效應(yīng),不僅能有效降低滋養(yǎng)體濃度,對包囊也有明顯作用[15]。

5 其他

許多植物代謝物如單寧、黃酮、生物堿或萜類等也具有抗寄生蟲活性。其中,單寧研究較多。單寧是多酚類植物代謝產(chǎn)物,具有減肥、降血糖、抗氧化和抗菌活性。單寧酸修飾的銀納米粒子(AgTANPs)與單獨的AgNps、AuNps比較,AgTANPs更容易進入棘阿米巴滋養(yǎng)體抑制蟲體轉(zhuǎn)變成包囊。此外,烷基磷酸膽堿化合物,如十六烷基磷酸膽堿,也具有抗棘阿米巴特性且有通過血腦屏障的能力,可用來治療GAE感染。

6 結(jié)束語

綜上所述,在眾多抗棘阿米巴的藥物中,雙胍類(氯己定、PHMB)作為抗棘阿米巴治療的一線藥物,在臨床實踐中取得了較好的治療效果,特別是與其他藥物聯(lián)合應(yīng)用。單一用藥治療棘阿米巴感染效果有限,通常采用多種藥物聯(lián)合療法[29]。藥物治療中所面臨的挑戰(zhàn):一是表現(xiàn)出不同程度的毒副作用;二是棘阿米巴一旦轉(zhuǎn)換成休眠形式包囊,則更增加了藥物治療難度;三是治療GAE時還需考慮藥物能否通過血腦屏障達到有效治療濃度。因此,開發(fā)靶向性治療藥物成為對抗棘阿米巴感染的關(guān)鍵。棘阿米巴在成囊、出囊過程中具有獨特的信號通路和酶,如細胞周期蛋白(CDK和CDC2b)、凋亡蛋白caspase、自噬相關(guān)蛋白、半胱氨酸蛋白酶、絲氨酸蛋白酶等,為研發(fā)抗棘阿米巴分子藥物提供了潛在作用靶點。