抗耳念珠菌感染藥物及其作用機制研究進展

鐘麗超,曹 飛,陳春香,張潔妤

耳念珠菌是一種新發(fā)現(xiàn)的真菌,對臨床常用抗真菌藥物表現(xiàn)出單一或多重耐藥性[1-3]。自2009年首次發(fā)現(xiàn)以來,耳念珠菌在全球范圍引起侵襲性真菌感染,對公眾的身心健康構(gòu)成嚴重威脅,目前存在南亞、東亞、南非、南美和伊朗(I-V)5個分支[3]。為克服耳念珠菌的耐藥性,降低其致死率,研究者在積極探究新型藥物作用機制、尋找新藥靶基礎(chǔ)上,提出多種耳念珠菌藥物治療的新策略,本文將綜述相關(guān)藥物治療及作用機制的研究進展,各類藥物治療策略匯總于表1。

表1 各類藥物治療策略匯總Tab.1 Summary of various drug treatment strategies

1 抗真菌藥物的優(yōu)化策略

1.1 唑類 唑類藥物通過抑制真菌羊毛甾醇14α-去甲基化酶(CYP51),干擾麥角甾醇的合成而破壞真菌細胞膜,但其易影響藥物相互作用并具有毒性,且大部分耳念珠菌對其耐藥[3-4]。唑類藥物優(yōu)化策略可有效治療耐藥耳念珠菌。

VT-1598屬于四唑類藥物,在體外對來自分支I-IV的耳念珠菌及耐藥菌株均具有抗菌活性,其最小抑菌濃度(MICs)為0.03～8 μg/mL。在小鼠體內(nèi),濃度為15 mg/kg和50 mg/kg 的VT-1598分別使小鼠的中位生存期延長至15 d和21 d,比氟康唑(5 d)更顯著降低小鼠體內(nèi)真菌載量(P均≤0.01,n=100),并減少藥物相互作用產(chǎn)生的不良反應(yīng)[5]。

奧派康唑(Opelconazole或PC945)是一種針對吸入或局部治療而優(yōu)化的新型三唑類藥物,可避免全身毒性和藥物相互作用產(chǎn)生的不良反應(yīng)。其幾何平均MIC值為0.058 mg/L,有效性分別是伏立康唑和泊沙康唑的7.4和1.5倍(P均<0.01,n=72)[4, 6]。

雷夫康唑為廣譜的三唑類藥物,其抗菌效果與艾沙康唑、泊沙康唑和棘白菌素相當,在體外對耳念珠菌及耐氟康唑菌株的MIC值為0.03～0.125 μg/mL,但優(yōu)于伊曲康唑和伏立康唑[7]。

1.2 棘白菌素類 棘白菌素通過抑制β-(1,3)-D-葡聚糖的合成而破壞真菌細胞壁,但棘白菌素只能每日一次經(jīng)靜脈給藥,且真菌FKS1突變產(chǎn)生耐藥性[3, 8]。雷扎芬凈可改善其局限性。

雷扎芬凈(Rezafungin或CD101)具有長半衰期(>130 h)和較強穩(wěn)定性等獨特藥代動力學,因此可實現(xiàn)每周1次靜脈給藥,減輕靜脈給藥負擔。體外藥敏試驗和體內(nèi)試驗表明其具有與其他棘白菌素相似或更強的抗菌活性及療效,2項臨床試驗也表明其在人體內(nèi)具有良好的安全性和有效性,且耳念珠菌FKS1突變對其MICs值的影響較其他棘白菌素更小[8-9]。

1.3 多烯類 多烯類的代表藥物為兩性霉素B(Amphotericin B,AmB), AmB通過與麥角甾醇結(jié)合而破壞真菌細胞膜。因AmB易出現(xiàn)不良反應(yīng)和腎毒性,嚴重限制其臨床應(yīng)用[10]。

因脂質(zhì)體可防止藥物與哺乳動物細胞相互作用,降低藥物毒性,兩性霉素B脂質(zhì)體(liposomal Amphotericin B,AmBisome)可能是替代傳統(tǒng)兩性霉素B(CAmphoB)的更好藥物。體外試驗表明其MIC值為0.25～2 μg/mL,顯示出比傳統(tǒng)CAmphoB更強的抗菌活性。在小鼠體內(nèi),與CAmphoB處理組(20%)相比,14 d內(nèi)AmBisome處理組的存活率為90%,顯著減少小鼠體內(nèi)真菌載量[10-11]。

1.4 嘧啶類 嘧啶類的代表藥物是氟胞嘧啶(Flucytosine),其可抑制核酸和蛋白質(zhì)的合成,但由于其易出現(xiàn)耐藥性及肝臟和血液毒性,目前很少作為單一藥物使用[10]。

2 具有新型作用機制的藥物

為應(yīng)對耳念珠菌耐藥性,減輕其對全球公共衛(wèi)生健康的威脅,研究人員開發(fā)并研制了一系列具有新型作用機制的藥物,有望為治療耳念珠菌感染帶來新思路。

2.1 靶向細胞壁 2020年Kubiczek D等[12]證實抗菌肽Cm-p5可通過在真菌細胞壁上形成孔隙等機制來降低細胞壁的功能完整性,抑制耳念珠菌生長。且Cm-p5對哺乳動物細胞毒性輕微,目前已被用于傷口敷料,作為抵御耳念珠菌感染的第一道防線。

Rosario-Colon J等[13]通過分析耳念珠菌感染的小鼠疾病模型,發(fā)現(xiàn)細胞表面單克隆抗體(Monoclonal antibodys,mAbs)可能是治療耳念珠菌感染的有效方法。單克隆抗體C3.1、6H1和9F2分別靶向真菌細胞壁表面的β-1,2甘露糖(β-Man3)、菌絲壁蛋白1(Hwp1)和磷酸甘油酸激酶1(Pgk1),同時增強吞噬細胞對真菌的吞噬能力,破壞耳念珠菌生物膜的形成,降低小鼠體內(nèi)真菌載量。

另有研究證實鞣花酸(Ellagic Acid,EA)和咖啡酸苯乙脂(Caffeic Acid Phenethyl Ester,CAPE)具有抗耳念珠菌活性。EA和CAPE可能通過影響耳念珠菌的細胞壁而抑制其生長,同時CAPE能顯著降低耳念珠菌的生物量、代謝活性和黏附力[14]。

肌醇?；D(zhuǎn)移酶(Gwt1)是GPI生物合成途徑的重要物質(zhì),糖基磷脂酰肌醇(GPI)對細胞壁和細胞膜的錨定具有重要意義。新型抗真菌前藥Fosmanogepix (FMGX,APX001,E1211)可在耳念珠菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化為manogepix (MGX),通過抑制Gwt1,干擾GPI的合成。且Fosmanogepix口服生物利用度良好,具有口服和靜脈注射2種給藥途徑。此外,臨床二期試驗也表明其在人體內(nèi)具有可靠的安全性、耐受性和有效性[15]。

艾瑞芬凈是一種新型三萜類抗真菌藥,其作用機制與棘白菌素類似,對多重耐藥耳念珠菌和FKS突變株均具有較強的抗菌活性,且其口服生物利用度和安全性良好[8]。

2.2 靶向細胞膜 Arias LS等[16]證實,殼聚糖(Chitosan)在體內(nèi)外對來自南亞和南非的耳念珠菌均具有抗菌活性,并提出可能的作用機制為帶正電荷的殼聚糖與真菌帶負電荷的細胞膜相互作用而破壞真菌細胞膜。

2.3 靶向線粒體 T-2307(Arylamidine T-2307)屬于芳香胺,在體內(nèi)外對耳念珠菌及耐唑類和耐棘白菌素的菌株均具有抗菌活性,其作用機制為抑制真菌線粒體內(nèi)膜上呼吸鏈酶復合物III和IV,導致線粒體膜電位崩潰而損傷線粒體,最終起到抗菌作用[17]。

芳香胺ATI-2307(Arylamidine ATI-2307)的作用機制與T-2307相似。其在體內(nèi)外試驗表現(xiàn)出良好的抗真菌活性,并顯著改善小鼠生存率,降低小鼠體內(nèi)真菌載量[18]。

2.4 靶向致病因子 研究表明,黏附力變化、生物膜形成和酶類的產(chǎn)生等致病因子都與念珠菌致病相關(guān)[19],靶向致病因子可對抗白念珠菌[20],因此,靶向致病因子為開發(fā)抗耳念珠菌的藥物治療策略提供新方向。

2020年Shaban S等[21]證實最活躍的單萜酚類化合物—香芹酚可有效抑制耳念珠菌的黏附力和蛋白酶的產(chǎn)生,進而抑制耳念珠菌的菌絲和生物膜的形成。且其與氟康唑、AmB、卡泊芬凈和制真菌素聯(lián)合使用對耳念珠菌表現(xiàn)出協(xié)同抑制作用。

銀納米粒(Silver Nanoparticles,AgNPs)和鉍納米粒(Bismuth Nanoantibiotics,BiNPs)對來自分支I-IV的耳念珠菌及多重耐藥菌株均顯示出抗菌活性和抑制生物膜活性。AgNPs可同時影響耳念珠菌的功能和代謝,破壞細胞壁或細胞膜、抑制生物膜形成,BiNPs主要破壞耳念珠菌生物膜的結(jié)構(gòu)和細胞形態(tài)[22-24]。

副干酪乳桿菌28.4(Lactobacillusparacasei28.4)的益生菌細胞和后生物制劑LPCE以及LPF1在G.mellonella幼蟲模型中,通過增加幼蟲血細胞數(shù)量和抗菌肽表達來增強幼蟲免疫應(yīng)答,并通過降低真菌的代謝,進而表現(xiàn)出抗耳念珠菌活性[25]。益生菌也具有多重作用機制:加強物理屏障,改善健康微生物的黏附同時抑制真菌的黏附,調(diào)節(jié)宿主的免疫反應(yīng),競爭性排除耳念珠菌[26]。

乙酰羥酸合酶(Acetohydroxyacid Synthase,AHAS)是支鏈氨基酸生物合成途徑中的關(guān)鍵性酶,其中耳念珠菌的AHAS稱為CauAHAS。靶向CauAHAS的除草劑可結(jié)合CauAHAS催化亞基的特定位點,進而阻止底物與輔因子結(jié)合,終止催化反應(yīng),阻滯支鏈氨基酸的生物合成。其中芐嘧磺隆(bensulfuron methyl,BSM)除草劑最有效[27]。

Sec14p是一種磷脂酰肌醇/磷脂酰膽堿轉(zhuǎn)移蛋白,可增強囊泡介導的運輸功能,促進生物膜細胞外基質(zhì)的組裝,影響念珠菌生物膜的形成。Zhao M等[28]于2021年證明鼻甲素(Turbinmicin)可通過靶向耳念珠菌的Sec14p蛋白,破壞耳念珠菌的生物膜。且低濃度的鼻甲素能殺死所有被測耳念珠菌,并能聯(lián)合抗真菌藥物對耳念珠菌表現(xiàn)出協(xié)同抑制作用。

Kim HR和Eom YB[29]發(fā)現(xiàn)從生姜中提取的6-姜烯酚(6-shogaol)具有抗耳念珠菌和抑制生物膜活性。其作用機制為降低天冬氨酸蛋白酶的水平并下調(diào)外排泵相關(guān)基因CDR1的表達,同時降低真菌生物膜中細胞的代謝活性,最終達到抗菌效果。

群體感應(yīng)分子—法呢醇可抑制Cdr1轉(zhuǎn)運體而阻斷外排泵,下調(diào)參與真菌生物膜形成的相關(guān)基因,降低耳念珠菌的抗性。且其單獨使用或與氟康唑聯(lián)合使用均具有較強的抗菌活性[30]。

2.5 誘導細胞凋亡和細胞周期阻滯作用 2020年Srivastava V等[31]合成了6種新型哌啶衍生物(Piperidine based 1,2,3-triazolylacetamide derivatives),其中pta1、pta2和pta3三種衍生物具有抗耳念珠菌活性,其作用機制為誘導真菌線粒體膜去極化,促進細胞色素c及其他相關(guān)因子進入細胞質(zhì),激活半胱氨酸蛋白酶Yca1p,觸發(fā)半胱氨酸蛋白酶級聯(lián)反應(yīng)介導的細胞凋亡同時可有效引起DNA損傷,使細胞周期阻滯在S期。其中pta3的抗真菌活性最強且毒性最低。

Kamli MR[32]等于2021年合成了具有抗耳念珠菌活性的Ag-Cu-Co三金屬納米粒,并揭示了其作用機制:使真菌線粒體膜電位崩潰,激活凋亡因子,導致胞內(nèi)磷脂酰絲氨酸(PS)外翻,最終誘導細胞凋亡并使細胞周期阻滯在G2/M期。由于Ag、Cu和Co的協(xié)同抑制作用,Ag-Cu-Co三金屬納米粒的抗真菌活性強于單金屬納米粒。

3 聯(lián)合藥物

3.1 抗真菌藥物聯(lián)合用藥 研究發(fā)現(xiàn),多種抗真菌藥物聯(lián)合用藥,如艾沙康唑與阿尼芬凈或卡泊芬凈[33]、米卡芬凈與伏立康唑[34]、卡泊芬凈與泊沙康唑[35]、兩性霉素B與阿尼芬凈或卡泊芬凈[36],對耳念珠菌均可發(fā)揮協(xié)同抑制作用。

Caballero U等[33]通過構(gòu)建抗耳念珠菌藥物體外藥動/藥效學模型,發(fā)現(xiàn)艾沙康唑與阿尼芬凈或卡泊芬凈聯(lián)合用藥的MIC值分別為0.03和0.06mg/L,而艾沙康唑、阿尼芬凈和卡泊芬凈單獨用藥的MIC值分別為0.06、0.125和0.25 mg/L。此外,與單藥治療相比,艾沙康唑聯(lián)合阿尼芬凈或卡泊芬凈使半最大效應(yīng)濃度(concentration for 50% of maximal effect,EC50)顯著降低6倍,以上結(jié)果均表明艾沙康唑與阿尼芬凈或卡泊芬凈聯(lián)合用藥對耳念珠菌具有協(xié)同抑制作用[33]。Aghaei Gharehbolagh S等[34]通過部分抑菌濃度指數(shù)(fractional inhibitory concentration index,FICI)證實米卡芬凈與伏立康唑聯(lián)合用藥對耳念珠菌也具有協(xié)同抑制作用,FICI值為0.15～0.5。

Balla N等[35]通過體外實驗研究卡泊芬凈與泊沙康唑聯(lián)合用藥對耳念珠菌的抗菌作用,結(jié)果顯示相較于單獨用藥,卡泊芬凈與泊沙康唑聯(lián)合用藥使浮游狀態(tài)下MIC值分別減少4～256倍和2～512倍,生物被膜狀態(tài)下MIC值分別減少8～128倍和4～512倍。同時通過部分抑菌濃度指數(shù)也證實兩種藥物聯(lián)合使用存在協(xié)同抑制作用,兩種狀態(tài)下FICI值分別為0.033～0.375 和0.091～0.5。

研究者采用菌落法繪制時間-抑菌曲線,發(fā)現(xiàn)與單藥治療相比,0.5 mg/L兩性霉素B聯(lián)合2 mg/L阿尼芬凈或卡泊芬凈可在8 h內(nèi)快速表現(xiàn)出對耳念珠菌的協(xié)同抑制作用[36]。

3.2 抗真菌藥物聯(lián)合非抗真菌藥物 粘菌素(Colistin)聯(lián)合艾沙康唑或卡泊芬凈或米卡芬凈或兩性霉素B對耳念珠菌均具有體外協(xié)同抑制作用。其中粘菌素能靶向革蘭氏陰性菌外膜的脂多糖,改變外膜通透性。此作用機制可能有利于抗真菌藥物滲透入真菌細胞內(nèi),進而提高藥物的抗菌活性[37-39]。

羥吲哚外排抑制劑Azoffluxin可抑制外排泵Cdr1使真菌對氟康唑敏感,降低耳念球菌的毒力。故Azoffluxin與氟康唑聯(lián)合使用可提高氟康唑的抗菌活性[40]。

Eldesouky HE等[41-44]證實匹伐他汀、奧培米芬、阿瑞匹坦和洛匹那韋分別與唑類藥物聯(lián)合使用,對耳念珠菌均具有協(xié)同抑制作用,且均能提高耳念珠菌及耐唑類菌株對唑類藥物的敏感性。其中匹伐他汀和奧培米芬可干擾真菌的外排機制和生物膜形成。止吐劑阿瑞匹坦可干擾金屬離子的穩(wěn)態(tài)并降低活性氧的分解,影響真菌體內(nèi)多個重要的生物合成過程。HIV蛋白酶抑制劑洛匹那韋可干擾真菌的葡萄糖轉(zhuǎn)運、ATP合成和外排泵活性。因此,匹伐他汀、奧司普米芬、阿瑞匹坦和洛匹那韋均有潛力成為唑類藥物的增效劑。

研究證實,陽離子抗真菌蛋白—NFAP2(Neosartorya fischeri Antifungal Protein 2)聯(lián)合抗真菌藥物對來自南亞分支的耳念珠菌具有協(xié)同抑制作用。NFAP2可在真菌細胞膜上形成孔道,進而增強抗真菌藥物對真菌細胞壁的損傷和膜活性抑制作用[45]。

絲氨酸棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶抑制劑多球殼菌素(Myriocin)與氟胞嘧啶聯(lián)合使用,通過阻斷鞘脂的生物合成并影響鞘氨醇的表達水平,對耳念珠菌表現(xiàn)出協(xié)同抑制或相加作用[46]。

4 藥物重定位

Gowri M等[47]證明,抗抑郁藥舍曲林通過與CYP51蛋白結(jié)合,抑制麥角甾醇的合成,破壞耳念珠菌的細胞膜并抑制其生物膜形成。

研究發(fā)現(xiàn)抗瘧藥甲氟喹(Mefloquine,MEF)衍生物具有多靶點作用機制:干擾線粒體功能并影響溶酶體的形態(tài)和功能,同時調(diào)節(jié)真菌毒力因子的表達。其口服吸收度良好且半衰期較長,可用于預防耳念珠菌感染[48]。

具有抗癌特性的Rocaglates(RocA)也可抗耳念珠菌,其作用機制為靶向翻譯起始因子eIF4A,抑制翻譯過程,從而激活細胞死亡程序,包括液泡破裂、線粒體去極化以及半胱氨酸蛋白酶活性增強等[49]。

用作傷口護理的L-Mesitran Soft含有40%醫(yī)用級蜂蜜、維生素C和E、羊毛脂和聚乙二醇。體外研究表明其對來自分支I-V的耳念珠菌均具有抗菌活性,其作用機制涉及蜂蜜的促滲透活性、低pH和過氧化氫的形成[50]。

用于治療尿路感染的一線藥物硝羥喹啉也具有抗耳念珠菌活性。其可能的作用機制為螯合離子并通過尿路途徑清除耳念珠菌以減輕真菌載量,但其具體的作用機制尚不清楚[51]。

研究證實,具有抗癌特性的縮氨基硫脲類化合物NSC319726在體內(nèi)外對來自分支I-IV的耳念珠菌均具有抗菌活性。NSC319726可能通過抑制核糖體和蛋白質(zhì)的合成及產(chǎn)生活性氧來抑制耳念珠菌生長[52]。

5 展 望

隨著耳念珠菌耐藥菌株不斷增多,對臨床常用抗真菌藥物的多重耐藥性不斷增強,臨床抗真菌治療和預防面臨極大挑戰(zhàn)。本文所述的抗真菌治療策略,例如抗真菌藥物的優(yōu)化策略(如VT-1598、雷扎芬凈和兩性霉素B脂質(zhì)體等)、具有新型作用機制的藥物(如Cm-p5、Fosmanogepix和艾瑞芬凈等)、聯(lián)合藥物(如粘菌素聯(lián)合抗真菌藥物等)和藥物重定位(如舍曲林等)等,均可在一定程度上抑制多重耐藥耳念珠菌的生長并減少藥物的不良反應(yīng)。但各類研究仍存在菌株分支少且單一等問題,難以對所有分支耳念珠菌的藥物敏感性作出總體性結(jié)論,且部分藥物的作用效果來源于體外試驗,并未在臨床上完全轉(zhuǎn)化為實際療效。因此,在未來臨床試驗研究期間,新開發(fā)的抗真菌藥物還需嚴格評估藥物療效、最佳給藥劑量、治療時長和在普通或特殊人群中使用的利益與風險關(guān)系等。

利益沖突：無