抗真菌药物的作用机制及耐药性

抗真菌药物的作用机制及耐药性第一节抗真菌药物发展简介第一个发现并被用于临床的为上世纪30年代末，从微生物发酵代谢产物中分离得到的灰黄霉素；1944年报道了唑类化合物的抗真菌作用；1949年从微生物代谢产物中分离得到了制霉菌素；1956年报道了两性霉素B的抗真菌活性；1958年灰黄霉素被用于临床；同年，上市了第一个唑类抗真菌药物；1960年两性霉素B被用于临床；1962年报道了氟胞嘧啶（flucytosine）的抗真菌活性；1969年咪康唑和克霉唑（clotrimazole，局部）被用于临床；1974年依康唑被用于临床；1978年描述了阿莫罗芬（amorolfine）；1979年咪康唑parenreral制剂在英国上市；1981年酮康唑口服制剂在美国得到批准上市；同年第一个烯丙胺类药物萘替芬（naftifine）进入临床试验；1987年开始研究开发多烯类药物的脂质体制剂；1988年开始试验第一个棘白菌素类（echinocandins）药物；1990~1992年氟康唑和依曲康唑开始在美国使用；1993~1995年报道了第二代三唑类抗真菌药物；1995~1996年通过了第二个烯丙胺类药物特比萘芬（terbinafine），以及通过了两性霉素B脂质体制剂；1997年通过了依曲康唑口服溶液制剂；2001年上市了第一个棘白菌素类药物caspofungin；2002年上市了第二个棘白菌素类药物magfungin。在20世纪80年代中叶前的近三十年来，尽管两性霉素B的神经毒性比较大，但由于没有更好的治疗药物而一直作为控制临床真菌感染的主要药物。直到20世纪80年代后期和90年代研究开发了咪唑类和三唑系（triazoles）抗真菌药物，使在临床上能够有效地控制局部和系统性真菌感染疾病。特别是三唑系的氟康唑，由于其安全有效和低毒，在问世不到十年的时间内，仅在美国就已经治疗了1600多万真菌感染病人，包括30多万AIDS病人。但随着这类药物的使用，不断有出现耐药性真菌的报道。与细菌耐药性的研究比较，对真菌耐药性的研究还是非常有限的。第二节真菌耐药性与细菌耐药性的异同点主要不同点一是真菌的细胞结构和生活史与细菌的具有较大的差别，如大多数真菌具有二倍体性质和其生活周期较长；二是药物的作用靶位不同，如大多数抗细菌药物的作用靶位是抑制细菌细胞壁重要组分肽聚糖的合成，而大多数抗真菌药物的作用靶位是抑制真菌细胞膜重要组分麦角甾醇的合成或抑制其功能的发挥。不同抗菌药物的协同作用单独使用抗细菌药物RNA聚合酶抑制剂利福平时无抗真菌活性，但当与两性霉素B合并用药时，对多种真菌具有活性。产生这一协同作用的原因是由于两性霉素B对真菌细胞膜的作用而增加了细胞对利福霉素的吸收。不同抗菌药物的协同作用合并使用两性霉素B和核苷类抗真菌药物5-氟胞嘧啶（5FC）于念珠菌感染的老鼠模型，同样能够产生协同效应。产生这一协同效应的原因推测为由于两性霉素B与细胞膜上麦角甾醇的交互作用导致细胞膜结构的改变，从而促进了5FC的吸收。不同抗菌药物的协同作用合并使用细菌细胞壁抑制剂ß-内酰胺类抗生素和蛋白质抑制剂氨基糖苷类抗生素，对肠球菌也能够产生作用机制相似的协同作用如，体外合并使用青霉素和链霉素于粪肠球菌时，在胞内测得的链霉素的浓度比单独使用链霉素时的要高。但是，两性霉素B与5FC的协同作用与上面的机制有所不同，细菌细胞壁抑制剂ß-内酰胺类抗生素和蛋白质抑制剂氨基糖苷类抗生素的协同作用是相继发挥的而不是同时发挥的。耐药机制的不同点到目前为止，细菌通过改变抗菌药物的分子结构，以使药物难以到达作用靶位并与之结合而发挥抗菌作用的耐药性机制（这是细菌对ß-内酰胺类抗生素、氨基糖苷类抗生素和糖肽类抗生素等药物产生耐药性的主要作用机制），以及改变抗菌药物作用靶位的作用机制等，对于真菌耐药性来说，还没有被确证。尽管有一篇报道皮肤寄生的真菌能够降解制霉菌素，但没有足够的理由证明这是造成真菌耐药性的主要原因。耐药机制的不同点而已有的研究表明：抗真菌药物的作用靶位的改变，降低药物与作用靶位的接触是真菌产生耐药性的主要机制。再则，从基因水平的研究来看，细菌产生高度耐药的一个主要原因是由于带有耐药性基因的载体的相互传递所致，如质粒、转座子和噬菌体等；而对真菌耐药性的研究，目前只发现是由于广泛与药物接触而产生的选择压力所致。第三节抗真菌药物的作用机制与真菌耐药性机制抗真菌药物的作用机制抗真菌药物的作用靶位集中在细胞表面：干扰细胞膜的合成如唑类药物氟糠唑等和多烯大环内酯类如两性霉素B等；干扰细胞壁中几丁质的合成如日光霉素和多氧霉素等；干扰细胞壁中1,3-β-葡聚糖的合成如卡帕芬净等；干扰细胞表面甘露糖蛋白复合物的合成如pradimicin等.一、作用于真菌细胞膜的抗真菌抗生素和合成药物目前在临床上广泛使用的这类抗真菌药物有三种结构类型：唑类；多烯类；烯丙胺硫代氨基甲酸酯类（allylaminethiocarbamates）。这类药物的作用靶位为真菌细胞膜的主要组成——麦角甾醇。不同抗真菌药物的作用靶位（一）、作用于真菌细胞膜中甾醇合成的抗真菌合成药物1、唑类抗真菌药物目前应用于临床的这类药物包括有：咪康唑、依康唑、酮康唑、氟康唑、依曲康唑、奥昔康唑（oxiconazole）、特康唑（terconazole）、噻康唑（tioconazole）等，特别是氟康唑，由于其具有良好的临床效果和安全性，因而被广泛地使用。但是，随着这类药物的广泛使用，耐药性真菌出现的频率愈来愈高，从而鞭策人们不断地去开发征服抗耐药性真菌的新一代药物。NNH3COOOOClNNClHNNCl酮康唑克霉唑NNNNNOCH3H3COOOClNNNClH依曲康唑NNNFFOHNNNNNClClOCl氟康唑依康唑NNOClClClCl咪康唑奥昔康唑OOOHClClNNH3CH3CNNNClClONNSCl特康唑噻康唑1）、唑类抗真菌药物的作用机制麦角甾醇作为构成真菌细胞膜的重要成分，对于维持细胞膜的流动性、生物调节以及立体结构等起着重要的作用，而构成细胞膜的甾醇应该是C-14位去甲基的。已有的研究表明：唑类抗真菌药物的主要作用靶位是血红素蛋白，该蛋白共催化抑制依赖于细胞色素P450的羊毛甾醇（lanosterol）的14α-去甲基；而当14α-去甲基酶的活性受到抑制，则不能合成麦角甾醇而只能累积诸如羊毛甾醇、4，14-二甲基酵母甾醇（4，14-dimethylzymosterol）、24-亚甲基二氢羊毛甾醇（24-methylenedihydrolanosterol）等14α-甲基化的甾醇前体，由这样的甾醇构成的真菌细胞膜的结构和功能都发生了变化。1）、唑类抗真菌药物的作用机制早期的咪康唑、依康唑和酮康唑等除了抑制14α-去甲基酶的活性外，对存在于膜上的其他一些有关的酶也具有抑制活性：如用新近开发的voriconazole处理白念珠菌时发现有酵母甾醇和角鲨烯（squalene）的累积，但还不清楚造成这一结果的原因是由于voriconazole与细胞膜上的一些与麦角甾醇合成有关的酶发生交互作用，还是由于14α-去甲基酶的活性被抑制后产生的次级效应所致。另外，这类药物的作用机制与作用对象有关如，氟康唑和依曲康唑除了抑制新型隐球酵母的14α-去甲基酶的活性外，还能够抑制将钝叶鼠曲草素酮（obtusifolione）还原成为相应的醇（obtusifoliol），从而导致甲基化的甾醇前体累积。FLU:氟康唑；ITRA:依曲康唑；VOR：voriconazole；TERB：特比萘芬2）、真菌对唑类抗真菌药物的耐药性机制真菌对唑类药物产生耐药性的主要作用机制是由于药物的作用靶酶结构发生修饰，或是降低了这类药物与靶酶接触的机会，或是两者同时兼之。还没有发现由于药物结构被修饰而造成耐药性的作用机制。1：靶酶过量产生；2：药物结构被改变；3：药物被外排蛋白泵出；4：药物在细胞壁水平/细胞膜水平被阻止；5：细胞由于药物的作用而产生的补偿途径以使细胞保持活性；6：某些能够将钝化的药物转化为活性药物的酶被抑制；7：细胞产生某些能够降解药物的酶并分泌至胞外。真菌对唑类抗菌药物产生耐药性的生物化学机制作用机制原因备注药物作用靶位改变（14α-甾醇去甲基酶）靶位发生改变致使药物不能与之结合，但不改变与外源底物的结合能力靶位有活性，但对药物的亲和力降低甾醇生物合成改变缺乏△5,6-去饱和酶导致14α-甲基fecosterol的积累，而不是麦角甾醇的积累胞内靶酶合成量减低细胞膜中脂和甾醇改变，特异性药物外排泵过量表达（CDR1、PDR5和BEN）透过细胞膜的能力降低；主动外排泵靶酶合成量增加靶酶拷贝数增加麦角甾醇过量合成，导致氟康唑和依曲康唑的交叉耐药性2、烯丙胺类抗真菌药物1）、烯丙胺类抗真菌药物的作用机制虽然与其他麦角甾醇生物合成抑制剂类抗真菌药物的结构不同，烯丙胺类的特比萘芬和萘替芬的作用机制也是抑制麦角甾醇的生物合成。特比萘芬在体内外对皮肤真菌具有很强的抗菌活性，并对某些唑类抗菌药物产生耐药性的菌株也有效。NCH3C(CH3)3NCH3特比萘芬萘替芬特比萘芬和萘替芬的化学结构（二）、作用于真菌细胞膜中甾醇合成的多烯类抗真菌抗生素1、多烯类抗真菌抗生素的作用机制在早期研究多烯类药物对敏感菌的作用过程中，通过外源加入甾醇类物质能够明显降低培养物对药物的敏感性，从而支持了多烯类药物的抗菌作用是通过与细胞膜上的甾醇作用来实现的这一观点。由于药物首先与外源加入的甾醇物质发生生物化学作用，而使细胞膜上的甾醇免遭药物的作用。1、多烯类抗真菌抗生素的作用机制抗生素发挥作用时首先与膜结合,其结合程度与膜内甾醇含量成正比。结合后生成的膜——抗生素复合物,使细胞质膜结构发生改变,在膜脂质双层中形成由多烯大环内酯抗生素与胆固醇结合的环状化合物,构成亲水通道,致使细胞内容物向胞外泄漏。所泄漏的物质种类与抗生素的性质、浓度及作用时间有关,如钾离子、无机磷、有机磷、氨基酸、磷酸酯直至核酸、蛋白等,从而产生杀菌作用。1、多烯类抗真菌抗生素的作用机制利用这一特性,结合使用一些原先不能通过真菌胞膜的药物,使其发挥作用,菲律宾菌素与甾体结合后形成的复合物在膜内发生重排,以至膜结构破坏成为碎片,从而使真菌被杀死。这类抗生素的毒副作用是由于其对细胞质膜脂质双层中的固醇类结合专一性不强而损伤正常人体细胞所引起的。A：由两性霉素B在细胞膜上产生的孔道；B:两性霉素B与细胞膜上的胆甾醇以氢键的形式结合，从而破坏细胞膜的结构产生孔道两性霉素B(AMB)的应用两性霉素B适用于治疗大多数深部真菌病,如隐球菌、假丝菌、曲霉菌、毛霉菌、球孢子菌、膜组织胞浆菌和芽生菌等引起的各种脏器和全身感染；也可用于治疗皮肤和粘膜真菌病,以及使用广谱抗生素时预防并发真菌病。两性霉素B可作为全身或深部真菌感染的首选药物,如隐球菌脑膜炎、真菌性菌血症、真菌性心内膜炎、肺部真菌感染、真菌性肠炎、真菌性角膜溃病及阴道炎等。两性霉素B的应用尽管两性霉素B是一个最为重要的抗真菌药物，但由于其较窄的治疗指数（therapeuticindex），并且肾毒性较强，使其在临床应用上受到了一定的限制。为了改变这一不足，近年来，对两性霉素B脂质体的研究取得了很大的成功。目前已经有多种两性霉素B脂质体剂型被用于临床，从而有效地改善了高剂量使用时对哺乳细胞的毒性。因为在脂质体中，药物能够定向地到达真菌细胞膜，与细胞膜中麦角甾醇发生作用。两性霉素Ｂ是唯一可静脉注射临床使用的多烯类抗真菌抗生素。CH3OOOHOHOHOH3CHOH3COHOHCOOHHOHOHOCH3OHNH2OOH两性霉素BCH3OOOHOHOHOHOH3CHOH3COHOHOHCOOHOCH3OHNH2OHONystatinA1两性霉素B和制霉菌素A1的化学结构制霉菌素(NYS)制霉菌素能结合麦角甾醇,降低细胞膜稳定性,对多种真菌有活性,但在胃肠道不易吸收,且其毒性严重,临床应用受到