抗蓝氏贾第鞭毛虫药物研究进展

冯宪敏,朱 枫,藏秋雨(综述),卢思奇(审校)

2.首都医科大学病原生物学系,北京 100069

抗蓝氏贾第鞭毛虫药物研究进展

冯宪敏1,朱 枫1,藏秋雨1(综述),卢思奇2(审校)

2.首都医科大学病原生物学系,北京 100069

蓝氏贾第鞭毛虫(Giardia lamblia Stile,1915,亦称G.intestinalis或G.duodenalis,简称贾第虫),是一种厌氧的(anaerobic)寄生性原生生物。其生活史包括滋养体(trophozoite)和包囊(cyst)两个发育阶段。前者为虫体的致病期(或营养和繁殖期),寄生于人和某些哺乳动物小肠内导致以腹泻和消化不良为主要症状的蓝氏贾第鞭毛虫病(giardiasis,简称贾第虫病);后者为感染期(或静止期),由滋养体在小肠内分泌成囊物质形成,之后随宿主粪便排出体外而具感染性。

贾第虫的感染不仅广泛流行于发展中国家,即使在美国也是水传腹泻暴发流行的最常见原因。在特定区域,被贾第虫包囊污染的水源常引起旅游者腹泻。本病已被列为全世界危害人类健康的十种主要寄生虫病之一。本虫世界范围的感染率约为1%～20%,我国的感染率平均为2.54%左右。蓝氏贾第鞭毛虫合并HIV/AIDS的感染,及其在同性恋者中流行的报道不断增多。本文将就近年抗贾第虫药物的研究进展和新靶点的开发作一回顾。

1 抗贾第虫新药研发的意义

目前,临床上治疗贾第虫病的首选药物是甲硝唑(250～ 750mg,口服 ,3 次/日 ,疗程 2～ 5w)〔1-2〕。由于一方面,贾第虫病患者多为慢性期,病程长,需要长期大量用药。而疗程越长,剂量越大,甲硝唑的不良反应也就越多。最常见的是胃肠道反应,严重者可出现消化道的大出血;部分患者还可出现神经系统症状,血液系统反应,重者可患心肌炎,甚至致癌。孕期是甲硝唑的禁忌症,因为其可引起胎儿的畸形〔2〕,因此极大地限制了甲硝唑在本病治疗中的应用。

另一方面,甲硝唑通过抑制原虫的氧化还原反应,使原虫的氮链发生断裂,因此对原虫有杀伤作用,这一作用的发挥有赖于药物本身可以进入到虫体内。但是贾第虫除了滋养体致病以外,最重要的传播阶段是包囊。在长期应用药物治疗的过程中,部分滋养体发生耐药而成囊。由于包囊壁的保护作用,甲硝唑对原虫的包囊不发挥杀伤作用,并且,甲硝唑作用后,虽然虫体死亡,但微丝结构无破坏,说明甲硝唑不能损伤虫体微丝结构。因此不能阻断贾第虫病的传播。正是由于上述原因,使得抗贾第虫新药的研发成为亟待解决的问题。

2 抗贾第虫新药研究进展

在研究贾第虫病治疗药物的过程中,寻找新的药物作用靶点至关重要,其中与其致病关系密切的形态结构、关键的代谢酶、与虫体增殖相关的结构等都可作为药物作用的靶点。

2.1 以细胞骨架为靶点的抗贾第虫药物 贾第虫的细胞骨架结构复杂,与虫体致病力密切相关,对细胞骨架有损伤作用的药物均可使贾第虫的吸盘丧失吸附功能而失去致病能力。因此,贾第虫细胞骨架的成分是新药物筛选的有效候选靶点。

目前,将作用于贾滴虫细胞骨架的药物分为三类:(1)作用于微管结构的药物(如秋水仙碱和诺考达唑)(2)作用于微丝的药物(如细胞松弛素)(3)苯并咪唑类药物。其中苯并咪唑类药物作用效果较明显。(4)青蒿素类。

苯并咪唑类衍生物(1,3,9,15H-benzimidazole)可抑制微管蛋白的聚合作用。用流式细胞仪对体外贾第虫滋养体对药物敏感性的评价结果也显示,该类药物对细胞骨架有损伤作用〔3〕苯并咪唑类药物敏感株和不敏感株的微管蛋白对苯并咪唑类化合物的再结合力实验表明,苯并咪唑的衍生物对虫体的α和β-微管蛋白有再结合能力。敏感株再结合β-微管蛋白的亲和常数明显高于非敏感株。几种苯并咪唑衍生物(albendazole、Fenbendazole、mebendazole)也在敏感株表现出对单聚体β-微管蛋白和异二聚体α-β-微管蛋白的高亲和性〔4〕。另有报道显示,电镜下观察发现苯并咪唑类药物可结合微管,使吸盘解体,影响细胞骨架的功能〔5〕。

青蒿素是从菊科艾属植物黄花蒿(Artemisia annua)茎叶部分离提取出来的一种含过氧基团的倍半萜内酯,是我国学者首先发现的新型抗疟药物。青蒿素体内代谢活性产物为其衍生物之一的双氢青蒿素(Dihydroartemisinin,DHA),用特异性标记染料罗丹明-鬼笔环肽(RDP)和紫杉醇(P22310)分别标记微丝和微管,激光共聚焦显微镜观察结果显示双氢青蒿素不仅对虫体细胞骨架而且对细胞超微结构均有损伤,从而起到对蓝氏贾第鞭毛虫的杀伤作用。

紫杉醇(Tau)和紫杉酚(Taxol)是一种抗有丝分裂药物。Tau诱导Taxol结合到微管网格结构的两种配体上。Tau是一种微管相关蛋白,结合在α-β tubulin的外部,二者均降低微管蛋白的聚合。Tau也单独作用于微管束,使坚固(stiffen)空间。

2.2 以代谢酶为靶点的抗贾第虫药物 作为一种缺乏线粒体的寄生性原核生物(archezoa),贾第虫生命活动中的能量代谢并不具备由细胞色素介导的氧化磷酸化过程,而是依靠糖酵解途径获取能量(即使在有微量氧存在的环境中也是如此)。其代谢方式与细菌有许多共同之处,即无氧酵解能量代谢依赖焦磷酸盐而非依赖三磷酸腺苷的三羧酸循环途径〔6〕。在此种过程中需要某些酶类参与催化和调节。因此,这些酶类在抗贾第虫药物研究中逐渐引起了人们的关注。

丙酮酸铁氧化还原酶(PFOR)在贾第虫体内催化铁氧化还原蛋白的生成。铁氧化还原蛋白是甲硝唑发挥抗贾第虫作用的重要媒介。当药物进入滋养体内,通过虫体电子传递蛋白(铁氧化还原蛋白)将虫体的电子传递到药物分子的硝基上,药物就被这一还原的硝基所活化,还原的甲硝唑作为终末电子受体共价结合到虫体的DNA大分子上,引起虫体DNA断裂,双螺旋结构被破坏,丧失其模板功能,阻止转录与复制,最终导致细胞死亡。当虫体的PFOR活性下降时,贾第虫表现出明显的耐药〔7〕。呋喃唑酮通过抑制细菌的氧化还原酶而发挥抑菌作用,可使贾第虫细胞内的核糖体和糖原较对照组减少〔8〕。

3 新药靶点筛选

3.1 以PPi依赖的代谢酶为靶点的抗贾第虫药物筛选 从代谢的角度而言,经典的糖酵解途径是碳代谢的起点。对于需氧的真核生物,糖酵解途径所产生的能量是微不足道的。它们95%的ATP来源于后续的三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle reactions)和氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)过程。相比较而言,那些无线粒体的厌氧或微需氧的原真核生物,其ATP产出则主要依赖糖酵解过程,这种代谢的特点给这些生物的能量代谢带来了选择性的压力。一些原真核生物为此发生许多有意义的适应性改变。在前期工作中,我们验证了PPDK是贾第虫糖酵解途径的关键酶〔9〕。由于PPDK不存在于高等的哺乳动物,因此成为新型抗贾第虫药物研发的理想候选靶点。截至目前,尚未见有关PPDK抑制剂作用于贾第虫的相关报道。

3.2 酸性钙离子体为靶点的药物研发

双磷酸盐(Bisphosphonates)类药物,通常用于治疗各种骨吸收性疾病,如骨质疏松、恶性肿瘤引起的高钙血症、及肿瘤的骨转移等。有证据表明,大多数活性双磷酸盐类药物抗原虫作用的靶点均为类异戊二烯合成途径中的关键酶即法呢基焦磷酸合成酶(FPPS):(1)体外实验证明包括布氏锥虫(T.brucei)〔20〕、刚地弓形虫(T.gondii)〔11〕、利氏曼原虫(L.major)〔12〕在内的原虫的生长与 FPPS密切相关;(2)体内抗虫实验证明双磷酸盐类药物能有效抑制布氏锥虫的繁殖,使病情得到逆转〔11〕;(3)分子模式和结构活性调查显示,来自不同虫种的FPPS具有相似的药效团〔13〕;(4)应用基因工程的手段筛选FPPS过表达的T.gondii虫株,结果表明FPPS过表达虫株对双磷酸盐类药物具有较高的抵抗力,而阿托奎酮(对FPPS无抑制作用)的IC50未受到影响〔14〕。

该酶类存在于肠道寄生原虫溶组织阿米巴,且含氮芳香烃链双磷酸具有较高的杀虫效果,可有效降低阿米巴肝脓肿的发生〔15〕。由于贾第虫的能量代谢主要依赖PPi,因此双磷酸盐类药物具有潜在的抗贾第虫作用。

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R382.9

A

1002-2694(2010)08-0779-02

冯宪敏,Email:xianmin08.student@sina.com

1.吉林医药学院病原教研室,吉林 132013;

2010-02-18;

2010-04-21