白念珠菌病的药物治疗及研究进展

李雯婷 吴建华

(1.海军军医大学基础医学院,上海 200433;2.海军军医大学第一附属医院皮肤科,上海 200433)

白念珠菌是一种条件致病菌,常见于口腔、肠道等,是正常肠道菌群中的一种微生物。在人体免疫力低下时,白念珠菌可造成皮肤或黏膜感染,也可引起全身性的感染,侵入血液、心脏等组织,即造成侵袭性感染。白念珠菌已被2022年公布的WHO优先真菌病原清单列为严重级别组的4种真菌之一。在我国,侵袭性真菌的发病率持续上升,且白念珠菌是最常见的侵袭性念珠菌病致病菌[1]。此外,由于目前使用的传统抗真菌药物耐药问题的发生等原因,寻找不同靶点的治疗药物非常值得关注。本文就治疗白念珠菌病的传统药物及目前新的研究进展进行综述。

1 传统药物

1.1 多烯类

多烯类代表药物有两性霉素B及其脂质体。两性霉素B可用于治疗侵袭性真菌感染、隐球菌病等。麦角固醇是真菌细胞膜特有的脂质成分,多烯类药物通过结合麦角固醇破坏真菌细胞膜,发挥杀菌作用。两性霉素B对细胞内和细胞外的白念珠菌均有杀菌作用[2]。由于多烯类药物还可以与胆固醇结合,而胆固醇是哺乳动物细胞膜的成分之一,故多烯类药物有全身毒性。两性霉素B脂质制剂在不降低两性霉素B抗真菌作用的同时减少了其肾毒性和不良反应的发生[3],已由中国国家药品监督管理局批准上市,用于治疗侵袭性真菌病。

1.2 唑类

唑类代表药物有三唑类药物酮康唑、氟康唑、伊曲康唑、伏立康唑。唑类药物作用于真菌羊毛固醇14α-去甲基酶,该酶也被称为CYP51 (又名ERG11),属于细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450 monooxygenase, CYP)超家族,唑类药物通过干扰CYP51的活性抑制羊毛固醇向去甲基羊毛固醇转化这一麦角固醇合成的关键步骤,从而抑制真菌细胞生长。同时唑类药物对人体CYP酶(如CYP3A4)也有抑制作用,因此存在肝毒性等不良反应。氟康唑主要用于治疗敏感的念珠菌引起的感染。由于白念珠菌中药物的作用靶点突变或上调,以及白念珠菌的外排泵基因表达增加等原因,唑类药物耐药性在增加[4]。

1.3 棘白菌素类

棘白菌素类代表药物有卡泊芬净、米卡芬净。棘白菌素类非竞争性抑制β-1,3-D- 葡聚糖合成,破坏细胞壁完整性,影响真菌细胞渗透压,最终导致真菌细胞死亡。β-1,3-D-葡聚糖是白念珠菌含量较多的多糖,棘白菌素类对白念珠菌有较好的杀菌作用。美国传染病协会推荐棘白菌素类为念珠菌血症、疑似侵袭性念珠菌病的首选药物。目前,白念珠菌对棘白菌素类耐药可能是药物作用靶点突变、白念珠菌生物膜形成等原因导致[4]。

1.4 氟化嘧啶类似物

氟化嘧啶类似物代表药物为5-氟胞嘧啶(5-formylcytosine, 5-FC)。5-FC可干扰真菌DNA和蛋白质的合成,它进入真菌细胞后可快速转化为5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil, 5-FU),进一步转化为5-氟尿苷三磷酸(5-fluorouridine triphosphate, FUTP)。FUTP可代替尿苷酸与真菌RNA结合,改变相应的氨基酰-tRNA,抑制蛋白质合成;5-FU还可代谢成5-氟脱氧尿苷单磷酸(5-fluorodeoxyuridine monophosphate, FdUMP),FdUMP可抑制胸苷酸合成酶,胸苷酸合成酶是DNA生物合成的关键酶,因此5-FC可影响DNA的合成。5-FC对念珠菌属感染有效,但由于固有耐药菌株(约占白念珠菌分离株的10%)的流行和耐药频发,5-FC通常不单独使用,而与两性霉素B联用治疗侵袭性念珠菌病[5]。

2 新型药物及研究进展

2.1 唑类

除传统的三唑类药物外,唑类药物还有基于三唑类药物设计合成的三唑衍生物。随着作用于CYP51的新一代唑类药物(即四唑类药物)的研发,四唑类衍生物也表现出相应的抗真菌活性。

三唑衍生物 Rather等[6]设计合成了三种基于哌啶的1,2,3-三唑乙酰胺衍生物,分别命名为pta1、pta2和pta3,体外实验证明其对氟康唑敏感及耐药的白念珠菌均有抑制作用。与氟康唑相比,pta药物的最低抑菌浓度(minimal inhibitory concentration, MIC)值更低,其中pta1的MIC值最低,氟康唑敏感菌株MIC值为0.024 μg/mL,远低于氟康唑MIC值0.250 μg/mL。该类三唑衍生物可抑制真菌麦角固醇合成相关基因ERG11的表达,从而抑制麦角固醇合成,同时对白念珠菌生物膜有抑制作用,并且可诱导耳念珠菌细胞凋亡和细胞周期停滞,由此,基于pta进一步研究可能开发出具有多种作用机制的新型抗真菌药物,最大限度减少耐药性。用马红细胞对该三唑衍生物进行的细胞毒性试验显示,与溶血率为100%的阳性对照相比,其溶血范围为10.75% ～ 30.09%,表现出低毒性,具体机制有待进一步研究[7]。因其毒性较低,已批准进行进一步体内实验,可在动物模型中研究其对念珠菌的抗真菌活性。

此外,Xie等[8]设计并合成的一系列含侧链取代基的1,2,3-三唑-甲氧基化合物对人体CYP3A4酶的抑制作用较小,安全性良好,且其中两种化合物体外对氟康唑耐药的白念珠菌菌丝形成有抑制作用。进一步研究显示,末端苯环中的邻位取代基团可以提高化合物的抗真菌活性。

四唑类及衍生物 VT-1129、VT-1161(又称oteseconazole,VIVJOATM)和VT-1598(由北卡罗来纳州达勒姆的Viamet Pharmaceuticals研发)是新一代唑类药物,称为四唑类药物。四唑类药物对真菌CYP51的选择性高于人CYP3A4,可减少药物不良反应和药物相互作用[9]。

VT-1129主要用于治疗隐球菌感染,具有体外抗耐药光滑念珠菌及克柔念珠菌的活性[10]。teseconazole是美国第1个美国食品药品管理局FDA批准的复发性外阴阴道念珠菌病 (RVVC) 的治疗药物,被指定用于治疗没有生殖能力但有RVVC病史的女性,但由于其对胚胎,胎儿或母乳喂养的孩子有潜在的毒性作用,孕妇和哺乳期妇女禁止使用该药物[11]。研究显示,VT-1161和VT-1598均对氟康唑耐药的白念珠菌有良好的抑制作用,并且VT-1598的MIC50和MIC90分别为0.06 μg/mL和 0.25 μg/mL,较VT-1161( MIC50和MIC90分别为0.125μg/mL和1μg/mL)更低,但仍对68株分离株中的5种MIC值较大(>2 μg/mL),可能是因真菌麦角固醇合成相关基因ERG3突变或者其他原因导致唑类无法发挥有效作用[9]。

有的四唑类衍生物也存在抗真菌作用,如Staniszewska等[12]研究合成的一系列含苯二氮卓类基团的四唑类化合物,其中两种化合物可抑制麦角固醇的合成,同时诱导细胞的意外性死亡,且因细胞壁屏障破损而抑制信号传导通路,因此该种化合物有抗真菌作用,而对哺乳动物细胞 无毒性作用。

2.2 长效棘白菌素类

rezafungin又称 CD101,是一种新型长效棘白菌素类药物,半衰期约为130 h[13]。该药物通过抑制β-1,3-D- 葡聚糖合成来抑制真菌,无中间体产生,稳定性强,没有肝毒性,且极少的部分经尿排泄[14]。其杀菌作用有浓度依赖性,可进行每周1次给药,在治疗前期达到更好的灭菌效果[13-14]。rezafungin体外对真菌有广泛的抑制作用,体内药效学研究表明,其对念珠菌属有很强的杀菌作用, 如其对白念珠菌、光滑念珠菌和近平滑念珠菌的中位24 h游离药物AUC(area under curve,曲线下面积)/MIC指数分别为2.92、0.07、2.61[13],对多重耐药菌耳念珠菌的24 h游离药物AUC/MIC指数为1.88[15]。George等[16]进行了一项多中心、双盲、双模拟、随机3期临床试验(ReSTORE研究,NCT03667690),显示rezafungin组98例患者中的89例(91%)和卡泊芬净组98例患者中的83例(85%)发生了至少1起治疗突发不良事件,rezafungin组55例(56%)患者和卡泊芬净组52例(53%)患者发生了严重不良事件。rezafungin组和卡泊芬净组14 d治愈率分别为59%、61%; 30日全因死亡率分别为24%、21%,验证了rezafungin的安全性及不亚于卡泊芬净的疗效。

2.3 抗菌肽

抗菌肽是具有抗菌活性的短肽,广泛存在于细菌、真菌、植物、无脊椎动物、非哺乳脊椎动物和哺乳动物中,有抗菌及免疫调节的功能[17]。Octominin是一种源自长蛸(Octopusminor)防御蛋白的合成肽,可以破坏生物膜,体内外对白念珠菌均有抑制作用,经Octominin处理后白念珠菌数量可迅速减少,生长延迟约3 h[17]。进一步研究表明,Octominin可以抑制多重耐药的鲍曼不动杆菌[18],且用壳聚糖纳米颗粒包裹Octominin可增强其对白念珠菌及鲍曼不动杆菌的抑菌效果[19]。此外,该抗菌肽可抑制巨噬细胞释放促炎因子,可能有潜在的抗炎作用[20]。

AMP-17(Muscadomesticaantimicrobial peptide-17)是来源于家蝇(Muscadomestica)的重组蛋白,研究表明它可以通过抑制白念珠菌的细胞壁和细胞膜形成而抑制真菌生长,遗传分析结果显示AMP-17处理后,白念珠菌细胞膜麦角固醇合成相关基因ERG6等表达下调,但细胞壁合成相关基因FKS2表达上调,推测可能由于真菌应对AMP-17引起的细胞壁损伤而引起相关基因表达上调[21-22]。蛋白质组学分析结果显示,与氟康唑对照组相比,AMP-17组中参与脂肪酸生物合成和代谢的差异表达蛋白下调,且有氟康唑对照组未出现的差异蛋白表达,表明AMP-17与氟康唑的作用靶点不同,AMP-17可能作用于膜相关蛋白[21]。

人β-防御素(human beta-defensins, HBD)是主要由上皮产生的一种防御素,是一种阳离子抗菌肽。其中HBD-3对白念珠菌、细菌和病毒均有抑制作用。HBD-2和HBD-3都可以影响细胞膜的通透性且HBD-3效果更为显著。实验显示,将添加钙黄绿素染料的白念珠菌与 HBD-2孵育引起的白念珠菌染料释放在90 min时达到10.3%±2.8%,而HBD-3引起与HBD-2相比超过两倍(24.2%±1.0%)的染料释放[23]。研究显示,女性阴道中存在白念珠菌时HBD-2的表达增加[24]。此外,HBD-2和HBD-3促进肠黏膜上皮细胞之间紧密连接的形成,在白念珠菌感染期间对肠道起保护作用[25]。

2.4 含药纳米微粒

纳米微粒在医药生物和食品工业等领域有广泛的应用,如固体脂质纳米微粒(solid lipid nanoparticles, SLN)和纳米结构脂质载体(nanostructured lipid carriers, NLC)均可用作氟康唑的载体,其中NLC可以更有效地逆转念珠菌属的唑类耐药性[26]。另外,金属氧化物纳米微粒(nanoparticles, NPs)如氧化铁纳米微粒(iron-oxide nanoparticles, IONPs),也有抑制白念珠菌的作用。Yang等[27]实验显示,含两性霉素B的聚乳酸-羟基乙酸-聚乙二醇纳米微粒(amphotericin B-loaded poly(lactic-co-glycolic acid)-polyethylene glycol nanoparticles, AmB-NPs)对兔阴道白念珠菌病模型的治疗效果优于AmB的治疗效果,且低强度超声介导AmB-NPs时两者有协同作用,效果最好。Balabathula等[28]设计合成了用牛血清白蛋白包被的含两性霉素B的IONP(iron oxide nanoparticles coated with bovine serum albumin and coated and targeted with amphotericin B, AMB-IONP),其体外对白念珠菌的抑制效果是AMB的16～25倍。由于AMB对真菌膜中的麦角固醇具有很强的亲和力,可使微粒迁移到感染部位,缓慢溶解并停留。AMB-IONP通过以少量纳米微粒靶向AMB,将其转换为靶向药物输送系统,透射电子显微镜验证了AMB-IONP通过胞吞进入真菌细胞内且进行胞内转运,且会导致细胞核、细胞质、内质网和线粒体等其他细胞内成分变形,液泡增加。其中液泡增加可能是AMB发挥作用导致麦角固醇前体在液泡内堆积的表现。此外,体外实验显示,AmB加入壳聚糖包被的IONPs (chitosan-coated iron oxide nanoparticles, IONPs@CS)中合成的IONPs@CS-AmB的MIC90为4 μg/mL,为AMB的8倍。对大鼠红细胞的溶血试验显示,浓度增加至100 μg/mL时,IONPs@CS-AmB的溶血率仅为2%左右,其毒性较AMB更小。IONPs@CS-AmB与AMB-IONP类似,氧化铁纳米微粒可能通过使用交流磁场等进一步开发研究,实现控制药物释放和靶向药物治疗局部真菌感染等[29]。

2.5 丁香酚类

丁香酚类药物有抗氧化、抗炎、解热、镇痛、抗菌、抗病毒等多种生物学作用[30]。研究显示丁香酚对真菌麦角固醇合成关键酶角鲨烯环氧化酶和CYP51均有抑制作用[31]。此外,丁香酚可以抑制白念珠菌毒力因子溶血素、磷脂酶及凝集素样序列(agglutinin-like sequence, Als)黏附蛋白的活性[32]。其中溶血素、磷脂酶是影响白念珠菌毒力的水解酶,Als3影响白念珠菌的黏附,其缺失导致黏附功能的显著降低,分子对接显示丁香酚与 Als3 存在相互作用,且结合能力优于肉桂醛等其他植物精油相关化合物[32]。体外实验显示丁香酚可导致真菌细胞线粒体损伤,活性氧(reactive oxygen species, ROS) 形成,进一步导致细胞膜损伤和细胞死亡,进一步研究表明,非致死剂量下,丁香酚破坏菌丝形成的调节因子液泡和微管的结构,且是非ROS依赖的[33]。除抑制白念珠菌菌丝的形成外,丁香酚还可抑制白念珠菌生物膜的形成[33]。

此外,丁香酚相关衍生物也有抑制白念珠菌的作用。 Lone等[34]合成的新型丁香酚甲苯磺酸酯ETC-5、ETC-6和ETC-7可抑制白念珠菌细胞的黏附、蛋白酶和磷脂酶的分泌以及白念珠菌菌丝和生物膜形成。此外,ETC系列药物还下调了白念珠菌ERG11基因的表达并抑制CYP51,从而破坏真菌细胞中的麦角固醇合成[35]。Magalhaes等[36]合成的源自丁香酚和类似物的葡萄糖基-1,2,3-三唑,同样是通过抑制CYP51,从而达到抑制白念珠菌的效果。

2.6 其他非抗生素的抗真菌药物

除抗生素药物外,一些非抗真菌药物也表现出抗真菌活性,或可用作抗真菌药物或与抗真菌药物联合使用。

他汀类药物与唑类药物联合使用有协同抗真菌作用[37]。他汀类药物通过抑制3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶a还原酶来降低血液中低密度脂蛋白的水平,该酶在真菌中对麦角固醇生物合成中起关键作用,且他汀类可能产生法尼醇等抑制白念珠菌菌丝形成的分子,因此可能有抗真菌作用。但最近研究表明他汀类药物与唑类和棘白菌素类靶点不同,不影响真菌细胞壁或细胞膜,其抗真菌机制还需进一步探究,且他汀类药物在孵育24 h后可有效抑制菌丝形成,而在孵育48 h后未观察到对菌丝形成的抑制,该药物还可促进白念珠菌毒力因子的作用,在动物模型中促进白念珠菌的转移[37]。在全身感染时,他汀类药物对肝、肾、脾脏组织都有保护,但并非由于其抗真菌作用,而是抗炎作用,因此不应在白念珠菌全身感染时单独使用[37]。

金诺芬是FDA批准用于治疗类风湿性关节炎的药物,有抗风湿、抗炎、抗氧化等作用[38]。研究显示金诺芬可能是通过靶向硫氧还原蛋白系统[39]或靶向Mia40-Erv1通路[40]及抗生物膜的作用[39-40]发挥其抗真菌的活性。Lin等[41]研究显示,金诺芬与非抗真菌药物喷他脒联合使用有协同抗真菌作用,这种联合使用可能对抗真菌药物研发以及抗多药耐药真菌感染提供新的方法。

3 总结与展望

综上所述,白念珠菌病的药物治疗除了传统药物外,还有不断研发的多种新药,如合成化合物、天然化合物及合成抗菌肽、纳米微粒等。相较于传统药物,新型药物具有多种优点(抗菌能力更强,安全性更高,新的作用靶点,对耐药菌株有抑制作用),如四唑类较三唑类可能改善药物不良反应,且对氟康唑耐药菌株有效;纳米包裹技术可以增强药物的抗菌作用,且进一步研究有望实现靶向治疗。很多药物仍处于研发阶段,但同时有新的进展出现,针对新的药物作用靶点进行研发、已有药物外源添加生物材料、多种药物联合使用以及老药新用均可成为新的研发思路,值得进一步关注和研究。