抗耳念珠菌感染药物及其作用机制研究进展

钟丽超,曹 飞,陈春香,张洁妤

耳念珠菌是一种新发现的真菌,对临床常用抗真菌药物表现出单一或多重耐药性[1-3]。自2009年首次发现以来,耳念珠菌在全球范围引起侵袭性真菌感染,对公众的身心健康构成严重威胁,目前存在南亚、东亚、南非、南美和伊朗(I-V)5个分支[3]。为克服耳念珠菌的耐药性,降低其致死率,研究者在积极探究新型药物作用机制、寻找新药靶基础上,提出多种耳念珠菌药物治疗的新策略,本文将综述相关药物治疗及作用机制的研究进展,各类药物治疗策略汇总于表1。

表1 各类药物治疗策略汇总Tab.1 Summary of various drug treatment strategies

1 抗真菌药物的优化策略

1.1 唑类 唑类药物通过抑制真菌羊毛甾醇14α-去甲基化酶(CYP51),干扰麦角甾醇的合成而破坏真菌细胞膜,但其易影响药物相互作用并具有毒性,且大部分耳念珠菌对其耐药[3-4]。唑类药物优化策略可有效治疗耐药耳念珠菌。

VT-1598属于四唑类药物,在体外对来自分支I-IV的耳念珠菌及耐药菌株均具有抗菌活性,其最小抑菌浓度(MICs)为0.03～8 μg/mL。在小鼠体内,浓度为15 mg/kg和50 mg/kg 的VT-1598分别使小鼠的中位生存期延长至15 d和21 d,比氟康唑(5 d)更显著降低小鼠体内真菌载量(P均≤0.01,n=100),并减少药物相互作用产生的不良反应[5]。

奥派康唑(Opelconazole或PC945)是一种针对吸入或局部治疗而优化的新型三唑类药物,可避免全身毒性和药物相互作用产生的不良反应。其几何平均MIC值为0.058 mg/L,有效性分别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]。

雷夫康唑为广谱的三唑类药物,其抗菌效果与艾沙康唑、泊沙康唑和棘白菌素相当,在体外对耳念珠菌及耐氟康唑菌株的MIC值为0.03～0.125 μg/mL,但优于伊曲康唑和伏立康唑[7]。

1.2 棘白菌素类 棘白菌素通过抑制β-(1,3)-D-葡聚糖的合成而破坏真菌细胞壁,但棘白菌素只能每日一次经静脉给药,且真菌FKS1突变产生耐药性[3, 8]。雷扎芬净可改善其局限性。

雷扎芬净(Rezafungin或CD101)具有长半衰期(>130 h)和较强稳定性等独特药代动力学,因此可实现每周1次静脉给药,减轻静脉给药负担。体外药敏试验和体内试验表明其具有与其他棘白菌素相似或更强的抗菌活性及疗效,2项临床试验也表明其在人体内具有良好的安全性和有效性,且耳念珠菌FKS1突变对其MICs值的影响较其他棘白菌素更小[8-9]。

1.3 多烯类 多烯类的代表药物为两性霉素B(Amphotericin B,AmB), AmB通过与麦角甾醇结合而破坏真菌细胞膜。因AmB易出现不良反应和肾毒性,严重限制其临床应用[10]。

因脂质体可防止药物与哺乳动物细胞相互作用,降低药物毒性,两性霉素B脂质体(liposomal Amphotericin B,AmBisome)可能是替代传统两性霉素B(CAmphoB)的更好药物。体外试验表明其MIC值为0.25～2 μg/mL,显示出比传统CAmphoB更强的抗菌活性。在小鼠体内,与CAmphoB处理组(20%)相比,14 d内AmBisome处理组的存活率为90%,显著减少小鼠体内真菌载量[10-11]。

1.4 嘧啶类 嘧啶类的代表药物是氟胞嘧啶(Flucytosine),其可抑制核酸和蛋白质的合成,但由于其易出现耐药性及肝脏和血液毒性,目前很少作为单一药物使用[10]。

2 具有新型作用机制的药物

为应对耳念珠菌耐药性,减轻其对全球公共卫生健康的威胁,研究人员开发并研制了一系列具有新型作用机制的药物,有望为治疗耳念珠菌感染带来新思路。

2.1 靶向细胞壁 2020年Kubiczek D等[12]证实抗菌肽Cm-p5可通过在真菌细胞壁上形成孔隙等机制来降低细胞壁的功能完整性,抑制耳念珠菌生长。且Cm-p5对哺乳动物细胞毒性轻微,目前已被用于伤口敷料,作为抵御耳念珠菌感染的第一道防线。

Rosario-Colon J等[13]通过分析耳念珠菌感染的小鼠疾病模型,发现细胞表面单克隆抗体(Monoclonal antibodys,mAbs)可能是治疗耳念珠菌感染的有效方法。单克隆抗体C3.1、6H1和9F2分别靶向真菌细胞壁表面的β-1,2甘露糖(β-Man3)、菌丝壁蛋白1(Hwp1)和磷酸甘油酸激酶1(Pgk1),同时增强吞噬细胞对真菌的吞噬能力,破坏耳念珠菌生物膜的形成,降低小鼠体内真菌载量。

另有研究证实鞣花酸(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可能通过影响耳念珠菌的细胞壁而抑制其生长,同时CAPE能显著降低耳念珠菌的生物量、代谢活性和黏附力[14]。

肌醇酰基转移酶(Gwt1)是GPI生物合成途径的重要物质,糖基磷脂酰肌醇(GPI)对细胞壁和细胞膜的锚定具有重要意义。新型抗真菌前药Fosmanogepix (FMGX,APX001,E1211)可在耳念珠菌体内转化为manogepix (MGX),通过抑制Gwt1,干扰GPI的合成。且Fosmanogepix口服生物利用度良好,具有口服和静脉注射2种给药途径。此外,临床二期试验也表明其在人体内具有可靠的安全性、耐受性和有效性[15]。

艾瑞芬净是一种新型三萜类抗真菌药,其作用机制与棘白菌素类似,对多重耐药耳念珠菌和FKS突变株均具有较强的抗菌活性,且其口服生物利用度和安全性良好[8]。

2.2 靶向细胞膜 Arias LS等[16]证实,壳聚糖(Chitosan)在体内外对来自南亚和南非的耳念珠菌均具有抗菌活性,并提出可能的作用机制为带正电荷的壳聚糖与真菌带负电荷的细胞膜相互作用而破坏真菌细胞膜。

2.3 靶向线粒体 T-2307(Arylamidine T-2307)属于芳香胺,在体内外对耳念珠菌及耐唑类和耐棘白菌素的菌株均具有抗菌活性,其作用机制为抑制真菌线粒体内膜上呼吸链酶复合物III和IV,导致线粒体膜电位崩溃而损伤线粒体,最终起到抗菌作用[17]。

芳香胺ATI-2307(Arylamidine ATI-2307)的作用机制与T-2307相似。其在体内外试验表现出良好的抗真菌活性,并显著改善小鼠生存率,降低小鼠体内真菌载量[18]。

2.4 靶向致病因子 研究表明,黏附力变化、生物膜形成和酶类的产生等致病因子都与念珠菌致病相关[19],靶向致病因子可对抗白念珠菌[20],因此,靶向致病因子为开发抗耳念珠菌的药物治疗策略提供新方向。

2020年Shaban S等[21]证实最活跃的单萜酚类化合物—香芹酚可有效抑制耳念珠菌的黏附力和蛋白酶的产生,进而抑制耳念珠菌的菌丝和生物膜的形成。且其与氟康唑、AmB、卡泊芬净和制真菌素联合使用对耳念珠菌表现出协同抑制作用。

银纳米粒(Silver Nanoparticles,AgNPs)和铋纳米粒(Bismuth Nanoantibiotics,BiNPs)对来自分支I-IV的耳念珠菌及多重耐药菌株均显示出抗菌活性和抑制生物膜活性。AgNPs可同时影响耳念珠菌的功能和代谢,破坏细胞壁或细胞膜、抑制生物膜形成,BiNPs主要破坏耳念珠菌生物膜的结构和细胞形态[22-24]。

副干酪乳杆菌28.4(Lactobacillusparacasei28.4)的益生菌细胞和后生物制剂LPCE以及LPF1在G.mellonella幼虫模型中,通过增加幼虫血细胞数量和抗菌肽表达来增强幼虫免疫应答,并通过降低真菌的代谢,进而表现出抗耳念珠菌活性[25]。益生菌也具有多重作用机制:加强物理屏障,改善健康微生物的黏附同时抑制真菌的黏附,调节宿主的免疫反应,竞争性排除耳念珠菌[26]。

乙酰羟酸合酶(Acetohydroxyacid Synthase,AHAS)是支链氨基酸生物合成途径中的关键性酶,其中耳念珠菌的AHAS称为CauAHAS。靶向CauAHAS的除草剂可结合CauAHAS催化亚基的特定位点,进而阻止底物与辅因子结合,终止催化反应,阻滞支链氨基酸的生物合成。其中苄嘧磺隆(bensulfuron methyl,BSM)除草剂最有效[27]。

Sec14p是一种磷脂酰肌醇/磷脂酰胆碱转移蛋白,可增强囊泡介导的运输功能,促进生物膜细胞外基质的组装,影响念珠菌生物膜的形成。Zhao M等[28]于2021年证明鼻甲素(Turbinmicin)可通过靶向耳念珠菌的Sec14p蛋白,破坏耳念珠菌的生物膜。且低浓度的鼻甲素能杀死所有被测耳念珠菌,并能联合抗真菌药物对耳念珠菌表现出协同抑制作用。

Kim HR和Eom YB[29]发现从生姜中提取的6-姜烯酚(6-shogaol)具有抗耳念珠菌和抑制生物膜活性。其作用机制为降低天冬氨酸蛋白酶的水平并下调外排泵相关基因CDR1的表达,同时降低真菌生物膜中细胞的代谢活性,最终达到抗菌效果。

群体感应分子—法呢醇可抑制Cdr1转运体而阻断外排泵,下调参与真菌生物膜形成的相关基因,降低耳念珠菌的抗性。且其单独使用或与氟康唑联合使用均具有较强的抗菌活性[30]。

2.5 诱导细胞凋亡和细胞周期阻滞作用 2020年Srivastava V等[31]合成了6种新型哌啶衍生物(Piperidine based 1,2,3-triazolylacetamide derivatives),其中pta1、pta2和pta3三种衍生物具有抗耳念珠菌活性,其作用机制为诱导真菌线粒体膜去极化,促进细胞色素c及其他相关因子进入细胞质,激活半胱氨酸蛋白酶Yca1p,触发半胱氨酸蛋白酶级联反应介导的细胞凋亡同时可有效引起DNA损伤,使细胞周期阻滞在S期。其中pta3的抗真菌活性最强且毒性最低。

Kamli MR[32]等于2021年合成了具有抗耳念珠菌活性的Ag-Cu-Co三金属纳米粒,并揭示了其作用机制:使真菌线粒体膜电位崩溃,激活凋亡因子,导致胞内磷脂酰丝氨酸(PS)外翻,最终诱导细胞凋亡并使细胞周期阻滞在G2/M期。由于Ag、Cu和Co的协同抑制作用,Ag-Cu-Co三金属纳米粒的抗真菌活性强于单金属纳米粒。

3 联合药物

3.1 抗真菌药物联合用药 研究发现,多种抗真菌药物联合用药,如艾沙康唑与阿尼芬净或卡泊芬净[33]、米卡芬净与伏立康唑[34]、卡泊芬净与泊沙康唑[35]、两性霉素B与阿尼芬净或卡泊芬净[36],对耳念珠菌均可发挥协同抑制作用。

Caballero U等[33]通过构建抗耳念珠菌药物体外药动/药效学模型,发现艾沙康唑与阿尼芬净或卡泊芬净联合用药的MIC值分别为0.03和0.06mg/L,而艾沙康唑、阿尼芬净和卡泊芬净单独用药的MIC值分别为0.06、0.125和0.25 mg/L。此外,与单药治疗相比,艾沙康唑联合阿尼芬净或卡泊芬净使半最大效应浓度(concentration for 50% of maximal effect,EC50)显著降低6倍,以上结果均表明艾沙康唑与阿尼芬净或卡泊芬净联合用药对耳念珠菌具有协同抑制作用[33]。Aghaei Gharehbolagh S等[34]通过部分抑菌浓度指数(fractional inhibitory concentration index,FICI)证实米卡芬净与伏立康唑联合用药对耳念珠菌也具有协同抑制作用,FICI值为0.15～0.5。

Balla N等[35]通过体外实验研究卡泊芬净与泊沙康唑联合用药对耳念珠菌的抗菌作用,结果显示相较于单独用药,卡泊芬净与泊沙康唑联合用药使浮游状态下MIC值分别减少4～256倍和2～512倍,生物被膜状态下MIC值分别减少8～128倍和4～512倍。同时通过部分抑菌浓度指数也证实两种药物联合使用存在协同抑制作用,两种状态下FICI值分别为0.033～0.375 和0.091～0.5。

研究者采用菌落法绘制时间-抑菌曲线,发现与单药治疗相比,0.5 mg/L两性霉素B联合2 mg/L阿尼芬净或卡泊芬净可在8 h内快速表现出对耳念珠菌的协同抑制作用[36]。

3.2 抗真菌药物联合非抗真菌药物 粘菌素(Colistin)联合艾沙康唑或卡泊芬净或米卡芬净或两性霉素B对耳念珠菌均具有体外协同抑制作用。其中粘菌素能靶向革兰氏阴性菌外膜的脂多糖,改变外膜通透性。此作用机制可能有利于抗真菌药物渗透入真菌细胞内,进而提高药物的抗菌活性[37-39]。

羟吲哚外排抑制剂Azoffluxin可抑制外排泵Cdr1使真菌对氟康唑敏感,降低耳念球菌的毒力。故Azoffluxin与氟康唑联合使用可提高氟康唑的抗菌活性[40]。

Eldesouky HE等[41-44]证实匹伐他汀、奥培米芬、阿瑞匹坦和洛匹那韦分别与唑类药物联合使用,对耳念珠菌均具有协同抑制作用,且均能提高耳念珠菌及耐唑类菌株对唑类药物的敏感性。其中匹伐他汀和奥培米芬可干扰真菌的外排机制和生物膜形成。止吐剂阿瑞匹坦可干扰金属离子的稳态并降低活性氧的分解,影响真菌体内多个重要的生物合成过程。HIV蛋白酶抑制剂洛匹那韦可干扰真菌的葡萄糖转运、ATP合成和外排泵活性。因此,匹伐他汀、奥司普米芬、阿瑞匹坦和洛匹那韦均有潜力成为唑类药物的增效剂。

研究证实,阳离子抗真菌蛋白—NFAP2(Neosartorya fischeri Antifungal Protein 2)联合抗真菌药物对来自南亚分支的耳念珠菌具有协同抑制作用。NFAP2可在真菌细胞膜上形成孔道,进而增强抗真菌药物对真菌细胞壁的损伤和膜活性抑制作用[45]。

丝氨酸棕榈酰转移酶抑制剂多球壳菌素(Myriocin)与氟胞嘧啶联合使用,通过阻断鞘脂的生物合成并影响鞘氨醇的表达水平,对耳念珠菌表现出协同抑制或相加作用[46]。

4 药物重定位

Gowri M等[47]证明,抗抑郁药舍曲林通过与CYP51蛋白结合,抑制麦角甾醇的合成,破坏耳念珠菌的细胞膜并抑制其生物膜形成。

研究发现抗疟药甲氟喹(Mefloquine,MEF)衍生物具有多靶点作用机制:干扰线粒体功能并影响溶酶体的形态和功能,同时调节真菌毒力因子的表达。其口服吸收度良好且半衰期较长,可用于预防耳念珠菌感染[48]。

具有抗癌特性的Rocaglates(RocA)也可抗耳念珠菌,其作用机制为靶向翻译起始因子eIF4A,抑制翻译过程,从而激活细胞死亡程序,包括液泡破裂、线粒体去极化以及半胱氨酸蛋白酶活性增强等[49]。

用作伤口护理的L-Mesitran Soft含有40%医用级蜂蜜、维生素C和E、羊毛脂和聚乙二醇。体外研究表明其对来自分支I-V的耳念珠菌均具有抗菌活性,其作用机制涉及蜂蜜的促渗透活性、低pH和过氧化氢的形成[50]。

用于治疗尿路感染的一线药物硝羟喹啉也具有抗耳念珠菌活性。其可能的作用机制为螯合离子并通过尿路途径清除耳念珠菌以减轻真菌载量,但其具体的作用机制尚不清楚[51]。

研究证实,具有抗癌特性的缩氨基硫脲类化合物NSC319726在体内外对来自分支I-IV的耳念珠菌均具有抗菌活性。NSC319726可能通过抑制核糖体和蛋白质的合成及产生活性氧来抑制耳念珠菌生长[52]。

5 展 望

随着耳念珠菌耐药菌株不断增多,对临床常用抗真菌药物的多重耐药性不断增强,临床抗真菌治疗和预防面临极大挑战。本文所述的抗真菌治疗策略,例如抗真菌药物的优化策略(如VT-1598、雷扎芬净和两性霉素B脂质体等)、具有新型作用机制的药物(如Cm-p5、Fosmanogepix和艾瑞芬净等)、联合药物(如粘菌素联合抗真菌药物等)和药物重定位(如舍曲林等)等,均可在一定程度上抑制多重耐药耳念珠菌的生长并减少药物的不良反应。但各类研究仍存在菌株分支少且单一等问题,难以对所有分支耳念珠菌的药物敏感性作出总体性结论,且部分药物的作用效果来源于体外试验,并未在临床上完全转化为实际疗效。因此,在未来临床试验研究期间,新开发的抗真菌药物还需严格评估药物疗效、最佳给药剂量、治疗时长和在普通或特殊人群中使用的利益与风险关系等。

利益冲突：无