抗白念珠菌新型化合物及靶点的研究进展

王郁熙,杨静

山西医科大学第二医院皮肤性病科 太原市,030001

白念珠菌(Candidaalbicans) 是一种机会性致病真菌,通常可以定植于人类的胃肠道、生殖道、口腔以及皮肤。当人体免疫功能低下或者自身出现生态平衡失调时,白念珠菌通常会引起非侵袭性念珠菌病以及侵袭性念珠菌病[1]。侵袭性念珠菌病包括念珠菌血症以及深层念珠菌病。其中念珠菌血症是最常见的侵袭性念珠菌病,总体死亡率高达22 %～75 %。通常血培养是诊断念珠菌血症最容易的方法,但是血培养的缺陷是效率低且所需时间较长,因此念珠菌血症的死亡率相较于我们现有的数据来说很有可能更高[2]。

最近有研究对中国的念珠菌的分布以及抗真菌药敏模式进行了系统分析,结果显示在所选择的念珠菌分离株中白念珠菌在念珠菌属中占比49.35 %,在感染类型方面侵袭性念珠菌比例最高约占49.36 %[3]。在北美最常见的院内血液系统感染中,念珠菌血症排行第四[4]。白念珠菌具有较高的感染率及死亡率使得抗白念珠菌感染成为需要全人类关注的棘手难题,但是目前用于治疗的抗真菌药物有限,主要为两性霉素B、唑类药物、棘白菌素、氟胞嘧啶等。通过对念珠菌血症的临床分离株研究发现目前白念珠菌对唑类药物、棘白菌素、氟胞嘧啶等药物均存在耐药性,并且对唑类药物的耐药性呈现持续增长的趋势[5]。因此寻找新型抗真菌化合物,开发新的抗真菌独特的分子靶标尤为重要。本文从抗耐药方式与新发现的潜在靶点的角度,对一些化合物在抗白念珠菌中的应用进行总结陈述。

1 通过诱发线粒体功能障碍影响其耐药性

线粒体是一种真核生物中至关重要的细胞器,其承担的功能繁杂多样,主要作用是产生ATP 为细胞提供能量。除此之外,还与细胞衰老、细胞凋亡、肿瘤发生、血红素的合成以及酵母耐药性等有着密不可分的关系[6-7]。真菌的线粒体较为复杂,对于白念珠菌线粒体来说,由于生物的适应性进化等一系列原因,其结构和功能与其他生物相比还是存在一定的差异。但是有一点与人类较为相似,很难作为药物的靶点[7-8]。因此目前对开发线粒体靶标关注度相对较少[7],但是最近一些研究发现某些化合物可以通过诱发线粒体功能障碍而对白念珠菌的耐药性造成较大的影响。

1.1 Cecropin-4 衍生肽C18

抗菌肽是来自于无脊椎动物、脊椎动物以及植物的具有极高抗菌潜力的防御肽[9]。天蚕素(Cecropin) 是一种广泛分布于昆虫中的诱导型抗菌肽[10],天蚕素4 (Cecropin-4) 属于天蚕素的一种,对鲍曼不动杆菌及其他碳青霉烯类耐药菌等抑菌作用较强[11]。Cecropin-4 衍生肽C18 属于天蚕素4 的一种衍生抗菌肽,它是天蚕素4 通过序列截断等一系列修饰所得到的新型抗菌肽,其优点是分子量较小并且具有广谱抗菌效果[10,12]。实验表明C18会导致细胞内活性氧、钙离子增加,并且扰乱钙离子的调节,使得线粒体膜电位崩溃和ATP 耗竭,引发线粒体功能障碍,最终导致细胞死亡。因此C18 能够快速杀灭白念珠菌,并且对氟康唑耐药的白念珠菌也有较好的灭菌效果[13]。C18 为我们应对白念珠菌的耐药性提供了新的治疗方向,为未来的抗真菌药物研发提供了新的可能。

1.2 刺果苏木种子的乙醇提取物 (ethanolic extract of caesalpinia bonduc seeds,EECS)

刺果苏木是一种常见于热带和亚热带地区的植物,其药用价值极高,在民间可以用来治疗多种疾病。并且据报道它的种子拥有抗真菌、病毒、细菌等一系列强大功能[14]。最近一项实验收集了印度及其临近地区的刺果苏木种子,制备其种子提取物(EECS) 进行研究,结果表明EECS 能够明显增加白念珠菌中的活性氧、钙离子的生成,引发线粒体功能障碍,并且这将会导致线粒体膜的通透性发生改变,释放大量细胞色素C,激活metacaspases,促进细胞凋亡[15-17]。同时研究发现EECS 的细胞毒性低,可以安全用于各种体内研究。总的来说,EECS 抗真菌效果好、毒性小并且成本较低,非常适合用来研制新型抗真菌药物,为更好地应对白念珠菌耐药情况提供了可行方案[15]。

2 通过抑制生物膜控制其耐药性

生物膜是一种容易在生物或者非生物基质上形成的细胞群落,生物膜感染是许多微生物主要的毒力因素之一。白念珠菌生物膜是一种由酵母细胞、酵母细胞发芽形成的菌丝和假菌丝共同组成的一种三维结构[18-19]。研究调查发现念珠菌引起的死亡率中与念珠菌生物膜相关的死亡率占比达到了70 %,并且对生物膜形成菌株的耐药性进行测试,结果显示对氟康唑、卡泊芬净的耐药率达到了70 % 以上[20]。因此控制生物膜感染对于白念珠菌感染极其重要。

2.1 Lycosin-Ⅱ

蜘蛛毒液中含有多种抗菌肽,Lycosin-Ⅱ是一种从穴狼蛛中分离出来的新型线性螺旋肽,已经有实验结果表明Lycosin-Ⅱ具有广谱抗菌作用,并且对细菌有快速杀灭作用[21]。最近一项实验在探究Lycosin-Ⅱ的抗真菌活性时发现其对白念珠菌具有较强的抗真菌活性。这种抗菌肽通过破环白念珠菌膜的完整性,有效抑制白念珠菌生物膜从而达到较强的抗菌效果[22]。除此之外,这种抗菌肽对白念珠菌、金黄色葡萄球菌共同形成的生物膜同样具有抑制作用,因为白念珠菌与金黄色葡萄球菌共同感染引起的死亡率更高,因此Lycosin-Ⅱ是一种具有良好前景的抗菌效果多样的抗菌肽,未来可以用来开发新型抗真菌药物[22-23]。

2.2 塞内加尔刺桐茎皮

塞内加尔刺桐是一种古老的被用作草药的豆科植物,它的所有部分都有较高的药用价值。据报道它可以用来治疗感染、流产、疟疾和黄疸等多种疾病,大多数地区使用根和茎皮的频率较花、叶子等其它部分更为频繁[24-25]。据报道从塞内加尔刺桐中分离出的物质对酵母孢子、金黄色葡萄球菌、克雷伯杆菌等均有较强的抑制作用,并且具有潜在的抗癌作用[25-27]。最近实验研究发现塞内加尔刺桐茎皮的提取物对白念珠菌生物膜的抑制作用较强,并且可以破坏白念珠菌成熟生物膜。它的游离提取物和通过配制成微乳液的提取物都对白念珠菌具有较强的抑菌效果,并且它能够与抗真菌药物联合使用,为对抗白念珠菌耐药性提供新型方案[28]。

3 新型潜在药物靶点

3.1 颗粒蛋白前体

颗粒蛋白前体(progranulin,PGRN) 是一种功能丰富的糖蛋白,既可以存在于细胞内作为伴侣介导相关的运输和折叠等,也可以存在于细胞外基质中作为一种生长因子样分子起着特定作用[29]。PGRN 目前是许多疾病治疗的充满潜力的靶点,例如炎性关节炎[30]、骨性关节炎[31]、炎症性肠病[32]、蛛网膜下腔出血[33]、缺血性脑卒中[34]等疾病。并且据报道,PGRN 对细菌引起的败血症有积极的治疗作用[35],但是PGRN 在真菌感染方面的功能还尚未可知。最近一项实验以小鼠为模型研究调查发现,小鼠在受到白念珠菌感染后体内的PGRN 水平显著增加。PGRN 缺陷的小鼠相比于野生型小鼠来说受到感染的几率将减小,并且肾损伤将会减轻。进一步实验研究发现使用抗PGRN 抗体治疗会明显保护小鼠免受白念珠菌侵害[36]。在白念珠菌耐药性日益增长的时代,寻找新型药物靶点极为重要,PGRN 的出现为我们提供了一条抗白念珠菌感染新药研发的新思路。

3.2 F1Fo-ATP 合酶δ 亚基

F1F0-ATP 合酶是一种由多个亚基组成的蛋白复合物,主要位于线粒体内膜负责ATP 的合成。同时它也可以在细胞的增殖分化、脂质代谢以及癌症中起到一定的作用[37]。近年来,F1F0-ATP 合酶已经成为许多非传染性疾病的靶点,例如糖尿病、神经退行性疾病等[38]。F1F0-ATP 合酶中的主要结构包括F0结构域和F1结构域[39]。其中δ 亚基存在于F1结构域中,在F0结构域和F1结构域的耦合中充当着非常重要的角色[40]。最近实验研究发现δ亚基是白念珠菌感染致死必需的一部分,在删除δ亚基后很明显消除了由白念珠菌引起的致死感染,并且进一步实验研究发现δ 亚基的缺失会明显影响白念珠菌的毒力。目前,以F1F0-ATP 合酶δ 亚基为靶点筛选出一种化合物S1(JNU-SM919,C26H29ClN4O2S),一种N-苯基哌嗪-1-硫代甲酰胺,可以通过抑制δ 亚基抑制白念珠菌感染[41]。F1F0-ATP合酶δ 亚基是白念珠菌潜在的新药靶点,未来我们可以以其为靶点研制新药控制白念珠菌感染。

目前,白念珠菌感染率在全世界范围内居高不下,并且其导致的死亡率也在逐年攀升,使得抗白念珠菌感染刻不容缓。临床上抗白念珠菌常用的药物例如唑类、棘白菌素类、多烯类等虽然都对白念珠菌感染能起到一定的治疗作用,但是由于抗真菌药物长期不规范使用,白念珠菌的耐药性也在不断增长。为此我们需要研发更多的新型抗真菌药物来对抗白念珠菌。本文介绍了一些具有极大研发潜力的化合物和潜在的新型药物靶点,未来我们可以开展这些化合物的成药性研究,同时基于这些新型药物靶点筛选效果更好的抗白念珠菌新药,为抗白念珠菌新药的开发提供新的有效思路,改善目前临床因白念珠菌耐药性增长所致的有效药物难求的现状。