抗真菌药物探究论文

【关键词】抗真菌药；,,多烯类；,,三唑类；,,棘白菌素类 摘要：近 20 多年来，随着大量广谱抗生素的应用、骨髓和脏器的移植、皮质激素及 免疫抑制剂的应用、艾滋病发病率的增加、各种导管的介入和真菌检测技术的提高，念珠 菌血症和系统性曲霉感染逐渐增多。北京协和医院报道在四个不同年代败血症血培养的结 果显示，1994～1995 年真菌发生率为 81%；2000 年为 67%。20 年 149 例真菌感染 的分析显示，真菌感染呈逐年上升的趋势。临床上已有耐氟康唑的念珠菌和耐两性霉素 B 的曲霉存在。因此需要新的抗真菌药物。目前即将推出和已上市的新药有：多烯类的制霉 菌素脂质体、两性霉素 B 脂质体剂型 AmBisome、两性霉素 B 脂质体复合物 Abelect、 两性霉素 B 胶样分散体 Amphotec、伊曲康唑口服液和注射剂、伏立康唑注射剂和口服片 剂以及卡泊芬净注射剂。各种新药均有其特点与不良反应，但总的是新药的开发和临床应 用，将会对侵性真菌感染提供有力的治疗措施，真菌感染的治疗前景将会有进一步的改观。 关键词：抗真菌药；多烯类；三唑类；棘白菌素类 在过去的二十年里，随着大量广谱抗生素的应用、骨髓器官移植的开展、糖皮质激素 及免疫抑制剂的应用，导管介入治疗，特别是艾滋病的流行，念珠菌血症和系统性曲霉病 等系统性真菌感染逐渐增多。资料显示，上述人群中深部真菌感染发生率约为 11%～ 40%，病死率为 40%［1～3］。北京协和医院四个不同年代败血症培养的结果显示， 1994～1995 年真菌败血症的发生率高达 81%［4］；2000 年真菌败血症的发生率达 67%。20 年 149 例真菌感染的分析显示，真菌感染呈逐年上升趋势［5］。去氧胆酸两 性霉素 B(AMB)作为治疗系统性真菌感染的广谱抗真菌药已成为治疗真菌感染的金标准， 但由于不良反应限制了其广泛应用。临床上已经发现有耐氟康唑的念珠菌和耐两性霉素 B 的曲霉存在，因此近年来一些新的抗真菌药物包括三唑类、棘白菌素类以及毒性较小的两 性霉素 B 衍生制剂不断出现，应用于临床取得显著疗效［6］。治疗系统性真菌感染的药 物现共有多烯类(两性霉素 B 及其衍生物)、三唑类(如氟康唑、伊曲康唑、伏立康唑等)、 嘧啶类(如氟胞嘧啶)、棘白菌素类(如卡泊芬净)、复方磺胺甲口恶唑等。第一个治疗系统 性真菌感染的抗真菌药物制霉菌素由于毒性大而逐渐被停用；1959 年两性霉素 B 产生， 在 20 世纪 70 年代早期和 80 年代分别研究出氟胞嘧啶和酮康唑，随着氟胞嘧啶的临床应 用很快出现对氟胞嘧啶耐药现象，而酮康唑的毒性也使其临床应用受到很大的限制。20 世 纪 90 年代三唑类如氟康唑、伊曲康唑由于疗效确定且不良反应较少，迅速广泛用于临床 治疗系统性真菌感染。自 1990 年至今的 14 年中，先后上市并应用于临床的药物有氟康 唑、伊曲康唑、两性霉素 B 的不同剂型［包括两性霉素 B 脂质体(LAMB)、两性霉素 B 胶 体分散体(ABCD))、两性霉素 B 脂质复合物(ABLC)］，卡泊芬净(caspofungin)及伏立康 唑等。不久还有其它更多的药物将应用于临床如普沙康唑(posaconazole)、拉夫康唑 (ravuconazole)、制霉菌素脂质体(liposomalnystatin,nystatinLF,商品名：Nyotran) 以及 micafungin(FK463)这些药物不但毒副作用少，而且在某种程度上比两性霉素 B 效 果还好［6］。 1 多烯类药物 (1)制霉菌素脂质体制霉菌素属多烯类抗真菌药，具有广谱抗真菌作用，对新型隐球菌、 念珠菌属、曲霉等均有良好作用，经皮肤黏膜用药不吸收，口服几乎全部自粪便排出对深 部真菌感染无治疗作用，注射用药肾毒性大。临床上仅限于局部治疗口咽部、胃肠道及阴 道真菌感染。Aronex 公司将游离制霉菌素包裹在多层脂质中，研制出注射用制霉菌素脂 质体(liposomalnystatin,NystatinLF，现进入注册阶段)。其抗菌活性和抗菌谱与制霉菌 素相仿，对念珠菌属、新型隐球菌、曲霉、根霉、镰孢霉、毛霉、梨头霉和球孢子菌属等 均有抗菌活性。本品体外不但对白念珠菌有效包括对部分耐两性霉素 B 的白念珠菌亦具有 良好活性，而且对非白念珠菌如克柔念珠菌、光滑念珠菌、近平滑念珠菌和热带念珠菌均 具有活性，但不及对白念珠菌。能有效抑制全部受试曲霉株包括伊曲康唑耐药株；对黄曲 霉的抗菌活性略优于两性霉素含脂复合制剂，但不及两性霉素 B 和伊曲康唑［7］。本品 对临床常见真菌分离株的最小杀菌浓度(MFC)和最小抑菌浓度(MIC)相差不大，在人体内 呈非线性药动学，药物终末半衰期随给药剂量增加相应延长，给药剂量范围在 025～ 075mg/kg 时，AUC 呈线性增长；剂量增加至 075～10mg/kg，AUC 不再改变，代谢达 饱和状态［8］。本品易于和网状内皮系统结合，在肺、肝、脾组织中达到较高浓度，由 于本品主要经肾脏排泄，因此肾组织中也有较高的浓度。本品表现出良好的安全性，主要 的不良反应有低钾血症(约占 25%)、肾功能损害(每日剂量 6mg/kg 以上时可能发生)；快 速静脉点滴可能出现寒战、发热、呼吸困难，偶有皮疹、肝功能损害，但不影响治疗，无 需停药。(2)两性霉素 B 及其不同剂型为多烯类抗真菌药，与真菌细胞膜麦角固醇结合，膜 渗透性改变导致真菌死亡。该药抗菌谱广，几乎对所有的真菌都有较强的抗菌作用，对某 些严重的深部真菌病如新生隐球菌脑膜炎、侵袭性曲霉病，特别是对免疫缺陷或严重粒细 胞缺乏的患者的治疗以及某些地方性真菌病如球孢子菌病、组织胞浆菌病、皮炎芽生菌病 等仍需应用两性霉素 B，因此迄今仍是许多危重深部真菌感染治疗的首选药物。现已有三 种不同的脂质体剂型问世，它们由两性霉素 B 用脂质或脂质体包裹或交织而成，使之能迅 速被网状内皮系统所摄取，减少与蛋白质的结合，从而改善两性霉素 B 的体内过程和毒理 学特性，具有与两性霉素 B 相等的临床疗效，且发生的与输注相关的毒性反应和肾毒性明 显减少。①两性霉素 B 脂质体剂型(AMBisome)，是用脂质体将两性霉素 B 包裹而成；② 两性霉素 B 脂质体复合物(ABLC)，商品名 Abelect，是脂质体与两性霉素 B 交织而成；③ 两性霉素胶样分散体(ABCD))，商品名 Amphocil 和 Amphotec 是用胆固醇硫酸酯与等量 的两性霉素 B 混合包裹而成。 2 三唑类 (1)伊曲康唑具有较酮康唑和氟康唑更广的抗菌谱，是第一个对曲霉有良好作用的唑类 药，它对念珠菌、隐球菌、曲霉、组织胞浆菌、皮炎芽生菌、球孢子菌、副球孢子菌、孢 子丝菌等引起的感染均有良好疗效，有效率可达 80%以上，是近数十年来抗真菌感染治疗 的一个很大进展。伊曲康唑与蛋白高度结合(998%)；能在大多数组织和体液中达到有效 治疗浓度；水性体液中药物浓度很低；几乎不能渗透到脑脊液中；在肝脏中被较广泛地代 谢；排泄到粪便和尿液中；片剂稳态半衰期大约为 64h，口服液和注射剂的半衰期分别为 37～40h 和 35h［7］；与两性霉素 B 对照研究证实，两药的有效率相等。但当曲霉病急 性发作时，还需先用两性霉素 B，然后改用伊曲康唑维持治疗，非急性曲霉病可开始即用 伊曲康唑。它为不危及生命的组织胞浆菌病和芽生菌病等的首选药，对轻、中度的组织胞 浆菌病可作为长期支持疗法的辅助治疗。对中性粒细胞缺乏患者曲霉病的预防和治疗有效， 可用于艾滋病患者隐球菌病的初治和长期维持治疗。由于它不易通过血脑脊屏障，因此治 疗脑曲霉引起的感染必须使用大剂量才能取得良好的效果。伊曲康唑为三唑类化合物，因 此不良反应明显较酮康唑低，患者易耐受，不良反应为厌食、恶心、腹痛、便秘等消化道 反应和头痛、头晕、瘙痒等。长期治疗的患者中有 70%发生血清转酶升高，但停药后多能 恢复。(2)伏立康唑具有广谱抗真菌活性，其作用机理是通过抑制真菌细胞色素 P450 介导 的 14a 固醇去甲基作用，阻断麦角固醇生物合成这一关键步骤发挥药效。其抗菌活性 10 ～500 倍于氟康唑，对所有曲霉、隐球菌、念珠菌属包括对氟康唑耐药的克柔念珠菌和光 滑念珠菌均有杀菌活性。对氟康唑、伊曲康唑和两性霉素 B 不敏感的皮炎芽生菌、粗球孢 子菌、巴西副球孢子菌及荚膜组织胞浆菌亦具抗菌活性。伏立康唑还对一些少见的真菌如 足分支霉属和链孢霉属亦有杀菌活性，而这些菌对现有的抗真菌药敏感性差。体外试验还 观察到对临床标本中分离出的包括顶孢霉、链格孢菌属、双极霉属、 Cladophialophoraspp.、荚膜组织胞浆菌，其中大部分菌株在伏立康唑血浓度为 005～ 2μg/mlg/ml 时即可被抑制。它对口咽念珠菌病及急性和慢性侵袭性曲霉病的疗效满意。对耐 氟康唑的念珠菌感染和艾滋病患者和急性曲霉感染的免疫功能低下的患者均有很好的疗效。 口服后伏立康唑吸收良好迅速，约 1～2h 血药浓度达到高峰，伏立康唑表现为非线性的药 代动力学。应用伏立康唑负荷剂量(6mg/kgiv,bid 或口服 400mgQ12h 初试 2 次)在用药 后 d1 就达到接近稳态血药浓度，在健康人群中的生物利用度为 96%。伏立康唑在组织中 的浓度高于血浓度，高于所有敏感菌的 MIC(1000ng/ml)。主要在肝内代谢后被清除，从 尿中排除<2%。临床治疗适应证：治疗曲霉感染；治疗对氟康唑耐药的严重侵袭性念珠菌 感染，包括克柔念珠菌感染；治疗足分支霉属和链孢霉属导致的严重真菌感染；亦可用于 免疫功能缺陷者有严重致命性真菌感染。无论是静脉滴注或口服给药，首次给药时 d1 均 应给予首次负荷剂量，以使其血药浓度在给药 d1 即接近于稳态浓度。负荷剂量(第 1 个 24h)：Q12h 给药 1 次，每次 6mg/kg(适用于第 1 个 24h)，维持剂量(开始用药 24h 以 后)bid，每次 4mg/kg；静脉滴注和口服给药尚可以进行序贯治疗。疗程视患者用药后的 临床和微生物学反应而定。静脉用药的疗程不宜超过 6 个月。不良反应最常见有视觉障碍、 发热、皮疹、呕吐、恶心、腹泻、外周浮肿及腹痛。不良反应为轻到中度，及时停药可恢 复，极少数出现严重肝肾损害、史蒂文斯约翰逊综合征、中毒性表皮溶解坏死 ［9，10］。 3 棘白菌素类 卡泊芬净(caspofungin)是棘白菌素类抗真菌药的第一个产品，属于 β1，3D) 葡聚糖 合成抑制剂。与两性霉素 B 和唑类抗真菌药物不同，卡泊芬净以真菌细胞壁为靶位，特异 性抑制细胞壁 β1，3D) 葡聚糖的合成，破坏真菌细胞壁的完整性，使真菌细胞内渗透压不 稳定，最终导致真菌细胞溶解。由于哺乳动物不存在 β1，3D) 葡聚糖，故本品不会对哺乳 动物产生类似两性霉素 B 作用机制为基础的毒性作用，故患者耐受性较好。卡泊芬净具有 广谱抗真菌活性，对白念珠菌、非白念珠菌及曲霉属的真菌均有很好的抗真菌活性，对耐 氟康唑、两性霉素Ｂ或氟胞嘧啶的念珠菌、曲霉等也具有体外抗菌活性。与唑类或多烯类或氟胞嘧啶的念珠菌、曲霉等也具有体外抗菌活性。与唑类或多烯类 无交叉耐药，对念珠菌分离株也无天然耐药，适用于对其他治疗无效或不能耐受的侵袭性 曲霉病。美国 FD)A 已经批准卡泊芬净治疗侵袭性念珠菌病，其适应证包括中性粒细胞减少 症及非中性粒细胞减少症患者的念珠菌血症和食道念珠菌及口咽念珠菌病。在一项随机、 双盲、多中心非劣效性研究中，研究者对卡泊芬净和两性霉素 B 治疗侵袭性念珠菌病的疗 效进行观察，结果显示，对于白念珠菌感染，卡泊芬净与两性霉素 B 的疗效相似；对非白 念珠菌感染，有效率分别为 81%和 68%，两者治疗侵袭性念珠菌病的总体疗效相当。在 临床事件、实验室检查结果异常、所有的药物相关不良事件、因不良事件而中止研究、输 注相关的不良事件、低血钾症及肾毒性等方面，前者的发生率均显著低于后者 ［11，2］。 4 小结 新的抗真菌药物的开发和临床应用，为治疗深部真菌感染提供有力的保证，相信对深 部真菌感染的治疗将会有很大的改观。 【关键词】深海微生物；,,研究；,,开发 摘要：深海微生物是地球生物系统的重要组成部分，深海微生物由于其在生态、资源、 环境等方面的重要性，越来越受到人们的重视。本文对深海微生物研究开发的历史和进展 进行概述。 关键词：深海微生物；研究；开发 Researchanddevelopmentofdeepseamicrobes ABSTRACTD)eepseamicrobesaretheimportantcomponentsofearthbiological system.D)eepseamicrobeshavereceivedmoreandmoreintensiveattentionastheir importanceintheresearchandapplicationinecology,resources,environments,and soon.Inthisstudy,thehistoryandmainachievementsindeepseamicrobialresearch anddevelopmentswerebrieflyintroduced. KEYWORD)SD)eepseamicrobes;Research;D)evelopment 深海的概念通常指 1000 米以下的海洋，占到海洋总面积的 3/4，而其中深海沉积物 覆盖了地球表层的 50%以上。深海及深海沉积物中的微生物生存面临高压，低温或高温、 黑暗及低营养水平等几个主要极端环境，长期以来一直被认为是一片“荒芜的沙漠”。20 世 纪中期，深海测量技术发现深海洋底也有高山峻岭，全世界有 8 万公里长的山脊蜿蜒在各 个大洋，大洋中山脊的发现使人们认识到海洋环境与陆地环境的统一性。1977 年美国“阿 尔文”号深潜器最早在太平洋上的加拉帕戈斯群岛附近 2500 米的深海热液区发现了完全不 依赖于光合作用而独立生存的独立生命体系。位于生命体系金字塔底部的是微生物，能直 接利用深海火山口喷出的硫化物、氮化物、甲烷等低分子化合物作为食物和能源，合成各 种生物大分子如蛋白质、糖等。位于金字塔上部的是一些大型生物包括长管虫、蠕虫、蛤 类、贻贝类，还有蟹类、水母、藤壶等特殊的生物群落。有人将这样五彩缤纷、生机勃勃 的海底生物世界称为海底“生命绿洲”。目前已经有几十个深海热液区生物体系被研究，这 种依靠地球内源能量支持，在深海黑暗和高温的环境下，通过化合作用生产有机质的“黑暗 食物链”的发现使人类对深海环境以及生物圈有了更进一步的了解。在目前已发现的各种极 端环境中深海蕴藏着的生物资源极为丰富，其中最主要的是深海微生物，但这些微生物大 部分还鲜为人知。深海环境下极端微生物的研究不仅是目前生命科学最前沿的领域之一， 也是海底深部生物圈研究和海底流体活动研究重要的组成部分。该项研究将回答生命起源、 生物进化、外太空生命探索等生命科学的重大问题并带动包括 21 世纪地球科学内的其它 学科领域的重大发展。2001 年美国国家科学基金(NSF)在其题为 “OceanScienceattheNewMillenium”的科学发展展望报告中，将海底流体活动研究列 为海洋科学今后十年最重要、最有可能取得重大突破和科学发现的前沿研究方向之一，生 命科学与海底地球物理、地球化学等在上述研究中将占据重要地位。于 2003 年 10 月份 开始的整合大洋钻探计划(IOD)P)将深部生物圈和洋底、海底列为该计划中三大科学课题之 一。深海深部生物圈的发现是对“生物圈”广泛范围的进一步了解。虽然海底采集沉积柱状 样已经有近 80 年的历史，大规模的系统研究开始于 1968 年的深海钻探计划。“深海钻探 (D)SD)P，1968～1983)”、“大洋钻探(OD)P，1985～2003)”和“综合大洋钻探 (IOD)P，2003～至今)”等深海研究的三部曲，是国际地球科学历时最长、规模最大，也是 成绩最为突出的合作研究计划。大洋钻探计划 OD)P 以独特的视角为我们呈现出另外一个 生命世界――掩埋在洋底沉积物中和地壳中的生物圈。在数千米深海海底存在着由微小的 原核生物组成，数量极大的生物群，有人估计其生物量相当全球地表生物总量的 1/10。与 热液口“自养”的微生物不同，深部生物圈的原核生物依靠地层里的有机物实行“异养”。深海 大洋中生物圈的发现，让人类认识到地球生态系统的真正基础在于原核生物。正是这些原 核生物多种多样的新陈代谢过程，产生了多种多样生物地球化学效果，在此基础上建立了 地球的生态系统。微生物总是出现在它们能够生存的一切物理、化学、地质环境中，这似 乎是一条基本规律。那些在极端环境中生长并通常需要这种极端环境正常生长的微生物被 统称为极端微生物。极端环境涵盖了物理极端环境(如温度、辐射、压力、磁场、空间、时 间等)、化学极端(如干燥、盐度、酸碱度、重金属浓度、氧化还原电位等)和生物极端(如 营养、种群密度、生物链因素等)，海底被认为是上述极端环境中的极端。在深海环境中广 泛存在着嗜酸(pH3 以下)、嗜碱(pH10 以上)、嗜盐(25mol/L 以上)、嗜冷(可达 0℃以下)、 嗜热(120℃以上)、嗜压(500 大气压以上)微生物。深海环境下极端生物特征的研究也为 生命极限的研究提供了良好的生物材料并对外太空生命探索不断提供新的线索和依据。科 学家们设想：既然在如此严酷的极端环境下微生物还能很好地生存，那么在火星上也会有 生命存在。深海微生物学的建立应该追溯到上世纪 70 年代，美国 Scripps 海洋研究所 Yayanos 教授设计、改进高压培养罐并于 1979 年首先分离出深海嗜压菌，1989 年 Bartlett 首先分离出压力调控的外膜蛋白(OmpH)。1990 年日本三菱重工和三洋公司开 始为日本海洋科学技术中心研制深海微生物高温/高压培养系统，1994 年才完成，耗资七 亿五千万日元。该系统的建设和深潜、采样系统的建设极大地推动了深海生物圈的研究进 步。1995 年 Kato 等分析了一个压力调控基因簇，1999 年 Nogi 等从马里亚纳海沟分离、 鉴定出极端嗜压菌 Moritellayayanosii［1～3］；2003 年日本、美国和意大利相继展开 了深海嗜压菌 ShewanellaviolaceaD)SS12 和 PhotobacteriumprofundumSS9 全基因 组测序［4，5］；2005 年 3 月 P.profundumSS9 全基因组序列及初步分析在 Science 上发表［6，7］。除了巨大的科学研究价值，深海微生物研究还具有极大的经济、社会价 值而引起广泛的关注。深海生物处于独特的物理、化学和生态环境中，在高静水压、剧变 的温度梯度、极微弱的光照条件和高浓度的有毒物质包围下，它们形成了极为特殊的生物 结构、代谢机制系统。由于这种极端的环境，深海生物体内的各种活性物质，特别是酶， 具有高度的温度耐受性，高度的耐酸碱性、耐盐性及很强的抗毒能力。这些特殊的生物活 性物质是深海生物资源中最具应用价值的部分。除了发展、改进海洋微生物的分离培养方 法获得新的海洋微生物，筛选活性物质外，应用基因组学研究方法，构建海洋微生物基因 组文库，通过研究，操作海洋微生物遗传基因，来获得新的海洋微生物活性物质，这是探 索海洋特别是深海微生物资源，研究开发海洋新药物的必然而有效的选择，也是目前深海 微生物资源开发的热点。概括来说，深海生物在以下几个方面具有潜在的应用价值： 1 工业应用 工业生产常常要求一些特殊的反应温度、酸碱度并加入一些有机溶剂，在这种条件下， 普通酶无法保持活性，因此，依赖酶的工业必须花费大量资金采取特殊的工艺以保持这些 酶的活性，从而大大提高了成本，而极端酶在普通酶失活的条件下仍然能保持较高的活性， 所以在工业上有着广泛的的应用前景。目前已经有高温聚合酶、糖酶、淀粉酶、蛋白酶等 几种极端酶开始工业化生产，并且已经创造了数十亿美元的经济效益。 2 医药应用 从生物体内研制药物治疗人类的各种疾病由来已久。由于越来越多的病原菌或病毒对 目前的药物产生了抗药性，并且不断产生新的疾病。因此从海洋中筛选新的生物药物成为 海洋药物研究开发的方向。深海生物由于环境的独特性而成为新型特效药物、抗肿瘤、抗 病毒、降压降脂等药物的来源。目前国际上在深海药物的筛选方面还未见太多报道，但是 可以预料它的前景将是十分广阔的。