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剑走偏锋——后抗生素时代的抗感染选择

2019-10-03  山东唐平

中国人民解放军总医院药物临床研究中心蔡芸教授以“剑走偏锋”为题,介绍了后抗生素时代的抗感染选择。

蔡芸教授谈到,当前,我们已进入后抗生素时代,细菌耐药已成为全球性的公共卫生问题。2015年开始,世界卫生组织(WHO)将每年11月的第三周定为世界提高抗生素认识周(WAAW),旨在提高全球对抗生素耐药性问题的认识。2018年WAAW的主题是“我们很快就没有可用的抗生素了,急需做出改变”。面对如此严峻的细菌耐药形势,寻找新的抗感染治疗方法迫在眉睫。

抗感染治疗的发展历程

蔡芸教授介绍,2006年发表于《临床感染性疾病》(Clin Infect Dis)杂志的一篇文章,将抗感染治疗划分为三个时代。

1890年之前,主要采用对症治疗及动物免疫血清的方法抗感染,着眼于通过免疫应答清除微生物,但不良反应严重且操作困难。

1930年以后,抗生素的发明被认为是人类抗击感染最有力的武器,着眼于干扰微生物的生存。但现在其耐药性问题已非常严重,且无法避免。

1975年开始,人们逐渐认识到,抗感染应该是抗菌活性分子与免疫调节双管齐下,着眼于杀灭微生物且提升宿主免疫功能这一方向。特别是1998年帕丽珠单抗(一种人源化的鼠单克隆抗体)的发明,成为通过调节免疫系统来实现抗感染治疗一个里程碑事件。

2018年,WHO在WAAW中提出了全球行动计划的5项目标:①通过沟通、教育和培训,提高对抗生素耐药性(AMR)的关注和了解;②通过监测和研究,增强AMR知识和循证基础;③通过有效的卫生和感染预防措施,降低感染发病率;④在人和动物中优化抗菌药物使用;⑤增加对新药、诊断工具、疫苗和其他干预措施的资金投入。

蔡芸教授针其中第5项进行了重点介绍,即应对感染问题,除了应用抗菌药物之外,还有哪些其他干预措施。

抗感染治疗的新方法

蔡芸教授针对抗感染治疗,分别介绍了抗体类抗菌药物、细菌素、噬菌体、螯合剂等几类抗感染新方法。

1 抗体类抗菌药物

抗体是指机体在抗原物质的刺激下,由B细胞分化形成的浆细胞所产生的、可与相应抗原发生特异性结合反应的免疫球蛋白,能与细菌、病毒或毒素结合而发挥预防、治疗疾病作用,抗体类药物由于具有高特异性、有效性和安全性的特点,正发展为国际药品市场上一大类新型诊断和治疗药物。2018年全球十大畅销药物中,抗体类药物占8个。

抗体类药物特点

如前所述,抗体类药物具有特异性好(针对特定单一抗原表位,对靶标高度特异性识别)、亲和性高(对靶细胞具有高度结合力,但对非靶标细胞结合力小,利于提高药物治疗效果)、且多样性(抗原靶标多样性、作用机制多样性、结构多样性、偶联机制多样性)和靶向性强(可根据需要制备具有不同治疗作用或诊断作用的抗体类药物)等特点。

抗体类抗菌药物发展历程

就抗体类抗菌药物而言,其发展经历了第一代动物多价抗血清(主要用于细菌感染性疾病的早期被动免疫治疗,在肺炎、白喉、麻疹等治疗中有一定作用,但易过敏)、第二代杂交瘤技术制备单抗(在抗狂犬病、甲肝病毒、乙肝病毒、疱疹病毒、呼吸道合胞病毒性肺炎等预防和治疗中取得了良好效果)和第三代基因工程抗体类药物(对编码蛋白质的基因按不同需要进行加工改造和重新组装,转染适当的受体细胞后表达出抗体分子)三个阶段。

抗体类抗菌药物靶点和机制

蔡芸教授介绍,抗体类抗菌药物根据靶点不同,主要分为两大作用机制:第一种是靶向侵袭力机制,调动宿主免疫系统的补体固定和调理吞噬清除致病菌,即作用于人体免疫系统;第二种是作用于细菌的毒素,其机制主要是中和毒素从而降低对宿主细胞结构和功能的损害,降低感染的严重程度。

抗体类抗菌药物分类

根据针对的靶向细菌,抗体类抗菌药物目前可以分为三大类,针对金黄色葡萄球菌表面抗原的抗体药物、针对铜绿假单胞菌表面抗原的抗体药物和抗毒素抗体药物。上市或在研抗体类抗菌药物中,针对艰难梭菌的抗毒素药物Bezlotuxumab已被美国食品与药物管理局(FDA)批准;针对炭疽杆菌,目前有两个药物Raxibacumab和Anthim也已被FDA批准;针对葡萄球菌的抗体类抗菌药物目前已进入Ⅲ期临床。

2 细菌素

1925年,人们首次发现大肠杆菌(E.coli)能产生某种抗菌物质;1946年,这种抗菌物质被称为大肠杆菌素;1953年,正式提出细菌素这一概念。

目前普遍认为,细菌素是细菌通过核糖体合成的具有抑菌活性的、小分子多肽类生物活性物质,主要抑制与产生菌亲缘关系较近的细菌,产生菌对其细菌素有自身免疫性。

细菌素与抗生素异同

细菌素与抗生素都有抑菌和杀菌活性。但不同是,细菌素由核糖体合成;稳定性差,小肽结构可被蛋白酶降解;PH稳定范围宽;热稳定性好,在121℃高温环境下15分钟后仍保持较高活性;容易在消化道中降解,因此安全性高;免疫原性低;不易出现耐药性。而抗生素是由非核糖体合成;对蛋白酶稳定;PH稳定范围窄;热稳定性较差;不易降解,不良反应多,安全性较差;免疫原性略高;易出现耐药性。

细菌素作用机制

细菌素的作用机制包括在细胞膜上形成孔道,使内容物外泄;同时细菌素还可能干扰细胞壁的合成以及抑制细胞内ATP、蛋白质、DNA、RNA等生命活性物质的合成。目前普遍认为细胞膜孔道形成是其主要抑菌机制,也有观点认为是多种机制共同作用的结果。

细菌素在抗感染领域的应用

体外研究显示,血链球菌产生的血链素可以引起口腔牙龈卟啉单胞菌形貌学性质改变;发酵乳杆菌P43-01对幽门螺杆菌MS83和BK364菌株有广谱抗菌活性;乳酸链球菌素(Nisin)对金葡菌导致的乳腺炎有抑菌效果;植物乳杆菌细菌素能够显著减少金葡菌细菌生物被膜形成。

细菌素存在问题

但是,细菌素存在细菌素抗菌谱窄(只对与产生菌亲缘关系较近的细菌有作用)、产量低(产量受遗传控制,还与温度、PH、培养基组成等环境因素有关)、不易纯化(提纯复杂回收率低,纯化后活性易受损)等问题。

3 噬菌体

蔡芸教授以美国1例应用噬菌体成功治愈鲍曼不动杆菌感染的例子引出噬菌体治疗这一方法。

噬菌体是一类能够感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒总称,因部分能引起宿主菌的裂解,故称为噬菌体。

早在1917年,噬菌体即被发现,但是后来随着抗菌药物的发明,噬菌体的抗菌研究也逐渐淡出视野。2005年,联合国召开会议讨论微生物耐药现状,提议对噬菌体治疗方案进行重新研究。2014年欧盟启动了Phagoburn研究计划,研发噬菌体的鸡尾酒疗法,以弥补抗生素治疗的不足。

噬菌体的杀菌机制主要有四步:识别、吸附、穿入、溶菌。

噬菌体具有宿主专一性、高度特异性、不易产生抗性、指数增值能力强、安全性高、经济性好的特点。

目前,针对铜绿假单胞菌噬菌、金黄色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌的噬菌体鸡尾酒疗法均已应用于临床。

蔡芸教授特别提出,除噬菌体本身以外,其自身裂解酶也有杀灭细菌的作用。噬菌体裂解酶由双链DNA噬菌体感染后期编码,依靠宿主菌合成的一类蛋白水解酶,可以水解细菌细胞壁肽聚糖,导致细菌裂解并释放子代噬菌体。

噬菌体与裂解酶的区别在于,噬菌体制剂是活病毒;在宿主菌体内自我复制,获取方便,价格低廉;特异性强,杀菌谱窄;安全性高,但能潜伏在传播毒性基因和耐药基因;易产生抗药性;免疫原性强,易被清除;口服、注射、吸入局部外用均可;有较好的应用前景。噬菌体裂解酶制剂是蛋白质(病毒成分);是由分子生物技术获得,便于基因修饰;特异性强,可通过遗传改造,拓宽杀菌谱;安全性很高,不能传播病毒基因和耐药基因;不易产生抗药性;分子量小,不易刺激机体产生中和抗体,稳定性高;因此,其应用前景较噬菌体更为广阔。

噬菌体除了单用外,还可以联用抗菌药物。关于噬菌体抗生素协同效应(phage-antibiotic synergy,PAS),目前已有很多研究。亚致死浓度的某些抗生素可以强烈促进菌体内噬菌体的复制,从而产生协同作用。但低剂量抗生素可能会导致非目标菌株的耐药,因此要选择抗菌谱相近的抗生素和噬菌体联合应用,例如对于大肠杆菌,噬菌体可与β内酰胺类、喹诺酮、丝裂霉素联用;对于铜绿假单胞菌,噬菌体与庆大霉素、氯霉素、四环素、羧苄西林联用,其效果也得到一些文献的支持。

4 螯合剂

螯合剂的作用机理是基于铁离子对细菌生存的重要性。铁离子是细菌生存必需的营养元素,也是氧化还原酶等重要生物酶的催化中心,参与电子传递、抗氧化反应、核酸的合成等多种生命活动。如果铁离子不足,细菌就会死亡。

铁摄取主要是通过铁载体。细菌自身合成和分泌对铁离子具有高亲和力的铁载体;铁载体鳌合环境中的铁离子形成铁载体-铁离子复合物;铁载体-铁离子复合物被特定外膜受体识别并转运进入细胞中供自身使用。

螯合剂主要有三种杀菌机制。一是铁饥饿,通过鳌合环境中的铁离子,减少铁离子数量,抑制细菌生长;二是铁过载,向环境中加入外源性铁载体,携带过量铁离子进入细菌体内,导致脂质过氧化,ROS反应增多,破坏DNA、脂质和蛋白质,从而导致细菌的死亡;三是铁载体耦合抗生素:铁载体耦合抗菌药物后通过开放的受体通道将药物也带入菌体杀死微生物,从而达到增强抗生素效果。

抗菌药物的新拓展

最后,蔡芸教授提出一个跨界话题——抗菌药物的新拓展。

非抗菌药物的抗菌活性

研究显示,一些非抗菌药物也具有抗菌活性。2019年5月8日发表于《美国医学会杂志·心脏病学》(JAMA Cardiol)上的一项研究显示,常规抗血小板剂量的替格瑞洛对G+菌具有良好的抗菌活性,其对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、耐甲氧西林表皮葡萄球菌(MRSE)的杀菌效果优于万古霉素,对MRSA、耐万古霉素肠球菌(VRE)的杀菌效果与达托霉素相当。当剂量增加到20 μg/ml时,可以减少85%以上细菌生物被膜的形成。

抗菌药物与免疫系统的交互作用

研究显示,很多抗菌药物具有调节机体免疫的作用,例如,大环内酯类药物治疗弥漫性泛细支气管炎、囊性纤维化、炎症性皮肤病等等。

2012年一项研究回顾性分析利奈唑胺(LZD)对52例严重MRSA感染患者的治疗效果,结果显示,64%发热患者在3天内退热,但大多数感染仍存在,推测LZD具有早期的抗炎作用。随后,研究者利用小鼠的MRSA肺炎模型验证LZD的抗炎作用,发现LZD能够抑制MRSA诱导的炎性因子分泌,但作为同样抗G+菌的万古霉素并无类似作用。

另一项研究显示,LZD能抑制病原体诱导的MUC5AC过表达。正常情况下,MUC5AC粘蛋白能够起到气道防御的作用,但当其过表达时,会出现气道阻塞、肺不张、氧合作用减少以及药物通透性降低等不良作用。LZD可能是通过MAPK的ERK通路抑制MRSA诱导的MUC5AC过表达。

剑走偏锋——后抗生素时代的抗感染选择

剑走偏锋——后抗生素时代的抗感染选择

小结

最后,蔡芸教授对后抗生素时代的抗感染选择做了简要总结。目前除了抗菌药物之外,还有一些可能的、有前景的新方法可以用于抗感染治疗,并提出可以参考多学科诊疗(MDT)模式,多学科、多方法,联合应对抗生素耐药问题。

(整理:中国医学论坛报 李妍)

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