四環(huán)素類(lèi)藥物作用研究進(jìn)展

nety · 發(fā)表于 2006-8-6 22:28:56

四環(huán)素類(lèi)藥物作用研究進(jìn)展

臨床尤其獸醫(yī)臨床上濫用四環(huán)素類(lèi)藥物，以致細(xì)菌對(duì)四環(huán)素類(lèi)的耐藥現(xiàn)象頗為嚴(yán)重，一些常見(jiàn)病原菌的耐藥率很高。四環(huán)素類(lèi)藥物(Tetracyclines,TCs)最早發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)40年代末，當(dāng)時(shí)是一種很好的快速抑菌劑，高濃度時(shí)甚至有殺菌作用?？咕V廣，對(duì)多種革蘭氏陽(yáng)性和陰性菌及立克次體屬、支原體屬、螺旋體等均有效。早在20世紀(jì)60-70年代即廣泛應(yīng)用。其中金霉素、四環(huán)素和土霉素鑒于其廣譜、使用方便、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)為獸醫(yī)臨床常用。細(xì)菌在體外對(duì)四環(huán)素的耐藥性產(chǎn)生較慢，但同種之間呈交叉耐藥，且在獸醫(yī)臨床上濫用該類(lèi)藥物，以致細(xì)菌對(duì)四環(huán)素類(lèi)的耐藥現(xiàn)象頗為嚴(yán)重，一些常見(jiàn)病原菌的耐藥率很高。因而目前其臨床效果受到一定的影響。

20世紀(jì)80年代后期缺乏新的作用研究，只是隨著分子生物學(xué)的飛速發(fā)展，在細(xì)菌對(duì)TCs的耐藥機(jī)制及耐藥分子方面的研究較多。近年來(lái)，有一些新的抗菌作用之外的新的作用被發(fā)現(xiàn)。本文對(duì)四環(huán)素類(lèi)藥物、耐藥機(jī)制、臨床應(yīng)用等方面做了綜述。

(一)四環(huán)素類(lèi)藥物的發(fā)展史及未來(lái)展望

1.發(fā)展史。四環(huán)素類(lèi)藥物是由鏈霉菌產(chǎn)生或經(jīng)半合成制取的一類(lèi)堿性廣譜抗生素。是快效抑菌劑,包括金霉素、土霉素、四環(huán)素及半合成多西環(huán)素,甲烯土霉素、二甲胺四環(huán)素及地美環(huán)素、美他霉素等均是氫化駢四苯的衍生物。金霉素(1948)和土霉素(1948)等幾個(gè)天然抗生素于20世紀(jì)40年代后期首次發(fā)現(xiàn)，這就是第一批報(bào)道的四環(huán)素類(lèi)成員。繼后又開(kāi)發(fā)了其他四環(huán)素，既有天然化合物[四環(huán)素(1953)、去甲金霉素(1965)]又有半合成產(chǎn)物[甲烯土霉素(1965)、多西環(huán)素(1967)、米諾環(huán)素(1972)]。盡管開(kāi)發(fā)了約100種四環(huán)素，但僅有上述7種用于臨床和獸醫(yī)。這些已歸類(lèi)于第一代(1948-1957)和第二代(1965-1972)四環(huán)素。

2.展望。1981年Chopro等發(fā)表題為20世紀(jì)80年代初四環(huán)素類(lèi)展望，綜述中談到四環(huán)素在人和獸醫(yī)中使用的作用模式分子研究及其抗性基因和生化基礎(chǔ)，對(duì)可能作為治療劑引入的其他四環(huán)素類(lèi)似物也進(jìn)行了評(píng)價(jià)。后十年中四環(huán)素類(lèi)治療應(yīng)用上的進(jìn)一步改變，及我們對(duì)作用分子基礎(chǔ)和耐藥性的理解有很大提高。對(duì)四環(huán)類(lèi)藥物的研究又引起人們新的關(guān)注。

當(dāng)藥物分子進(jìn)入體內(nèi)后,處在一個(gè)生物大分子、金屬離子和其他內(nèi)源性、外源性物質(zhì)包圍的復(fù)雜環(huán)境之中.研究在復(fù)雜環(huán)境中藥物分子的存在狀態(tài),對(duì)闡明藥物在體內(nèi)的運(yùn)輸、吸收、代謝等途徑及藥理作用有重要意義.

(二)臨床應(yīng)用

獸醫(yī)臨床上多用土霉素來(lái)治療腸道多種病原菌感染。其臨床應(yīng)用有：治療沙門(mén)氏菌引起的犢牛白痢雛雞白痢及大腸桿菌性的仔豬黃痢、白?。恢委熾u巴氏桿菌引起的禽霍亂；對(duì)豬喘氣病和豬肺疫有效，與卡那霉素聯(lián)合使用可提高療效；局部應(yīng)用于各動(dòng)物組織中壞死桿菌感染引起的壞死或子宮膿腫炎癥；可用于血孢子蟲(chóng)感染的牛邊緣邊蟲(chóng)病、泰樂(lè)焦蟲(chóng)病、鉤端螺旋體病等；金霉素多用作飼料添加劑，用于動(dòng)物促生長(zhǎng)，也可用作局部用藥如軟化劑。由于藥物化學(xué)結(jié)構(gòu)相似，細(xì)菌又易產(chǎn)生耐藥性，所以也易產(chǎn)生交叉耐藥性。產(chǎn)生耐藥性的原因，可能是細(xì)菌對(duì)本類(lèi)抗生素的通透性下降，致使菌體內(nèi)藥物濃度低下，而達(dá)不到抑菌作用。

(三)體內(nèi)過(guò)程、體內(nèi)存在狀態(tài)

1.體內(nèi)存在狀態(tài)。作為一種體內(nèi)的生物大分子，白蛋白是血漿的主要蛋白。研究藥物與白蛋白的作用,以及藥物、金屬離子、白蛋白相互競(jìng)爭(zhēng)作用是藥物動(dòng)力學(xué)及臨床藥理學(xué)的主要內(nèi)容,對(duì)搞清藥物在體內(nèi)中的存在狀態(tài)十分必要，實(shí)驗(yàn)表明四環(huán)素類(lèi)藥物能與血漿蛋白結(jié)合,其結(jié)合率OTC為35,TC為35.6～55.0。四環(huán)素類(lèi)藥物與金屬離子的配合物再和生物大分子(BSA)作用時(shí),隨著B(niǎo)SA量的增加,吸光度逐漸降低,最后分解,金屬離子的存在降低了藥物與BSA的結(jié)合常數(shù),而B(niǎo)SA又可分解藥物與金屬離子的配合物。研究體內(nèi)一些小分子如氨基酸、維生素、配合劑等與藥物以及與配合物的作用，發(fā)現(xiàn)這些小分子與藥物不發(fā)生直接作用,但可與藥物競(jìng)爭(zhēng)共存的金屬離子,使M-TC(OTC)配合物分解,四環(huán)素類(lèi)藥物與Eu、Zn,Zr、Cu等金屬形成的配合物進(jìn)入體內(nèi)以后，血清可以使這些配合物分解。研究表明四環(huán)素類(lèi)藥物無(wú)論是配合物形式還是游離形式進(jìn)入體內(nèi)后,在復(fù)雜體液環(huán)境中都會(huì)以游離狀態(tài)存在，尿中無(wú)配合物存在。

2.體內(nèi)過(guò)程。各種四環(huán)素口服吸收的程度不同。土霉素，地美環(huán)素和四環(huán)素的吸收率60～80,多西環(huán)素和米諾環(huán)素的吸收率達(dá)90或更高。食物會(huì)影響四環(huán)素類(lèi)的吸收,但多西環(huán)素和米諾環(huán)素除外。含鋁、鈣和鎂的抗酸劑,或含鐵制劑都會(huì)減少四環(huán)素類(lèi)的吸收。土霉素和四環(huán)素的血漿半衰期約8h；地美環(huán)素13h；多西環(huán)素和米諾環(huán)素為16～20h。

四環(huán)素類(lèi)可穿透進(jìn)入大多數(shù)組織和體液,但腦脊液中的水平達(dá)不到可靠的治療濃度。米諾環(huán)素因有高度脂溶性,是唯一能進(jìn)入眼淚和唾液中的四環(huán)素,其濃度之高足以消滅腦膜炎雙球菌的帶菌狀態(tài)。除多西環(huán)素外,所有四環(huán)素類(lèi)主要經(jīng)腎小球?yàn)V過(guò)從尿中排出,當(dāng)腎功能不全時(shí)血中濃度會(huì)升高。多西環(huán)素主要經(jīng)糞便排出。所有的四環(huán)素類(lèi)均有部分從膽汁排泄,故在膽道中濃度較高,因此它們能被部分重新吸收。

四環(huán)素與土霉素口服易吸收，但不完全，四環(huán)素吸收較土霉素好，2～4h血藥濃度可達(dá)高峰，t1/2約為8.5h，土霉素血藥濃度較低，t1/2為9.6h，由于四環(huán)素類(lèi)能與多價(jià)陽(yáng)離子如Mg2 、Ca2 、Al3 及Fe2 等起絡(luò)合作用，因而含這些離子的藥物和食物均可妨礙其吸收。飯后服鹽酸四環(huán)素較空腹服用時(shí)血藥濃度低50左右；鐵劑可使四環(huán)素的吸收率下降40～90，如需要兩藥合用，服藥時(shí)間應(yīng)相隔3h。胃液中酸度高時(shí)，藥物溶解完全，吸收較好。此外，口服四環(huán)素與土霉素吸收量有一定限度。服藥量超過(guò)0.5g以上，血藥濃度并不隨劑量增加而提高，只增加糞便中的排泄量。

吸收后廣泛分布于各組織中，并能沉積于骨及牙組織內(nèi)。它們與血漿蛋白結(jié)合率為20～30，因此四環(huán)素容易滲入胸腔、腹腔、胎兒循環(huán)及乳汁中，但不易透過(guò)血腦屏障，腦脊液中的藥物濃度一般僅為血藥濃度的1/10。四環(huán)素、土霉素主要以原形經(jīng)腎小球過(guò)濾排出，故尿藥濃度較高，有利于治療尿路感染。土霉素口服排泄快，且較完全，排泄量可達(dá)60～70。四環(huán)素排泄量較少，在20～30。本類(lèi)藥物經(jīng)肝濃縮排入膽汁，形成肝腸循環(huán)。膽汁中藥物濃度為血藥濃度的10～20倍。

多西環(huán)素脂溶性較大，因此口服吸收快而完全，分布于全身，腦脊液中濃度也較高。強(qiáng)力霉素的吸收不受食物的影響。藥物大部經(jīng)膽汁排入腸道又可再吸收，經(jīng)腎小管時(shí)也可再吸收，因此t1/2長(zhǎng)達(dá)20h，可維持有效血藥濃度24h以上。一般細(xì)菌性感染每日服藥一次即可。藥物小部分從腎排泄。大部分以結(jié)合或絡(luò)合的無(wú)活性代謝產(chǎn)物由糞便排泄，故對(duì)腸道菌群無(wú)影響，腎功能不全時(shí)仍可使用。

(四)耐藥性

細(xì)菌對(duì)四環(huán)素類(lèi)抗生素的耐藥機(jī)制主要有兩點(diǎn)：一由質(zhì)粒介導(dǎo)或轉(zhuǎn)座子的排出泵系統(tǒng)；二由質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子編碼的核糖體保護(hù)因子的表達(dá)。大腸桿菌和其他腸桿菌科細(xì)菌的耐藥性主要通過(guò)耐藥質(zhì)粒介導(dǎo)，并可傳遞、誘導(dǎo)其他敏感細(xì)菌轉(zhuǎn)成耐藥，帶耐藥質(zhì)粒細(xì)菌的細(xì)胞膜對(duì)四環(huán)素類(lèi)藥物攝入減少或泵出增加：另一種耐藥機(jī)制是核糖體保護(hù)，它作為一種耐藥機(jī)制最早在鏈球菌發(fā)現(xiàn),具用核糖體保護(hù)基因的細(xì)菌對(duì)四環(huán)素、米諾環(huán)素、多西環(huán)素中度耐藥。目前在革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性病原菌中已有8類(lèi)核糖體保護(hù)基因被鑒別出來(lái)(包括otrA,最初發(fā)現(xiàn)于土霉素產(chǎn)生菌龜列鏈霉菌。最近，在鏈霉菌和分枝桿菌臨床分離株也有發(fā)現(xiàn)。核糖體保護(hù)蛋白與最早發(fā)現(xiàn)的TetM有大約40氨基酸序列同源。根據(jù)氨基酸序列可將核糖體保護(hù)蛋白分為4類(lèi):TetM、TetO和TetS(I類(lèi));OtrA和TetB(P)(類(lèi));TetQ和TetT(類(lèi));TetU(一種獨(dú)特的蛋白質(zhì),最早發(fā)現(xiàn)于糞腸球菌,與核糖體保護(hù)蛋白家族的其他成員<20氨基酸相同)。家族內(nèi)基因序列的相似性有益于開(kāi)發(fā)類(lèi)型特異性多聚酶鏈?zhǔn)戏磻?yīng)(PCR)引物。所有的核糖體保護(hù)蛋白在N末端有一段與延伸因子EF-G和EF-Tu同源的G區(qū)。四環(huán)素作用于EF-Tu促使氨酰-tRNA進(jìn)入A位的階段。TetM不能與四環(huán)素競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合在A(yíng)位,而是促進(jìn)被結(jié)合的四環(huán)素移位,使游離態(tài)四環(huán)素在37℃條件下的半衰期從70s減少到5s?？股氐娜酷尫判枰狦TP水解,TetM在促進(jìn)四環(huán)素游離時(shí)是單獨(dú)起作用或與EF-G一同起作用尚不清楚。在含有TetM或TetO的細(xì)胞中,當(dāng)與亞抑制濃度的四環(huán)素過(guò)量接觸時(shí),四環(huán)素的MIC升高。TetM或TetO的表達(dá)在轉(zhuǎn)錄水平受調(diào)控,不同于四環(huán)素外(作用未定)也與tetQ的轉(zhuǎn)移性有關(guān)。幾乎所有的擬桿菌科細(xì)菌(80～90)對(duì)四環(huán)素類(lèi)耐藥,且大多數(shù)含有tetQ基因;一些四環(huán)素耐藥性解脲擬桿菌具有tetM相關(guān)性決定子。另一些厭氧菌(動(dòng)彎桿菌)具有TetO或TetQ耐藥決定子。產(chǎn)氣莢膜梭菌同時(shí)利用核糖體保護(hù)(tetB(P)或tetM)和外排泵(tetA(P),tetK,tetL)機(jī)制對(duì)四環(huán)素耐藥。核糖體保護(hù)耐藥決定子典型地與可動(dòng)性遺傳因子結(jié)合,且可能來(lái)源于四環(huán)素產(chǎn)生菌,核糖體保護(hù)蛋白與參與蛋白質(zhì)合成的內(nèi)源酶具有相似性。同源重組導(dǎo)致的進(jìn)化產(chǎn)生了鑲嵌的tetM基因。在革蘭氏陰性菌中,miaA和rpsL突變降低了TetM或TetO介導(dǎo)的四環(huán)素耐藥水平,MiaA修飾tRNA緊鄰反密碼子的37位的腺苷酸;rpsL編碼30S亞基的S12蛋白。兩種突變影響反密碼子和密碼子的相互作用,修飾的tRNA堆疊較好,加強(qiáng)與密碼子的結(jié)合,而S12蛋白通過(guò)與16SRNA的接觸,間接穩(wěn)定位于A(yíng)位的氨基酸-tRNA?Ef-Tu?GTP。上述結(jié)果與四環(huán)素類(lèi)的作用機(jī)制一致,且表明核糖體保護(hù)蛋白的作用位點(diǎn)接近或位于核糖體上的延伸因子結(jié)合位點(diǎn)。

質(zhì)粒介導(dǎo)或細(xì)菌細(xì)胞膜通透性降低，耐藥性產(chǎn)生較慢，同類(lèi)品種可呈交叉耐藥。四環(huán)素?cái)M桿菌具有tetX基因,編碼一種44kDa的依賴(lài)于NADPH的酶,通過(guò)氧化反應(yīng)使四環(huán)素失活。已在2種緊密相關(guān)的腸桿菌轉(zhuǎn)座子(也攜帶erm)上發(fā)現(xiàn)tetX。TetX只有在厭氧條件下起作用,在腸桿菌中不起作用。外排泵及通透性的改變四環(huán)素與核糖體結(jié)合阻止tRNA與核糖體結(jié)合而抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)。tetM和tetO基因是肺炎鏈球菌的四環(huán)素耐藥基因,tetM位于轉(zhuǎn)座子Tn1545和Tn5251上。tet基因編碼的蛋白質(zhì)TetM和TetO利磷酸鳥(niǎo)苷供能使四環(huán)素從核糖體釋放下來(lái),從而導(dǎo)致細(xì)菌耐藥。抗生素的主動(dòng)外排耐藥機(jī)制是在1980年分別由Ball和McMurry在研究大腸埃希氏菌對(duì)四環(huán)素的耐藥性時(shí)同時(shí)發(fā)現(xiàn)的。細(xì)胞的外排系統(tǒng)為主動(dòng)耗能過(guò)程，能量來(lái)源為質(zhì)子移動(dòng)力(protonmotiveforce,PMF)。PCR分析表明tetM和tetO是四環(huán)素類(lèi)藥物耐藥的基因。最近的四環(huán)素耐藥研究也表明tetK基因僅對(duì)四環(huán)素耐藥而對(duì)minocycline是敏感的，而tetM基因則對(duì)所有四環(huán)素類(lèi)藥物耐藥。tetK基因在MSSA分離株里最為普遍存在，而tetM基因MRSA分離株里普遍存在，體外試驗(yàn)表明，所有攜帶tetM基因的分離菌對(duì)四環(huán)素和美他環(huán)素菌耐藥，而tetK基因和tetM基因兩者都具有的菌種比那些只帶一種的MIC值高。一項(xiàng)研究表明如果在四環(huán)素流出蛋白TetB的8位跨膜螺旋上的Gly-247被天門(mén)冬氨酸或天門(mén)冬酰胺取代則失去其四環(huán)素耐藥性。

克服其耐藥性問(wèn)題

為了克服其耐藥性問(wèn)題,人們做了如下探索。(1)天然物篩選：從dactylosporangium發(fā)酵液中分離出4種dactylocycline,都是在6位連有糖的四環(huán)素,只對(duì)耐四環(huán)素的革蘭氏陽(yáng)性菌有作用,去掉糖的甙元仍與四環(huán)素交叉耐藥。(2)結(jié)構(gòu)修飾尋找半合成四環(huán)素發(fā)現(xiàn)在四環(huán)素的9位上連有二甲基甘氨酰氨基的甘氨酰四環(huán)素(glycylcycline),其中DMG-MINO與DMG-DMDOT對(duì)起源于核糖體保護(hù)與外排機(jī)制的耐藥菌都有作用,動(dòng)物試驗(yàn)也顯示良好療效。叔丁基甘氨酰米諾環(huán)素tigilcycline(TBG-MINO,GRA-936)對(duì)臨床重要致病菌(包括耐四環(huán)素、糖肽與氟喹諾酮的革蘭氏陽(yáng)性菌)有廣泛的活性,抗MRSA、PRSP、VRE作用優(yōu)于萬(wàn)古霉素、synercid與linezolid,在≥0.12μg/ml的低濃度下,即可抑制四環(huán)素的高度耐藥菌(MIC≤128μg/ml)。口服吸收良好,T1/2長(zhǎng)達(dá)36h?，F(xiàn)在較少采用傳統(tǒng)的方法篩選,各國(guó)學(xué)者致力于將隨機(jī)的經(jīng)典式篩選轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)明確的理性篩選,運(yùn)用抗生素作用機(jī)制、耐藥原理和分子藥理學(xué)與病理學(xué)等新成就,創(chuàng)建新的篩選模型,利用高新技術(shù)建立自動(dòng)、快速、高通量的篩選程序。不久的將來(lái)相信通過(guò)基因工程、細(xì)胞工程等技術(shù)構(gòu)建工程菌株,運(yùn)用電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和組合化學(xué)等手段將有可能獲取新化合物。重要致病菌基因組的解明將促進(jìn)新四環(huán)素類(lèi)抗菌藥的探索。

(五)藥物相互作用與不良反應(yīng)

四環(huán)素類(lèi)藥物是一種絡(luò)血?jiǎng)?，能與二價(jià)，三價(jià)陽(yáng)離子(如鈣、鐵、鎂鋁等)形成難溶性絡(luò)合物，使吸收減少；碳酸氫鈉使胃液pH值升高，溶解度降低，吸收率下降，腎小管重吸收減少，排泄加快；與H2受體阻斷藥合用使吸收減少。

四環(huán)素類(lèi)藥物大多數(shù)的直接毒性作用是由其藥物刺激性、蛋白合成抑制以及骨趨向性引起。本類(lèi)藥物常用其鹽酸鹽，具有刺激性，引起胃腸反應(yīng)，肌內(nèi)注射可產(chǎn)生局部炎癥；口服四環(huán)素類(lèi)抗生素后，在劑量過(guò)大或使用時(shí)間稍長(zhǎng)時(shí)，極易引起動(dòng)物消化機(jī)能失常，造成腸炎和腹瀉，并形成二重感染。四環(huán)素類(lèi)藥物抗菌譜廣，進(jìn)入腸道，敏感菌受到抑制，不敏感或耐藥菌如真菌、大腸桿菌、變形桿菌、綠膿桿菌、魏氏梭菌趁機(jī)繁衍，致使腸道菌群紊亂，產(chǎn)生新的感染菌原。為防止消化機(jī)能障礙的發(fā)生，成年草食動(dòng)物及反芻動(dòng)物均不宜口服給藥。同時(shí)也應(yīng)注意，大劑量或長(zhǎng)時(shí)間注射給藥也能招致動(dòng)物的消化機(jī)能失常?；夹蠖馗腥緯r(shí)應(yīng)先注意真菌的危害，必要時(shí)應(yīng)用制霉菌素等加以治療；長(zhǎng)期大量口服或靜脈給予大劑量四環(huán)素類(lèi)藥物時(shí)，可損害肝臟，引起肝脂量增高及細(xì)小脂肪變性，因藥物沉積于肝細(xì)胞線(xiàn)粒體，干擾脂蛋白的合成和甘油三酯的輸出，引起肝臟的脂肪變性甚至是脂肪肝；四環(huán)素能影響骨骼的生長(zhǎng)，沉積于嬰幼兒的牙組織又能透過(guò)胎盤(pán)，與金屬形成的絡(luò)合物被機(jī)體吸收后會(huì)導(dǎo)致骨骼障礙，生長(zhǎng)停滯，在人可引起牙齒黃染、齲齒等；四環(huán)素類(lèi)藥物菌可引起藥物熱、皮疹等，偶可發(fā)生血管神經(jīng)性水腫、丘皰疹及輕度剝脫性皮炎，哮喘發(fā)作或伴休克樣癥狀，去甲金霉素還可引起光敏性皮炎；另長(zhǎng)期大量使用四環(huán)素類(lèi)藥物還可能引起腸內(nèi)合成維生素B族和維生素K的細(xì)菌受到抑制，從而引起維生素B2及K的缺乏，因而可引起舌炎、口角炎等維生素缺乏癥。