抗菌药物的非抗菌作用

抗菌药物的非抗菌作用 Non-antibacterial effects of antibacterials 宋卉 抗菌药物在我国和美国等国家的用量均占所有药品总量的最大比例，其主要作用是从不同的 角度发挥抑制细菌繁殖或杀灭细菌，在临床上主要用于抗感染性疾病治疗。而经过多年的临床应 用和不断的深入研究发现，许多抗菌药物，除抗菌作用外，还有许多有益的非抗菌作用，如抗肿 瘤作用、免疫调节作用、抗病毒作用等等。全面认识抗菌药物的这些作用及其机制，对进一步将 抗菌药物合理应用于感染和非感染领域有重要意义。 1 抗菌药物的免疫调节作用 1.1 免疫增强作用 吞噬细胞为机体非特异性免疫的主要防御细胞，在化脓性细菌和真菌感染中起 重要作用，具有趋化、吞噬、胞内杀菌和消化吞噬微生物的功能。抗菌药物可直接作用于吞噬细 胞或通过作用于病原菌间接影响吞噬细胞功能。如头孢地嗪，为抗菌药物中生物反应调节作用研 究最为系统详细者，该药可广泛增强吞噬细胞的趋化、吞噬和杀菌功能。可增强与吞噬细胞氧依 赖杀菌系统有关的氧化反应、呼吸爆发，同时又与非氧依赖杀菌系统具协同作用，从而增强吞噬 细胞的吞噬杀菌作用；显著增高免疫缺陷患者的 CD4+细胞数，使 CD4+/CD8+比值升高或恢复正常 1； 并显著增强 NK 细胞的活性，使活化淋巴细胞 IL-2R 表达增多，尽管其确切作用机制尚未阐明，但 起免疫调节作用的化学结构已被证实为头孢烯核 3 位上的硫噻唑侧链 2。 克林霉素能够抑制化脓性链球菌合成蛋白， 抑制产气荚膜杆菌合成磷脂酶， 抑制脆弱 类杆菌荚膜形成等。由于这些致病因子可抑制吞噬细胞的消化功能对其产生毒性，因此，这种通 过抗菌药物而抑制致病因子合成的作用非常有利于吞噬细胞完成吞噬和杀菌过程 3。 1.2 免疫抑制 吞噬细胞表面有趋化因子的受体，如补体、细菌多肽和其他有趋化作用物质的受体， 损伤细胞膜的抗菌药物和蛋白合成抑制剂多能抑制趋化作用， 其机制是干扰趋化因子的合成或 结合到中性粒细胞的受体上。 Miyata 等研究了六种常用抗菌药物：氨比西林、头孢氨苄、头孢替安、阿米卡星和四环素对 中性粒细胞趋化作用，发现在 100 mgL-1的剂量下，都可对其产生明显抑制作用 4。 红霉素类抑制免疫功能的另一原因是以剂量依赖方式诱导中性粒细胞凋亡，这也是其抗炎作 用机制之一。国内周向东等体外研究显示，除大环内酯类抗生素外，-内酰胺类、氨基苷类、喹 诺酮类的代表药物均未显示促进中性粒细胞凋亡的作用，其抗菌、抗炎的双重作用，使得这类药 物对由于中性粒细胞的过度激活，及其在肺组织中的大量积聚导致的系统性炎性反应综合征(SIRS)， 甚至对多器官功能不全综合征(MODS)的防治具有重要意义 5。 他克莫司、西罗莫司和红霉素等大环内酯类抗生素，已广泛应用于预防器官移植者的排异反 应和免疫性皮肤疾病， 红霉素对治疗严重的银屑病、异位性皮炎、坏疽性脓皮病和泛发性扁平苔 藓等很有效， 且不引起类固醇导致的皮肤萎缩不良反应。其机制主要是通过抑制细胞液钙神经碱 （一种调节细胞液蛋白成分转录的核因子，可促进炎症介质的RNA 转录过程） ，减少 T 细胞的细 胞因子分泌而发挥作用 6。 大环内酯类抗生素另一重要靶位是肥大细胞，罗红霉素等可抑制肥大细胞释放炎症介质，如 IL-1，IL-6，TNF- 等，因而使得此类药物可用于慢性炎症的治疗 7。 2 抗菌药物的抗肿瘤作用 2.1 四环素类 四环素经化学结构改造后的衍生物 CMTs (CMT-302，CMT-303，CMT-306， CMT-308 和 CMT-316)已不再有抗微生物作用，而是具有较强的体外抗肿瘤活性，Lokeshwar BL 等的最近 研究表明，CMTs 有抗前列腺癌的作用，有多种 CMT 作用强于强力霉素，其中以 CMT-3(COL-3)的作 用最强，其 GI 50 5.0 ug/ml，并可通过口服给药，安全有效 8。 Cianfrocca M 等给 18 位 AIDS 并发 Kaposis 肉瘤的患者每日口服 CMT-3 25， 50， 和 70 mg/d.（剂量渐进） ，结果显示 CMT-3 可明显缓解 Kaposis 肉瘤引发的症状，并可防止肿瘤引起的 严重水肿，有效率达 94%，并且有很好的耐受性和安全性，最常见的不良反应是剂量相关性的皮 肤光敏反应 9。 CMTs 的抗瘤机制之一是导致肿瘤细胞凋亡和坏死，与线粒体去极化，活性的羟基数量增加， 基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）-2、MMP 组织抑制物（tissue inhibitor of MMP ，TIMP ）-1 及 TIMP-2 的合成减少、活性下降致细胞周期停止在 G0/G1期有关 8,9；另外 还能抑制肿瘤血管形成而抵制肿瘤细胞的侵袭，其机制可能与抑制胶原酶活性有关 10。 2.2 喹诺酮类 喹诺酮类的许多衍生物都有显著的细胞毒性，A-74932 在体外对人体肺癌细胞 A549 和结肠腺 癌细胞 HT-29 的抑制作用相当于阿霉素，对小鼠白血病细胞 P388 和黑色素瘤 B16F10 的作用不如 阿霉素，但对耐阿霉素的 P388 细胞有效。对在体小鼠白血病和实体瘤以及异种移植的人体肿瘤都 也有较好抑瘤效应。由 Tabarrini O 等改造的衍生物 25 和 26 对 LoVo 细胞株的作用甚至强于依托 泊苷 11。 氧氟沙星和环丙沙星对膀胱癌术后的复发和转移均具明显抑制作用。体外实验显示此作用呈 时间和剂量依赖性，并可加强阿霉素的杀肿瘤细胞活性 12。 DNA 拓扑异构酶（topoisomerase）广泛存在于真核生物和原核生物中，对 DNA 拓扑结构的形 成起关键作用，并参与 DNA 复制、RNA 转录过程，直接影响着细胞增殖。DNA 旋转酶（gyrase）即 为细菌的拓扑异构酶 II，是喹诺酮类药物在体内的作用靶酶，它们通过稳定以共价键结合的酶- 断裂 DNA 复合物，而使其转变为生理毒素。DNA 旋转酶相当于哺乳动物的拓扑异构酶 II，二者具 有相似的结构与功能，氨基酸序列具有同源性，因而此类药物如，A-62176 和 A-74932 可与肿瘤 细胞 DNA 拓扑异构酶 II 结合，对其产生接触性抑制，使其 DNA 合成受阻，这可能是其抗癌作用机 制 13。而拓扑异构酶 II 也正是某些抗肿瘤药物如依托泊苷和阿霉素等的靶酶。 3 抗菌药物的抗病毒作用 核酶(Ribozymes)是一种具有酶促活性的 RNA 分子，在一些病毒如植物致病卫星病毒、人类 丁型肝炎病毒(HDV)等的生存、繁殖过程中是不可缺少的。核酶所催化的反应主要见于 、前体的剪接、成熟过程，某些核酶尚具有转肽酶或氨基酰酯活性， 目前发现的核酶概括起来可分为类内含子、II 类内含子、酶、锤头状核酶、发夹状 核酶及丁型肝炎病毒核酶。 有许多抗菌药物具有抑制核酶的作用，如氨基苷类中的新霉素、庆大霉素、链霉素、妥布 霉素等；假双糖类中的赖氨酰赖霉素、甲基福迪霉素等；肽类中的紫霉素、结核放线菌素、 赖氨酰卷须霉素 II；四环素及衍生物诺卡菌素等。此类药物通过竞争性抑制物和非竞争性抑制 物作用机制抑制核酶活性而具有抗病毒作用 14。 3.1 竞争性抑制物的作用机制 这类药物如链霉素，通过与外来鸟苷竞争鸟苷结合位点而对类 内含子的自我剪接过程产生抑制作用。链霉素的胍基在此过程中起重要作用 15。 3.2 非竞争性抑制物的作用机制 锤头状核酶，核酶等一般需要二价金属阳离子，如 2+辅助，若缺乏或不能结合到其位点上，则核酶不能发挥切割活性。非竞争性抑制药物，如 不含胍基的氨基苷类抗生素，可通过与 2+争夺结合位点而发挥抑制效应。由于核酶上的 2+ 位点不止 1 个，因此其竞争过程显得较复杂 16。 4 基因治疗 假性肥大型肌营养不良症是由于肌营养蛋白基因(DYS)缺陷所致，该基因是目前发现的人体内 最长的基因(2,300kb)，在各种因素影响下容易发生突变，造成全身肌肉，尤其是骨骼肌细胞的营 养障碍，发生肌细胞变性坏死和脂肪沉积等病理改变。其作用机制可能是抑制了 DYS 不成熟的终 止子或影响基因的终止子通读框架。 Davis 等发现，以庆大霉素为代表的氨基苷类抗菌药物对假性肥大型肌营养不良症的基因治 疗有一定作用，在实验鼠上可见此类药物可不同程度地提高注射区肌纤维内肌营养蛋白的表达、 离体肌纤维对高压反常收缩力的反应能力增加、对微量伊文蓝染料的通透性明显降低、减轻或延 缓病理改变 17。 另外，四环素操控的表达系统与腺病毒载体的重组体在基因治疗和转基因实验具有重要意义： 腺相关病毒载体的宿主范围比较广泛，能够使目的基因得到长期稳定的表达。这种载体缺点之一 是包装效率较低，一般认为是由于 rep 和 cap 基因的表达水平较低造成的。而 rep 和 cap 基因的 高水平表达又有明显的细胞毒效应。要解决这个矛盾，可以采用可诱导的 rep 表达系统，如用 Tet-on 启动子控制，加四环素诱导，使 rep 基因只在短时间内高效表达，完成包装后就被关闭 18。 5 治疗骨质破坏相关性疾病 具有这种作用的抗菌药物只有四环素类。强力霉素和无抗微生物活性衍生物 CMTs 可通过抑制 宿主产生的组织破坏酶，如 MMP-2 和 MMP-9 前体的活性，阻止炎症所致的牙周组织降解 19；还可 捕获成人牙周部位炎症组织产生的活性氧，减少胶原酶的产生，加上对胶原酶的直接抑制作用及 其抑制骨吸收的作用，可有效缓解炎症所造成的牙周结缔组织的损害和牙槽骨丢失；同时 TCs 还 能促进成纤维细胞与牙齿结构结合，加快感染过程中受损的牙周组织修复和再生 20 。 另外，四环素类还可促进破骨细胞的凋亡，因而可减少骨质的重吸收，用于治疗骨质疏松 21。 6 生物标记 由于四环素能与钙化新骨结合，在紫外线照射下产生金黄色荧光，因而被广泛应用于骨组织 的修复研究。一般认为，荧光标记的多少可以提示成骨活跃的程度。 四环素对胃、肺、膀胱、口腔黏膜等部位的癌组织具有很强的亲和力，进入人体后可迅速被 癌细胞摄取蓄积，血液中浓度相对较低，且从尿中排泄较正常人延缓。利用四环素在紫外线激发 下能发出荧光的特点，可对上述恶性肿瘤进行辅助诊断 22。 7 治疗哮喘 Spahn 等经对 17 例轻度到中度依赖类固醇治疗哮喘病人的临床研究发现，大环内酯类抗生素 克拉霉素可以减少类固醇用量，明显改善哮喘患者呼吸道过敏状态。其机制除减少类固醇清除率、 提高糖皮质激素敏感性外，还与其抗炎症作用，因而减少粘液分泌，并且在与类固醇合用时发挥 抑制 T 淋巴细胞活性作用而轻度免疫抑制功能、同时降低茶碱清除率有关 23。 8 结语 除以上的简介外，抗菌药物还有许多其他的非抗菌作用，如红霉素类促进囊腔和胸水的吸收、 治疗腋臭和酒糟鼻、反射性肠梗阻和 OgiliVies 综合征及糖尿病性等引起的胃轻瘫和沙眼衣原 体感染疾病，红霉素有抗疟原虫作用，四环素等有间接抑制阿米巴原虫的作用等等 24,25。 随着研究手段的不断发展，抗菌药物的非抗菌作用将会得到更多更好的认识和更广泛的应用。 参考文献 1 Mallmann P, Bruhl P. 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