第四十一章 氨基苷类抗生素.doc

药 理 学pharmacology第四十一章 氨基苷类抗生素氨基苷类抗生素的耳毒性半个多世纪以来氨基苷类抗生素（amioglycoside antibiotics）成为抗革兰氏阴性细菌的有效抗生素。尽管它有耳毒性和肾毒性，尤其是导致不可逆的感音神经性聋，但由于它们具有性质稳定、抗菌谱广、杀菌力强、使用简便、价格便宜等优点，氨基苷类抗生素仍为目前临床治疗严重感染的主要抗菌药物之一，特别是肺囊性纤维性变（eystic fibrosis）及进行腹膜透析的患者需有经常使用氨基苷类抗生素，并且随着结核病发病率在世界范围内的回升及结核菌耐药性的不断增强，该类抗生素的应用将呈现增长趋势。一、氨基苷类抗生素的耳毒性在动物和人体上都观察到氨基苷类抗生素的耳毒性，其耳毒性一般发生在较长期持续用药过程中，停药后一段时间内可能继续加重，但也有短期接受氨基苷类抗生素治疗而导致耳聋的报告。这种特异敏感的患者可能是先天遗传因素的异常。初步统计，在接受氨基苷类抗生素治疗的病例中，616的患者出现耳蜗毒性，915的患者前庭功能受到影响。由于氨基苷类抗生素听力检查从高频区开始，患者难以觉察，而高额听力计的价格昂贵，目前尚难用于听力损害的筛查。因此，上述数据是保守的估计。曾有报告指出，在使用卡那霉素治疗结核患者的过程中其耳毒性发生率超过80。病理学证实氨基苷类抗生素首先损伤柯替器的外毛细胞，从耳蜗底开始，进行性向蜗顶发展，可进一步累及内毛细胞、支持细胞、耳蜗血管纹甚至螺旋神经节细胞。在前庭系统，主要表现为损害壶腹嵴顶部的I型毛细胞。总之，氨基苷类抗生素所致耳蜗损害是永久性的。二、氨基苷类抗生素的耳毒性机理自氨基苷类抗生素的耳毒性被发现后，对其毒性机理曾进行过多种推断，其中包括氨基苷类抗生素药物在内耳淋巴液中的蓄积作用，对RNA、DNA、蛋白质、脂质、前列腺素合成以及离子转运、能量代谢等的影响，特别是药物在内耳淋巴液中的蓄积作用的理论曾在早期文献中广泛报导，并认为是该类药物对器官的特异毒性，但这一假说被Schacht 等的实验研究所否定。药物动力学研究表明，氨基苷类抗生素通过血脑屏障进入内耳，注射后几分钟即能从内耳中发现，在半小时至3小时之间达到峰值。氨基苷类抗生素普遍存在于外淋巴液、内淋巴液和内耳组织中，在内耳中的药物浓度仅为血清中药物浓度的十分之一。进一步研究表明，氨基苷类抗生素在血清中半衰期约为45小时，而在内耳中的半衰期则超过30天，这种现象曾被解释为氨基苷类抗生素的耳毒性和器官特异性是由于药物在内耳中的蓄积作用引起。但是，药物在内耳中的浓度从未超过血清浓度，同时药物在机体其它器官中也存在象内耳中同样的或高于内耳的浓度而不造成损伤；其次，药物在组织中的分配与其在组织中表达的毒性也不相吻合，例如，主要损伤前庭功能的氨基苷类抗生素药物从未在前庭器官中达到高于耳蜗的药物浓度。在系统和局部给药后，毛细胞摄取氨基苷类抗生素药物，但在基底膜上的支持细胞和耳蜗外侧壁的组织中也同样存在氨基苷类抗生素，虽然毛细胞摄取氨基苷类抗生素而且其药物半衰期在毛细胞中可延续到半年以上，但是氨基苷类抗生素本身并不损伤毛细胞。实验证明，只有在某些代谢物质的参与下，庆大霉素才能损伤离体毛细胞。因此，显然氨基苷类抗生素耳毒性不能用其在内耳组织中的蓄积作用来解释。氨基苷类抗生素的毒性通常在慢性给药后发生，但也有短期用药致聋的高度敏感的病例。一般认为后者是由于线粒体DNA点突变的结果。具体表现为在其12RNA基因区第1555位核甘酸出现A-G置换，这种基因突变的家谱在中国人、日本人、阿拉伯人、以色列人及北美人中已建立，并且为母系遗传，携带其突变基因的患者增加了氨基苷类抗生素耳毒性的敏感性，但并非所有氨基苷类抗生素所致听力损失的患者都具有1555线粒体基因突变。初步统计，仅3患者线粒体DNA 12 或RNA基因1555位点发生点突变，而且携带1555突变基因的患者其线粒体基因突变发生在所有组织中，只是增加了对氨基苷类抗生素耳蜗毒性的敏感，其前庭毒性的敏感性并不增加。因此，该种基因突变并不是氨基苷类抗生素耳毒性的发病机理。近年来，两种似乎不相关的假说得到了普遍的关注。一种是基于核磁共振声谱仪（NMR）的实验依据，证明庆大霉素与铁螯合形成庆大霉素和铁的复合物，这种复合物可诱发氧自由基的产生，从而导致毛细胞损伤；另一种是基于在内毛细胞和传入神经突触内存在NMDA（N-methy1-D-aspartate）受体，聚胺能激活NMDA受体，导致神经细胞死亡，而氨基苷类抗生素具有聚胺的特性。（一）庆大霉素与铁螯合催化自由基产生的机理早在50年代，一些预肪药物耳毒性的试验揭示了氧自由基的作用机制是导致氨基苷类抗生素毒性的原因之一。近十多年，氧自由基作用的理论得到了进一步的发展，例如在游离的肾赃线粒体及内耳的外植体内观察到氨基苷类抗生素诱发自由基的产生，并且庆大霉素本身对游离的外毛细胞没有毒性。只有经过激活的庆大霉素才产生细胞毒性，且其毒性可被自由基清除剂所抑制。最近研究证明，庆大霉素是铁的螯合剂，庆大霉素与铁结合形成2:1或1:1两者以分子形式结合的复合物。2:1即2个庆大霉素分子围绕1个铁分子形成1个8平面体复合体，该种复合物无活性；而另一种1:1即1个庆大霉素分子与1个铁分子结合的复合物则含有自由配位点，此复合物是氧化还原作用的活动剂，它能催化氧自由基的产生。氧自由基是一种造成组织损害的主要生物因子，它是一个高反应的复合物家族，利用不配对的电子氧化不同的靶分子，包括脂质、蛋白质和DNA，从而导致多种方式的组织损伤，例如感染、再灌注损伤、神经退变等。庆大霉素促进自由基的产生与其和磷酸肌醇酯紧密结合有密切关系，该种结合提供了自由基形成所需要的电子供体，对一系列有可能作为电子供体的实验研究表明，花生四烯酸是高活性的电子供体。在细胞膜上，磷酸肌醇酯是这种丰富的脂肪酸的来源，庆大霉素与磷酸肌醇酯相互作用使庆大霉素与铁的复合物更接近所必须的电子供体，从而导致最有效的氧化还原反应，然而在组织或机体的循环中存在着不同的有酶和无酶的自由基清除剂包括脂溶性维生素E、水溶性维生素C、过氧化物歧化酶、谷胱甘肽及其酶（例如谷胱甘肽过氧化酶）等，如果这一系列机体保护措施受损或被消耗，将导致组织和细胞损伤。（二）NMDA受体被激活的毒性机理该假说是基于在内毛细胞传入神经突触内存在NMDA受体及氨基苷类抗生素具有聚胺的某些特性，例如聚胺在抑制耳蜗对氨基苷类抗生素摄取的同时也与氨基苷类抗生素竞争对耳蜗鸟氨酸脱羧酶的抑制，聚胺能激活受体，引起细胞内高钙，导致一系列细胞内反应从而引起细胞死亡，但至目前为止，该假说始终存在一些不能解释的问题，例如没有发现NMDA受体存在于外毛细胞，NIMDA受体激活在内耳引起的刺激毒性仅引起突触的水肿而并不损伤外毛细胞。在关于NMDA受体拮抗剂的豚鼠体内试验中，两种被认为可减轻氨基苷类抗生素耳毒性的NMDA受体拮抗剂dizocilpine （MK-801）和ifenprodil均分别含有马来酸（maleic acid）和酒石酸（tartaric acid），它们均有螯合金属离子的特性，而且NMDA受体拮抗剂用二甲基亚砜（DMSO）作为溶剂，该有机溶剂本身为自由基清除剂。实验对照组动物仅注射生理盐水，而没有使用具有自由基清除剂性能的马来酸、酒石酸和DMSO。实验证明，马来酸、酒石酸和DMSO均可减轻庆大霉素所致豚鼠听力损害。因此，NMDA拮抗剂减轻氨基苷类抗生素耳毒性亦可能与其金属螯合剂和氧自由基清除剂作用有关。（三）干预氨基苷类抗生素耳毒性作用的实验研究过去的50多年里，对预防氨基苷类抗生素药物的耳毒性进行了大量研究，其间许多药物曾被报导可减轻氨基苷类抗生素耳毒性，包括维生素、氨基酸、激素、自由基清除剂、硫氢基复合物及中草药等。从化学结构和药物学特性的角度来看，上述化学物质并无共同特性。然而在后阶段的研究过程中，发现许多药物的保护作用不能被类似的化学物质所重复。造成这种矛盾的原因可能是研究中的一些可变因素，导致氨基苷类抗生素发病机理的复杂化，这些可变因素之一是动物的生理状态，由于感染引起机体的防御机制的减低、营养不良等，将造成对氨基苷类抗生素的敏感性增强。例如，同样的药物剂量在动物感染、营养不良状态下比其处于正常生理状态或营养好状态下将会遗成更严重的听力损害。在动物低营养状态下补充含有抗氧化剂谷胱甘肽的食物，会抑制其耳毒性的敏感性。然而，对正常动物进行谷胱甘肽的食物补充则不能继续减轻氨基苷类抗生素的毒性作用。基于庆大霉素与铁结合刺激自由基产生而导致细胞和组织损伤的理论基础，近年来抗氧化剂被用于预防氨基苷类抗生素耳毒性的实验研究。豚鼠体内试验表明，连续应用庆大霉素（120mg/kg/d），19天导致重度高频听力损失（18kHz，60dB），而联合应用铁螯合剂去铁胺（deferoxamine ）或2,3二羟基苯甲酸（dihydrobenzoate acid）（100mg/kg/d）和氧自由基清除剂甘露醇（15mg/kg/d ）可显著减轻庆大霉素所致听力损害。此实验庆大霉素剂量约为临床使用剂量的2050倍；同样，铁螯合剂和氧自由基清除剂也能减轻链霉素、卡那毒素、丁胺卡那霉素、新霉素等氨基苷类抗生素所致听力和前庭功能损害。另有研究表明，去铁胺和2,3二羟基苯甲酸也可减轻氨基苷类抗生素诱发的肾毒性。（四）临床应用的可行性由于抗氧化剂治疗预防氨基苷类抗生素耳毒性的实验研究取得了令人鼓舞的结果，抗氧化剂已广泛应用于临床治疗多种疾病。因此在众多的抗氧化剂中，我们有可能寻找一种安全有效的方法应用于临床。临床应用须从患者的安全考虑但必须保证不影响氨基苷类抗生素的抗菌效力为前提。研究表明，去铁胺和2,3二羟基苯甲酸两者都不影响庆大霉素的血清浓度；其次，即使铁的螯合剂在10倍或高于10倍常规剂量的情况下也不影响氨基苷类抗生素的抗菌效力，但去铁胺在高剂量情况下有潜在的神经毒性，即对视网膜和内耳的毒性作用，大剂量的去铁胺可造成人体和豚鼠的听力损失。在持续一年的临床试验中，2,3二羟基苯甲酸没有任何毒性报告，然而除南非外，2,3二羟基