四環素類藥物作用研究進展

nety · 發表于 2006-8-6 22:28:56

四環素類藥物作用研究進展

臨床尤其獸醫臨床上濫用四環素類藥物，以致細菌對四環素類的耐藥現象頗為嚴重，一些常見病原菌的耐藥率很高。四環素類藥物(Tetracyclines,TCs)最早發現于20世紀40年代末，當時是一種很好的快速抑菌劑，高濃度時甚至有殺菌作用。抗菌譜廣，對多種革蘭氏陽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60-70年代即廣泛應用。其中金霉素、四環素和土霉素鑒于其廣譜、使用方便、經濟等特點為獸醫臨床常用。細菌在體外對四環素的耐藥性產生較慢，但同種之間呈交叉耐藥，且在獸醫臨床上濫用該類藥物，以致細菌對四環素類的耐藥現象頗為嚴重，一些常見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80年代后期缺乏新的作用研究，只是隨著分子生物學的飛速發展，在細菌對TCs的耐藥機制及耐藥分子方面的研究較多。近年來，有一些新的抗菌作用之外的新的作用被發現。本文對四環素類藥物、耐藥機制、臨床應用等方面做了綜述。

(一)四環素類藥物的發展史及未來展望

1.發展史。四環素類藥物是由鏈霉菌產生或經半合成制取的一類堿性廣譜抗生素。是快效抑菌劑,包括金霉素、土霉素、四環素及半合成多西環素,甲烯土霉素、二甲胺四環素及地美環素、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)等幾個天然抗生素于20世紀40年代后期首次發現，這就是第一批報道的四環素類成員。繼后又開發了其他四環素，既有天然化合物[四環素(1953)、去甲金霉素(1965)]又有半合成產物[甲烯土霉素(1965)、多西環素(1967)、米諾環素(1972)]。盡管開發了約100種四環素，但僅有上述7種用于臨床和獸醫。這些已歸類于第一代(1948-1957)和第二代(1965-1972)四環素。

2.展望。1981年Chopro等發表題為20世紀80年代初四環素類展望，綜述中談到四環素在人和獸醫中使用的作用模式分子研究及其抗性基因和生化基礎，對可能作為治療劑引入的其他四環素類似物也進行了評價。后十年中四環素類治療應用上的進一步改變，及我們對作用分子基礎和耐藥性的理解有很大提高。對四環類藥物的研究又引起人們新的關注。

當藥物分子進入體內后,處在一個生物大分子、金屬離子和其他內源性、外源性物質包圍的復雜環境之中.研究在復雜環境中藥物分子的存在狀態,對闡明藥物在體內的運輸、吸收、代謝等途徑及藥理作用有重要意義.

(二)臨床應用

獸醫臨床上多用土霉素來治療腸道多種病原菌感染。其臨床應用有：治療沙門氏菌引起的犢牛白痢雛雞白痢及大腸桿菌性的仔豬黃痢、白痢；治療雞巴氏桿菌引起的禽霍亂；對豬喘氣病和豬肺疫有效，與卡那霉素聯合使用可提高療效；局部應用于各動物組織中壞死桿菌感染引起的壞死或子宮膿腫炎癥；可用于血孢子蟲感染的牛邊緣邊蟲病、泰樂焦蟲病、鉤端螺旋體病等；金霉素多用作飼料添加劑，用于動物促生長，也可用作局部用藥如軟化劑。由于藥物化學結構相似，細菌又易產生耐藥性，所以也易產生交叉耐藥性。產生耐藥性的原因，可能是細菌對本類抗生素的通透性下降，致使菌體內藥物濃度低下，而達不到抑菌作用。

(三)體內過程、體內存在狀態

1.體內存在狀態。作為一種體內的生物大分子，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、白蛋白相互競爭作用是藥物動力學及臨床藥理學的主要內容,對搞清藥物在體內中的存在狀態十分必要，實驗表明四環素類藥物能與血漿蛋白結合,其結合率OTC為35,TC為35.6～55.0。四環素類藥物與金屬離子的配合物再和生物大分子(BSA)作用時,隨著BSA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的結合常數,而BSA又可分解藥物與金屬離子的配合物。研究體內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，發現這些小分子與藥物不發生直接作用,但可與藥物競爭共存的金屬離子,使M-TC(OTC)配合物分解,四環素類藥物與Eu、Zn,Zr、Cu等金屬形成的配合物進入體內以后，血清可以使這些配合物分解。研究表明四環素類藥物無論是配合物形式還是游離形式進入體內后,在復雜體液環境中都會以游離狀態存在，尿中無配合物存在。

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

四環素類可穿透進入大多數組織和體液,但腦脊液中的水平達不到可靠的治療濃度。米諾環素因有高度脂溶性,是唯一能進入眼淚和唾液中的四環素,其濃度之高足以消滅腦膜炎雙球菌的帶菌狀態。除多西環素外,所有四環素類主要經腎小球濾過從尿中排出,當腎功能不全時血中濃度會升高。多西環素主要經糞便排出。所有的四環素類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。

四環素與土霉素口服易吸收，但不完全，四環素吸收較土霉素好，2～4h血藥濃度可達高峰，t1/2約為8.5h，土霉素血藥濃度較低，t1/2為9.6h，由于四環素類能與多價陽離子如Mg2 、Ca2 、Al3 及Fe2 等起絡合作用，因而含這些離子的藥物和食物均可妨礙其吸收。飯后服鹽酸四環素較空腹服用時血藥濃度低50左右；鐵劑可使四環素的吸收率下降40～90，如需要兩藥合用，服藥時間應相隔3h。胃液中酸度高時，藥物溶解完全，吸收較好。此外，口服四環素與土霉素吸收量有一定限度。服藥量超過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。它們與血漿蛋白結合率為20～30，因此四環素容易滲入胸腔、腹腔、胎兒循環及乳汁中，但不易透過血腦屏障，腦脊液中的藥物濃度一般僅為血藥濃度的1/10。四環素、土霉素主要以原形經腎小球過濾排出，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60～70。四環素排泄量較少，在20～30。本類藥物經肝濃縮排入膽汁，形成肝腸循環。膽汁中藥物濃度為血藥濃度的10～20倍。

多西環素脂溶性較大，因此口服吸收快而完全，分布于全身，腦脊液中濃度也較高。強力霉素的吸收不受食物的影響。藥物大部經膽汁排入腸道又可再吸收，經腎小管時也可再吸收，因此t1/2長達20h，可維持有效血藥濃度24h以上。一般細菌性感染每日服藥一次即可。藥物小部分從腎排泄。大部分以結合或絡合的無活性代謝產物由糞便排泄，故對腸道菌群無影響，腎功能不全時仍可使用。

(四)耐藥性

細菌對四環素類抗生素的耐藥機制主要有兩點：一由質粒介導或轉座子的排出泵系統；二由質粒或轉座子編碼的核糖體保護因子的表達。大腸桿菌和其他腸桿菌科細菌的耐藥性主要通過耐藥質粒介導，并可傳遞、誘導其他敏感細菌轉成耐藥，帶耐藥質粒細菌的細胞膜對四環素類藥物攝入減少或泵出增加：另一種耐藥機制是核糖體保護，它作為一種耐藥機制最早在鏈球菌發現,具用核糖體保護基因的細菌對四環素、米諾環素、多西環素中度耐藥。目前在革蘭氏陽性和革蘭氏陰性病原菌中已有8類核糖體保護基因被鑒別出來(包括otrA,最初發現于土霉素產生菌龜列鏈霉菌。最近，在鏈霉菌和分枝桿菌臨床分離株也有發現。核糖體保護蛋白與最早發現的TetM有大約40氨基酸序列同源。根據氨基酸序列可將核糖體保護蛋白分為4類:TetM、TetO和TetS(I類);OtrA和TetB(P)(類);TetQ和TetT(類);TetU(一種獨特的蛋白質,最早發現于糞腸球菌,與核糖體保護蛋白家族的其他成員<20氨基酸相同)。家族內基因序列的相似性有益于開發類型特異性多聚酶鏈氏反應(PCR)引物。所有的核糖體保護蛋白在N末端有一段與延伸因子EF-G和EF-Tu同源的G區。四環素作用于EF-Tu促使氨酰-tRNA進入A位的階段。TetM不能與四環素競爭結合在A位,而是促進被結合的四環素移位,使游離態四環素在37℃條件下的半衰期從70s減少到5s。抗生素的全部釋放需要GTP水解,TetM在促進四環素游離時是單獨起作用或與EF-G一同起作用尚不清楚。在含有TetM或TetO的細胞中,當與亞抑制濃度的四環素過量接觸時,四環素的MIC升高。TetM或TetO的表達在轉錄水平受調控,不同于四環素外(作用未定)也與tetQ的轉移性有關。幾乎所有的擬桿菌科細菌(80～90)對四環素類耐藥,且大多數含有tetQ基因;一些四環素耐藥性解脲擬桿菌具有tetM相關性決定子。另一些厭氧菌(動彎桿菌)具有TetO或TetQ耐藥決定子。產氣莢膜梭菌同時利用核糖體保護(tetB(P)或tetM)和外排泵(tetA(P),tetK,tetL)機制對四環素耐藥。核糖體保護耐藥決定子典型地與可動性遺傳因子結合,且可能來源于四環素產生菌,核糖體保護蛋白與參與蛋白質合成的內源酶具有相似性。同源重組導致的進化產生了鑲嵌的tetM基因。在革蘭氏陰性菌中,miaA和rpsL突變降低了TetM或TetO介導的四環素耐藥水平,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,加強與密碼子的結合,而S12蛋白通過與16SRNA的接觸,間接穩定位于A位的氨基酸-tRNA?Ef-Tu?GTP。上述結果與四環素類的作用機制一致,且表明核糖體保護蛋白的作用位點接近或位于核糖體上的延伸因子結合位點。

質粒介導或細菌細胞膜通透性降低，耐藥性產生較慢，同類品種可呈交叉耐藥。四環素擬桿菌具有tetX基因,編碼一種44kDa的依賴于NADPH的酶,通過氧化反應使四環素失活。已在2種緊密相關的腸桿菌轉座子(也攜帶erm)上發現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素與核糖體結合阻止tRNA與核糖體結合而抑制細菌的生長。tetM和tetO基因是肺炎鏈球菌的四環素耐藥基因,tetM位于轉座子Tn1545和Tn5251上。tet基因編碼的蛋白質TetM和TetO利磷酸鳥苷供能使四環素從核糖體釋放下來,從而導致細菌耐藥。抗生素的主動外排耐藥機制是在1980年分別由Ball和McMurry在研究大腸埃希氏菌對四環素的耐藥性時同時發現的。細胞的外排系統為主動耗能過程，能量來源為質子移動力(protonmotiveforce,PMF)。PCR分析表明tetM和tetO是四環素類藥物耐藥的基因。最近的四環素耐藥研究也表明tetK基因僅對四環素耐藥而對minocycline是敏感的，而tetM基因則對所有四環素類藥物耐藥。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，體外試驗表明，所有攜帶tetM基因的分離菌對四環素和美他環素菌耐藥，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。一項研究表明如果在四環素流出蛋白TetB的8位跨膜螺旋上的Gly-247被天門冬氨酸或天門冬酰胺取代則失去其四環素耐藥性。

克服其耐藥性問題

為了克服其耐藥性問題,人們做了如下探索。(1)天然物篩選：從dactylosporangium發酵液中分離出4種dactylocycline,都是在6位連有糖的四環素,只對耐四環素的革蘭氏陽性菌有作用,去掉糖的甙元仍與四環素交叉耐藥。(2)結構修飾尋找半合成四環素發現在四環素的9位上連有二甲基甘氨酰氨基的甘氨酰四環素(glycylcycline),其中DMG-MINO與DMG-DMDOT對起源于核糖體保護與外排機制的耐藥菌都有作用,動物試驗也顯示良好療效。叔丁基甘氨酰米諾環素tigilcycline(TBG-MINO,GRA-936)對臨床重要致病菌(包括耐四環素、糖肽與氟喹諾酮的革蘭氏陽性菌)有廣泛的活性,抗MRSA、PRSP、VRE作用優于萬古霉素、synercid與linezolid,在≥0.12μg/ml的低濃度下,即可抑制四環素的高度耐藥菌(MIC≤128μg/ml)。口服吸收良好,T1/2長達36h。現在較少采用傳統的方法篩選,各國學者致力于將隨機的經典式篩選轉變為目標明確的理性篩選,運用抗生素作用機制、耐藥原理和分子藥理學與病理學等新成就,創建新的篩選模型,利用高新技術建立自動、快速、高通量的篩選程序。不久的將來相信通過基因工程、細胞工程等技術構建工程菌株,運用電子計算機輔助設計和組合化學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新四環素類抗菌藥的探索。

(五)藥物相互作用與不良反應

四環素類藥物是一種絡血劑，能與二價，三價陽離子(如鈣、鐵、鎂鋁等)形成難溶性絡合物，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。

四環素類藥物大多數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。本類藥物常用其鹽酸鹽，具有刺激性，引起胃腸反應，肌內注射可產生局部炎癥；口服四環素類抗生素后，在劑量過大或使用時間稍長時，極易引起動物消化機能失常，造成腸炎和腹瀉，并形成二重感染。四環素類藥物抗菌譜廣，進入腸道，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、魏氏梭菌趁機繁衍，致使腸道菌群紊亂，產生新的感染菌原。為防止消化機能障礙的發生，成年草食動物及反芻動物均不宜口服給藥。同時也應注意，大劑量或長時間注射給藥也能招致動物的消化機能失常。患畜二重感染時應先注意真菌的危害，必要時應用制霉菌素等加以治療；長期大量口服或靜脈給予大劑量四環素類藥物時，可損害肝臟，引起肝脂量增高及細小脂肪變性，因藥物沉積于肝細胞線粒體，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；四環素能影響骨骼的生長，沉積于嬰幼兒的牙組織又能透過胎盤，與金屬形成的絡合物被機體吸收后會導致骨骼障礙，生長停滯，在人可引起牙齒黃染、齲齒等；四環素類藥物菌可引起藥物熱、皮疹等，偶可發生血管神經性水腫、丘皰疹及輕度剝脫性皮炎，哮喘發作或伴休克樣癥狀，去甲金霉素還可引起光敏性皮炎；另長期大量使用四環素類藥物還可能引起腸內合成維生素B族和維生素K的細菌受到抑制，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。