抗白念珠菌新型化合物及靶點的研究進展

王郁熙,楊靜

山西醫科大學第二醫院皮膚性病科 太原市,030001

白念珠菌(Candidaalbicans) 是一種機會性致病真菌,通?？梢远ㄖ灿谌祟惖奈改c道、生殖道、口腔以及皮膚。當人體免疫功能低下或者自身出現生態平衡失調時,白念珠菌通常會引起非侵襲性念珠菌病以及侵襲性念珠菌病[1]。侵襲性念珠菌病包括念珠菌血癥以及深層念珠菌病。其中念珠菌血癥是最常見的侵襲性念珠菌病,總體死亡率高達22 %～75 %。通常血培養是診斷念珠菌血癥最容易的方法,但是血培養的缺陷是效率低且所需時間較長,因此念珠菌血癥的死亡率相較于我們現有的數據來說很有可能更高[2]。

最近有研究對中國的念珠菌的分布以及抗真菌藥敏模式進行了系統分析,結果顯示在所選擇的念珠菌分離株中白念珠菌在念珠菌屬中占比49.35 %,在感染類型方面侵襲性念珠菌比例最高約占49.36 %[3]。在北美最常見的院內血液系統感染中,念珠菌血癥排行第四[4]。白念珠菌具有較高的感染率及死亡率使得抗白念珠菌感染成為需要全人類關注的棘手難題,但是目前用于治療的抗真菌藥物有限,主要為兩性霉素B、唑類藥物、棘白菌素、氟胞嘧啶等。通過對念珠菌血癥的臨床分離株研究發現目前白念珠菌對唑類藥物、棘白菌素、氟胞嘧啶等藥物均存在耐藥性,并且對唑類藥物的耐藥性呈現持續增長的趨勢[5]。因此尋找新型抗真菌化合物,開發新的抗真菌獨特的分子靶標尤為重要。本文從抗耐藥方式與新發現的潛在靶點的角度,對一些化合物在抗白念珠菌中的應用進行總結陳述。

1 通過誘發線粒體功能障礙影響其耐藥性

線粒體是一種真核生物中至關重要的細胞器,其承擔的功能繁雜多樣,主要作用是產生ATP 為細胞提供能量。除此之外,還與細胞衰老、細胞凋亡、腫瘤發生、血紅素的合成以及酵母耐藥性等有著密不可分的關系[6-7]。真菌的線粒體較為復雜,對于白念珠菌線粒體來說,由于生物的適應性進化等一系列原因,其結構和功能與其他生物相比還是存在一定的差異。但是有一點與人類較為相似,很難作為藥物的靶點[7-8]。因此目前對開發線粒體靶標關注度相對較少[7],但是最近一些研究發現某些化合物可以通過誘發線粒體功能障礙而對白念珠菌的耐藥性造成較大的影響。

1.1 Cecropin-4 衍生肽C18

抗菌肽是來自于無脊椎動物、脊椎動物以及植物的具有極高抗菌潛力的防御肽[9]。天蠶素(Cecropin) 是一種廣泛分布于昆蟲中的誘導型抗菌肽[10],天蠶素4 (Cecropin-4) 屬于天蠶素的一種,對鮑曼不動桿菌及其他碳青霉烯類耐藥菌等抑菌作用較強[11]。Cecropin-4 衍生肽C18 屬于天蠶素4 的一種衍生抗菌肽,它是天蠶素4 通過序列截斷等一系列修飾所得到的新型抗菌肽,其優點是分子量較小并且具有廣譜抗菌效果[10,12]。實驗表明C18會導致細胞內活性氧、鈣離子增加,并且擾亂鈣離子的調節,使得線粒體膜電位崩潰和ATP 耗竭,引發線粒體功能障礙,最終導致細胞死亡。因此C18 能夠快速殺滅白念珠菌,并且對氟康唑耐藥的白念珠菌也有較好的滅菌效果[13]。C18 為我們應對白念珠菌的耐藥性提供了新的治療方向,為未來的抗真菌藥物研發提供了新的可能。

1.2 刺果蘇木種子的乙醇提取物 (ethanolic extract of caesalpinia bonduc seeds,EECS)

刺果蘇木是一種常見于熱帶和亞熱帶地區的植物,其藥用價值極高,在民間可以用來治療多種疾病。并且據報道它的種子擁有抗真菌、病毒、細菌等一系列強大功能[14]。最近一項實驗收集了印度及其臨近地區的刺果蘇木種子,制備其種子提取物(EECS) 進行研究,結果表明EECS 能夠明顯增加白念珠菌中的活性氧、鈣離子的生成,引發線粒體功能障礙,并且這將會導致線粒體膜的通透性發生改變,釋放大量細胞色素C,激活metacaspases,促進細胞凋亡[15-17]。同時研究發現EECS 的細胞毒性低,可以安全用于各種體內研究?？偟膩碚f,EECS 抗真菌效果好、毒性小并且成本較低,非常適合用來研制新型抗真菌藥物,為更好地應對白念珠菌耐藥情況提供了可行方案[15]。

2 通過抑制生物膜控制其耐藥性

生物膜是一種容易在生物或者非生物基質上形成的細胞群落,生物膜感染是許多微生物主要的毒力因素之一。白念珠菌生物膜是一種由酵母細胞、酵母細胞發芽形成的菌絲和假菌絲共同組成的一種三維結構[18-19]。研究調查發現念珠菌引起的死亡率中與念珠菌生物膜相關的死亡率占比達到了70 %,并且對生物膜形成菌株的耐藥性進行測試,結果顯示對氟康唑、卡泊芬凈的耐藥率達到了70 % 以上[20]。因此控制生物膜感染對于白念珠菌感染極其重要。

2.1 Lycosin-Ⅱ

蜘蛛毒液中含有多種抗菌肽,Lycosin-Ⅱ是一種從穴狼蛛中分離出來的新型線性螺旋肽,已經有實驗結果表明Lycosin-Ⅱ具有廣譜抗菌作用,并且對細菌有快速殺滅作用[21]。最近一項實驗在探究Lycosin-Ⅱ的抗真菌活性時發現其對白念珠菌具有較強的抗真菌活性。這種抗菌肽通過破環白念珠菌膜的完整性,有效抑制白念珠菌生物膜從而達到較強的抗菌效果[22]。除此之外,這種抗菌肽對白念珠菌、金黃色葡萄球菌共同形成的生物膜同樣具有抑制作用,因為白念珠菌與金黃色葡萄球菌共同感染引起的死亡率更高,因此Lycosin-Ⅱ是一種具有良好前景的抗菌效果多樣的抗菌肽,未來可以用來開發新型抗真菌藥物[22-23]。

2.2 塞內加爾刺桐莖皮

塞內加爾刺桐是一種古老的被用作草藥的豆科植物,它的所有部分都有較高的藥用價值。據報道它可以用來治療感染、流產、瘧疾和黃疸等多種疾病,大多數地區使用根和莖皮的頻率較花、葉子等其它部分更為頻繁[24-25]。據報道從塞內加爾刺桐中分離出的物質對酵母孢子、金黃色葡萄球菌、克雷伯桿菌等均有較強的抑制作用,并且具有潛在的抗癌作用[25-27]。最近實驗研究發現塞內加爾刺桐莖皮的提取物對白念珠菌生物膜的抑制作用較強,并且可以破壞白念珠菌成熟生物膜。它的游離提取物和通過配制成微乳液的提取物都對白念珠菌具有較強的抑菌效果,并且它能夠與抗真菌藥物聯合使用,為對抗白念珠菌耐藥性提供新型方案[28]。

3 新型潛在藥物靶點

3.1 顆粒蛋白前體

顆粒蛋白前體(progranulin,PGRN) 是一種功能豐富的糖蛋白,既可以存在于細胞內作為伴侶介導相關的運輸和折疊等,也可以存在于細胞外基質中作為一種生長因子樣分子起著特定作用[29]。PGRN 目前是許多疾病治療的充滿潛力的靶點,例如炎性關節炎[30]、骨性關節炎[31]、炎癥性腸病[32]、蛛網膜下腔出血[33]、缺血性腦卒中[34]等疾病。并且據報道,PGRN 對細菌引起的敗血癥有積極的治療作用[35],但是PGRN 在真菌感染方面的功能還尚未可知。最近一項實驗以小鼠為模型研究調查發現,小鼠在受到白念珠菌感染后體內的PGRN 水平顯著增加。PGRN 缺陷的小鼠相比于野生型小鼠來說受到感染的幾率將減小,并且腎損傷將會減輕。進一步實驗研究發現使用抗PGRN 抗體治療會明顯保護小鼠免受白念珠菌侵害[36]。在白念珠菌耐藥性日益增長的時代,尋找新型藥物靶點極為重要,PGRN 的出現為我們提供了一條抗白念珠菌感染新藥研發的新思路。

3.2 F1Fo-ATP 合酶δ 亞基

F1F0-ATP 合酶是一種由多個亞基組成的蛋白復合物,主要位于線粒體內膜負責ATP 的合成。同時它也可以在細胞的增殖分化、脂質代謝以及癌癥中起到一定的作用[37]。近年來,F1F0-ATP 合酶已經成為許多非傳染性疾病的靶點,例如糖尿病、神經退行性疾病等[38]。F1F0-ATP 合酶中的主要結構包括F0結構域和F1結構域[39]。其中δ 亞基存在于F1結構域中,在F0結構域和F1結構域的耦合中充當著非常重要的角色[40]。最近實驗研究發現δ亞基是白念珠菌感染致死必需的一部分,在刪除δ亞基后很明顯消除了由白念珠菌引起的致死感染,并且進一步實驗研究發現δ 亞基的缺失會明顯影響白念珠菌的毒力。目前,以F1F0-ATP 合酶δ 亞基為靶點篩選出一種化合物S1(JNU-SM919,C26H29ClN4O2S),一種N-苯基哌嗪-1-硫代甲酰胺,可以通過抑制δ 亞基抑制白念珠菌感染[41]。F1F0-ATP合酶δ 亞基是白念珠菌潛在的新藥靶點,未來我們可以以其為靶點研制新藥控制白念珠菌感染。

目前,白念珠菌感染率在全世界范圍內居高不下,并且其導致的死亡率也在逐年攀升,使得抗白念珠菌感染刻不容緩。臨床上抗白念珠菌常用的藥物例如唑類、棘白菌素類、多烯類等雖然都對白念珠菌感染能起到一定的治療作用,但是由于抗真菌藥物長期不規范使用,白念珠菌的耐藥性也在不斷增長。為此我們需要研發更多的新型抗真菌藥物來對抗白念珠菌。本文介紹了一些具有極大研發潛力的化合物和潛在的新型藥物靶點,未來我們可以開展這些化合物的成藥性研究,同時基于這些新型藥物靶點篩選效果更好的抗白念珠菌新藥,為抗白念珠菌新藥的開發提供新的有效思路,改善目前臨床因白念珠菌耐藥性增長所致的有效藥物難求的現狀。