多黏菌素类药物肾毒性分子机制及保护措施研究进展

(中国农业大学动物医学院，北京海淀100193)

多黏菌素类药物肾毒性分子机制及保护措施研究进展

代重山，汤树生，肖希龙

(中国农业大学动物医学院，北京海淀100193)

近20年来，多重耐药革兰阴性细菌(MDRGNR)在全球范围内呈蔓延趋势，严重威胁动物及人类健康;又由于缺乏新的、较为有效的抗生素，使得多黏菌素类(包括多黏菌素B及黏菌素)药物在临床又重新得到重视和应用，并成为治疗MDRGNR感染的最佳选择，甚至是最后的防线［1］。肾毒性是多黏菌素的主要临床副作用之一，发生率高达60%［1，2］。越来越多的证据表明，当前临床推荐的剂量为亚治疗剂量，增加了临床多黏菌素耐药性形成的风险，而简单粗暴的增加剂量势必增加其肾毒性、甚至是神经毒性［1］。本文通过对多黏菌素肾毒性分子机制做一综述，并进一步探讨其保护措施，以期为多黏菌素临床应用及后续研究提供理论依据。

1 多黏菌素类药物进入细胞途径

Azad等［3］通过使用X射线荧光显微镜方法发现荧光标记的多黏菌素在大鼠肾细胞(NRK-52E)及人肾细胞(HK-2)内浓度分别是细胞外的1930倍和4 760倍。动物实验研究发现，多黏菌素在肾组织中主要分布于肾脏皮质部及近端肾小管，近端小鼠损伤较远曲小管更为严重［4，5］。多黏菌素属大分子药物，进入哺乳动物细胞内必须经过受体或离子通道途径，最新研究发现，内源性受体巨蛋白(megalin)、多肽转运蛋白1和2(PEPT1和2)及有机阳离子转运蛋白1(OCTN1)在多黏菌素进入细胞内发挥着重要的“搬运工”作用［5-7］。进一步研究发现，黏菌素原型主要分布于肾小管上皮细胞线粒体、内质网及高尔基体等细胞器，且大量在线粒体富集、并与其线粒体膜紧密结合在一起，但黏菌素不能进溶酶体及细胞核，暗示黏菌素可能靶向性损伤真核细胞线粒体，随后导致各种级联反应［8］。

2 多黏菌素类药物肾毒性分子机制

2．1 细胞膜毒性研究表明，多黏菌素类药物肾毒性与其分子结构中所携带的D-氨基酸成分密切相关，黏菌素携带5个游离的正电荷，竞争性(约占80%)和非竞争性(约占20%)取代钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)与细胞浆膜内磷脂中带负电荷的磷酸根的共价结合，导致哺乳动物细胞浆膜表面张力降低，细胞膜通透性增大、细胞肿胀和溶解，直至死亡，与其体外杀菌机制类似［9］。体外研究发现，多黏菌素B可在弱酸环境下剂量依赖性破坏磷脂酞胆碱、磷脂酞乙醇胺等磷脂分子，使磷脂双分子层结构遭到破坏，从而介导细胞膜损坏继发性诱发细胞毒性［10］。Colome等［11］研究发现，黏菌素可特异性的破坏卵磷脂、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇、磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸等组成的磷脂双分子层结构，但确切的作用机制还有待进一步的研究。

2．2 氧化应激损伤氧化应激是指机体在需要清除体内老化的细胞，或在遭受各种有害刺激时，体内高活性分子，如活性氧自由基(ROS)和活性氮(RNS)自由基产生过多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤。Yousef等［12］研究发现，抗氧化剂维生素C及褪黑素可保护黏菌素诱发的肾细胞脂质过氧化及凋亡;Oguzulgen等［13］通过试验发现，抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸能够逆转黏菌素诱导的诱导型一氧化氮合)酶(i-NOS)、神经营养素-3(NT-3)变化;这些研究证实氧化应激损伤黏菌素诱发肺毒性及肾毒性中起主导作用。此外，黏菌素可导致鸡神经元钙稳态失调，细胞内钙大量增加，钙调蛋白(CaM)mRNA表达显著降低，表明钙稳态失调在黏菌素诱发细胞毒性中扮演着重要角色［14］。

2．3 细胞凋亡和自噬动物及体外细胞模型研究证实，线粒体凋亡通路、内质网凋亡通路及死亡受体凋亡通路参与黏菌素诱导的细胞凋亡，且线粒体及死亡受体通路为黏菌素诱导细胞凋亡的主要通路［5］。Eadon等［15］研究发现，细胞周期阻滞在多黏菌素诱导的小鼠肾毒性中发挥一定的作用，p53/p21信号通路扮演者重要角色。动物实验研究表明，黏菌素可致肾脏组织中半胱天冬酶(caspase)-1大量增加，caspase-1可通过上调自噬蛋白Beclin 1和线粒体自噬发挥保护性应激作用［16］，体外细胞实验进一步研究证实，自噬激活明显改善黏菌素诱导的细胞凋亡，而自噬抑制明显加剧黏菌素诱导的细胞毒性，且伴随明显的caspase依赖性［17］。此外，多条存活信号通路如核转录因子(Nrf2)/单加氧酶(HO-1)及核转录因子(NF)-kB、丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)家族在多黏菌素诱导的细胞毒性中均发挥着重要作用［5］。

3 多黏菌素类药物肾毒性保护措施

3．1 抑制氧化应激，降低肾毒性基于氧化应激分子机制，抗氧化剂是抑制黏菌素肾毒性的重要保护措施。抗氧化剂维生素C及N-乙酰半胱氨酸能够抑制多黏菌素诱导的肾细胞及神经元细胞氧化应激损伤及细胞凋亡［12－13，16－17］。Dezoti Fonseca等研究发现［18］，HO-1诱导剂血红素能够增加肾脏组织内过氧化氢酶活性，保护多黏菌素B诱发的小鼠肾毒性。天然抗氧化剂原花青素及番茄红素能够有效激活Nrf2/HO-1信号通路来改善黏菌素诱导的肾细胞氧化应激及caspase依赖性的凋亡［16，19］;此外，一些研究也发现，虾青素及维生素E能够改善黏菌素诱导的肾脏氧化应激损伤及细胞凋亡［20］。

3．2 改变剂型，降低肾毒性不减少血药浓度及其杀菌活性，同时降低肾毒性是最理想的减毒模式。如黏菌素的缓释微球可有效改善黏菌素的肾毒性，同时还可更好的维持血药浓度［21］。此外，研究者通过使用多黏菌素喷雾剂呼吸道靶向给药，也可达到相同的治疗效果，且造成的肾损伤远远低于静脉注射［1，9］。

3．3 其他途径也有一些研究者发现了其他途径的肾毒性保护措施，如Suzuki等［7］通过使用巨蛋白(megalin)受体抑制剂细胞色素C可明显改善多黏菌素B诱导的大鼠肾毒性;离子通道转运蛋白抑制剂p-gp(糖蛋白)预处理也可改善黏菌素诱导的细胞凋亡及肾脏损伤［22］;体外实验证实，自噬在黏菌素细胞毒性中发挥着保护性角色［17］，自噬激活剂雷帕霉素可有效抑制黏菌素肾毒性［22］。

4 小结

综上所述，肾毒性已经成为影响多黏菌素类药物临床应用的最重要的限制性因素;研究其分子机制对临床降低肾毒性、提高治疗指数具有重要意义。氧化应激在多黏菌素诱导的肾毒性中发挥角色，然而，多黏菌素类药物诱导人类或动物肾损伤的确切分子机制仍然是谜，仍需要进一步更深入的研究。

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S859

A文章标号:0529-6005(2017)01-0067-03

2016-05-04

国家科技支撑计划(2015BAD11B03)

代重山(1987-)，男，博士生，从事兽医药理与毒理学研究，E-mail:daichongshan@163．com

肖希龙，E-mail:xiaoxl@cau．edu．cn