多粘菌素的研究进展

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1、多粘菌素的研究进展催阿龙李卓荣（中国医学科学院医药生物技术研究所，北京，天坛西里1号）摘要随着抗生素的广泛应用，细菌的耐药性已经成为一个全球性医学难题并且被WHO作为2011年世界健康日的主题[1]，尤其是革兰氏阴性菌的多药耐药性(MDR)问题表现的更为突出。多粘菌素B和多粘菌素E(又称黏菌素，colistin)作为治疗革兰氏阴性耐药菌引起严重感染的最后一道防线，其地位也越来越重要。本文从目前临床应用的多粘菌素B和多粘菌素E出发，对多粘菌素的抗菌机制、耐药机制、构效关系及全合成作了综述。关键词多粘菌素抗菌机制耐药机制构效关系全合成多粘菌素是20世纪五十年代发现的抗生素[2]，是一

2、组由多粘芽孢杆菌产生的环肽类抗生素，有A、B、C、D、E等组分，其中B1成份活性最强。目前上市的产品主要是多黏菌素B和多黏菌素E的硫酸盐和甲磺酸盐。多黏菌素B和多粘菌素E的抗菌谱十分相似但抗菌活性却不相同，一般情况下多粘菌素B的作用强度强于多粘菌素E[3]。临床使用的多粘菌素B由多粘菌素B1（6-甲基辛酸取代）和多粘菌素B2（异辛酸取代）组成，其抗菌谱窄，对革兰氏阳性菌无效，主要用于多药耐药的革兰氏阴性杆菌引起的严重感染，由于其存在严重的不良反应，尤其是肾毒性和神经毒性，因而使用受到一定限制。多粘菌素E（异辛酸取代）活性稍弱于多粘菌素B，但其安全性也略好，Colimycin是多粘

3、菌素E的甲磺酸衍生物，耐受性很好，毒性有所改善，临床上以气溶胶的形式用于治疗铜绿假单胞菌引起的肺部感染[4]。近年来发现，多粘菌素治疗多药耐药革兰氏阴性菌引起的感染(特别是鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和肺炎克雷白杆菌)取得良好效果，从而引起临床的广泛关注。多粘菌素由线性三肽部分连接N-脂肪酰基链和环状七肽构成，4-位L-Dab（α，γ-二氨基丁酸）与10-位L-Thr缩合形成七肽环。多黏菌素B和多粘菌素E的结构十分相似，仅在6-位氨基酸上存在差别。多粘菌素B的6-位是D-Phe，多粘菌素E的6-位是D-Leu(图1)。图1多粘菌素B和多粘菌素E的化学结构1多粘菌素抗菌作用机制和耐药

4、机制1.1多粘菌素抗菌作用机制多粘菌素抗菌作用机制分两个阶段：首先，多粘菌素与外膜(OM)上的脂多糖（LPS）结合，导致外膜膨胀；随后，通过“自促摄取”机制透过外膜，破坏细胞膜磷脂双层的物理完整性，导致渗透失衡和细胞死亡[5]。革兰氏阴性菌外膜的一个关键作用是作为细胞的渗透屏障，控制有害物质和大多数抗生素的进出[6-7]。多粘菌素最初的靶点是外膜上的脂多糖，脂多糖由O-多糖、核心多糖和类脂A（lipidA）组成。一个长期被认可的模型称为“自促摄取“机制，该模型认为多粘菌素两性性质对多粘菌素分子通过外膜屏障至关重要。在这个模型中，多粘菌素Dab残基上游离的氨基在生理条件下发生质子化

5、作用并与类质A磷酸基阴离子(图2)产生静电吸引作用。质子化的多粘菌素取代二价阳离子（Mg2+和Ca2+）来稳定脂多糖层，同时多粘菌素分子的N-脂肪酰基链和6、7位疏水部分插入到外膜层，使相邻的脂质A的脂肪酰基链弱化，导致外膜膨胀[8-9]。随后的过程并不十分清楚，然而多粘菌素介导的外膜和细胞膜融合被认为通过诱导磷脂交换实现，最终导致渗透失衡和细胞死亡。图2黑色为鼠伤寒沙门氏菌类脂A结构，红色为4-氨基4-去氧-L-阿拉伯糖，蓝色为磷酸乙醇胺。此外，有文献报道多粘菌素可以通过产生羟基自由基快速杀死鲍曼不动杆菌[10]。最新文献报道，多粘菌素还存在另外一种次要的抗菌机制，能够抑制三种

6、革兰氏阴性菌的Ⅱ型NADH-泛醌氧化还原酶，从而通过抑制细菌内膜的呼吸链产生抗菌作用。这三种革兰氏阴性菌分别是大肠埃希菌、肺炎克雷白杆菌和鲍曼不动杆菌[11]。1.2多粘菌素耐药机制脂多糖的重构是革兰氏阴性菌抵抗多粘菌素的一项重要生存策略，最常见的脂多糖重构是用带正电荷的4-氨基4-去氧-L-阿拉伯糖或磷酸乙醇胺修饰类脂A带负电荷的磷酸基团（图2），从而降低多粘菌素与细菌外膜的静电作用[12-13]。大多数革兰氏阴性菌是通过调节PhoP-PhoQ二元控制系统抵抗阳离子抗菌肽。当外界Mg2+浓度过低时，脂多糖失去与二价阳离子的静电作用而导致外膜破坏。PhoP-PhoQ二元控制系统在

7、外界环境Mg2+浓度高时被抑制，在Mg2+浓度低时被激活。在鼠伤寒沙门氏菌中，当存在低Mg2+浓度或非致死浓度的阳离子抗菌肽时，PhoQ蛋白可自动磷酸化并将其磷酸基团转至PhoP蛋白，同时激活PhoP蛋白的转录调控活性。随后PhoP蛋白激活PmrA-PmrB活性，PmrA-PmrB激活类脂A修饰酶控制基因的表达，从而对类脂A进行修饰使脂多糖发生重构[14-16]。有文献报道，阳离子抗菌肽可直接激活PmrA-PmrB系统使脂多糖发生重构[17]。2多粘菌素构效关系多粘菌素作为一个老