抗真菌药物的开发历程与研究进展

抗真菌药物的开发历程与研究进展 摘 要 从20世纪30年代发现灰黄霉素起，抗真菌药物已经历了近70年的发展。其中， 两性霉素B作为经典的抗真菌药物，通过新剂型开发改善其毒、副作用获得满意结果;唑类 抗真菌药物己广泛用于临床，在抗深部真菌感染方面具有重要价值。20世纪80年代发现的 棘白菌素类抗真菌药物由于安全性高且对念珠菌和曲霉有良好的抗菌活性，已逐渐被各种指 南推荐用于相关感染治疗的重要药物。 关键词 抗真菌药物 研究与开发 作用机制 中图分类号:R978.5 文献标识码:A 文章编号:1006-1533(2011)07-0326-04 Progress and prospects in research and development of antifungal agents ZHANG Li1*，ZHANG Yong-xin2** (1. Public Health Clinical Center affiliated to Fudan University，Shanghai， 201508; 2. Huashan Hospital affiliated to Fudan University，Shanghai，200040) ABSTRACT Research work of antifungal agents began in the 1930s when Oxford et al discovered griseofulvin，and had since made much progress in the past 70 years. Efforts were made to reduce the toxicity and side effects of amphotericin B，a classical antifungal agent，by developing new formulation. Azole antifungals have been widely used in clinic，which showed their significance in the treatment of deep fungal infection. Echinocandins which were first found in 1980s have been recommended as preferred medication to moniliasis in many guidelines due to their high safety and good activity against the Candida. KEY WORDS antifungal agents;research progress;action mechanism 随着大量抗菌药物和抗肿瘤药物的广泛使用、器官移植和介入技术的发展、皮质激素和 免疫抑制剂的使用增多以及获得性免疫缺陷综合征发病率的逐年上升，真菌感染逐渐增多， 抗真菌药物的临床使用也趋明显增多。自1950年发现制霉菌素以来，近60年的抗真菌药物 研究不断取得新进展，抗真菌感染药物的可选择范围亦得到相应扩展。抗真菌药物一般以结 构和作用机制分类，其中按结构可分为多烯类、唑类、核苷类、丙烯胺类、棘白菌素类以及 其它合成抗真菌药物，按作用机制可分为作用于真菌细胞壁、细胞膜或核酸的抗真菌药物。 本文回顾抗真菌药物的研究与开发历程，并按结构分类介绍各类抗真菌药物的作用机制、分 析各种抗真菌药物的特点和临床地位。 1 多烯类抗真菌药物 多烯类抗真菌药物的发展始于1950年，当时科学家从土壤微生物诺尔斯链霉菌中分离出 一种具有抗霉菌活性的四烯物――制霉菌素。制霉菌素对白色念珠菌、新型隐球菌、荚膜组 织胞浆菌、皮炎芽生菌[1]和曲霉等均有良好作用，且在皮肤黏膜局部使用无全身吸收。制霉 菌素口服几乎全部自粪便排出，对深部真菌感染无治疗作用;注射用药则肾毒性大，不应直 接使用。国内生产的制霉菌素片剂主要用于治疗消化道念珠菌病，也可局部使用治疗口腔等 浅部真菌感染[2];国内也生产制霉菌素栓剂和泡腾片，主要用于治疗念珠菌性阴道炎。为减 少制霉菌素全身用药的毒性反应，目前正在开发制霉菌素脂质体制剂并已进入了?期临床试验[3]。制霉菌素脂质体制剂在降低制霉菌素的肾毒性的同时保留了其抗真菌活性，加之肾组织分布好，对泌尿系统真菌感染治疗可能有优势，临床上采用4 mg/(kg?d)治疗不能耐受两性霉素B或顽固的侵袭性曲霉病取得了较好疗效[4]。 同属多烯类抗真菌药物的还有两性霉素B。后者系于1955年从委内瑞拉奥里诺科河谷的结节链霉菌发酵产物中发现的一种七烯化合物，结构类似制霉菌素，但具有更广的抗真菌谱，对多种深部真菌感染相关真菌如白色念珠菌、新型隐球菌、球孢子菌、荚膜组织胞浆菌、皮炎芽生菌和曲霉等都具有良好的抑制作用，高浓度时还有杀菌作用，可用作这些真菌引起的系统性感染首选治疗药物[5]。不过，两性霉素B的显著的毒、副作用限制了其临床应用。为了降低两性霉素B的毒性、同时保留其广谱抗真菌活性，人们开始开发两性霉素B的新剂型:1983年研制成功两性霉素B脂质体制剂，并进行了用于治疗真菌感染的动物模型实验;1988年上市的两性霉素B脂质复合体制剂具有较优的治疗指数。近年来，两性霉素B的新剂型开发又取得了新进展，如两性霉素B胶质分散体和纳米制剂等。临床应用中发现，国产脂质体制剂的质量尚不稳定(可能与脂质体颗粒大小不一有关)，且给药后的不良反应发生率较高，亟待技术攻关以通过提高质量而发挥应有的临床价值。两性霉素B的盐类制剂虽价格不贵、疗效肯定，但须从小剂量开始逐步增量至治疗剂量，治疗严重的深部真菌感染时因不能迅速奏效而致应用受到限制，加之不良反应较多，毒、副作用仍显著，如血液系统毒性反应、肝毒性、肾毒性、心血管系统不良反应、低钾血症、神经系统毒性、输液反应和过敏反应等，临床上很难与两性霉素B脂质体制剂相匹敌。 多烯类抗真菌药物可与真菌细胞膜磷脂双分子层上的甾醇物质发生相互作用，导致细胞膜上产生水溶性的孔道，使细胞膜的通透性发生改变，最终导致重要的细胞内容物流失而造成菌体死亡[6]。该类药物在增加真菌细胞膜通透性的同时，也能促进氟胞嘧啶进入真菌细胞，合用具有协同作用。 2 核苷类抗真菌药物 核苷类抗真菌药物有灰黄霉素和氟胞嘧啶。1939年Oxford等从微生物发酵代谢产物中分离得到灰黄霉素，并于1958年开始应用于临床[7]。灰黄霉素的作用机制可能与其结构和鸟嘌呤相似有关，系经竞争性地干扰真菌细胞的DNA合成而抑制其生长的[8]。灰黄霉素对所有皮肤真菌，包括小孢子菌、毛发癣菌和表皮癣菌等均有活性，但念珠菌、隐球菌、曲霉、孢子丝菌和组织胞浆菌等对其不敏感[9]，临床上主要用于头癣、叠瓦癣和手、足甲癣等体表真菌感染的治疗。 1957年Duschinsky发现了抗肿瘤药物氟胞嘧啶，1968年发现其治疗人感染隐球菌有效，之后即用于临床抗真菌治疗。氟胞嘧啶能通过真菌细胞的渗透酶系统进入细胞内，转化为氟尿嘧啶后替代尿嘧啶进入真菌的DNA中，引起真菌RNA遗传密码错误，最终破坏其蛋白质的合成;氟胞嘧啶也能转化为单磷酸5-氟脱氧尿嘧啶而抑制真菌DNA合成[6]。氟胞嘧啶的抗真菌谱较窄，主要对隐球菌属和念珠菌属有活性，且单独使用易诱导耐药，故临床上多与作用于细胞膜的抗真菌药物联合使用。氟胞嘧啶与两性霉素B合用治疗隐球菌脑膜炎时可减少两性霉素B的剂量，从而降低两性霉素B的不良反应;也可联合氟康唑用于隐球菌脑膜炎的维持治疗。氟胞嘧啶口服吸收率高、血药浓度高，临床上多使用其口服制剂，但由于单次剂量大、每日服药次数多，易出现骨髓抑制、胃肠道不适等不良反应，部分患者对该药的耐受性较差。 3 唑类抗真菌药物 唑类抗真菌药物的发展始于1969年发现的克霉唑。同年，Jassen等又合成了与克霉唑活性相似的咪康唑。克霉唑原是一个广谱口服抗真菌药物。1971年Bodey回顾了克霉唑的药理作用和体内活性，指出其口服吸收不规则、剂量与药物浓度不成线性关系，即不适用于全身给药，后仅局部应用治疗皮肤黏膜真菌感染。Jassen研究组在1978年还报道了另一个唑类抗真菌药――酮康唑，1981年有多篇、回顾了其活性和应用。Jassen研究组对酮康唑进行结构改造，1984年又发现了对曲霉有效的伊曲康唑。1985年发现了氟康唑，并有三项研究阐述了其体内、外活性以及治疗系统及局部念珠菌感染的潜在效用。1986年Dismukes对伊曲康唑和氟康唑进行了比较。随着氟康唑临床应用逐渐增加，唑类抗真菌药物开发继续深入。其中，1988年报道的SM-8668/SCH39304虽临床试验取得初步成果，但因在动物实验中观察到了长期毒性而被放弃;1994年发现的SCH51948则被其活性代谢产物泊沙康唑(posaconazole)取代，在1995年的一次专研讨会上与伏立康唑(voriconazole)同时公布。泊沙康唑和伏立康唑对曲霉和耐氟康唑的念珠菌都有抗菌活性，但伏立康唑较泊沙康唑有更好的临床应用和研究前景，目前两药均已获准用于临床。 唑类抗真菌药物选择性地抑制真菌细胞色素P450(CYP450)依赖性的14α-去甲基酶，使细胞膜麦角固醇缺乏、14α-甲基固醇蓄积、细胞膜通透性改变，导致胞内重要物质丢失而使真菌死亡[10]。克霉唑和酮康唑属于咪唑类抗真菌药物，可口服和局部给药，目前多用于皮肤等浅部真菌感染的治疗。酮康唑虽保留了系统真菌感染治疗的适应证，但随着氟康唑、伊曲康唑、伏立康唑和泊沙康唑等三唑类抗真菌药物的相继上市，现临床已多不用于治疗系统真菌感染。三唑类抗真菌药物的不良反应较轻，且可口服和静脉滴注用于深部真菌感染的治疗。伊曲康唑的抗真菌谱较广，对曲霉也有一定作用，但口服吸收少、生物利用度低，混悬口服液制剂的吸收相对稍好，静脉用药则对溶媒有独特的要求。伊曲康唑在皮肤及指甲中的药物浓度高且留存时间长，口服可用于治疗皮肤等浅部真菌感染，且餐后立即服药可提高生物利用度，血浆蛋白结合率达99.8%，但应注意其药物相互作用。伊曲康唑虽可在脑膜和脑组织中达到有效水平，但不易透过血脑屏障，使之在隐球菌脑膜炎患者中的应用受到限制。氟康唑对念珠菌等多种真菌的抗菌作用优于伊曲康唑，但对曲霉无效。氟康唑口服吸收良好，且易透过血脑屏障，故适用于敏感真菌引起的中枢神经系统感染。不过，由于在临床应用多年，念珠菌等真菌的耐药率有所增高。伏立康唑是氟康唑的结构修饰物，抗真菌谱较广、尤其是对曲霉的活性极佳，国内于2005年上市，口服生物利用度高达96%，脑脊液可达有效浓度，安全性较好，越来越受到临床医师的青睐。但伏立康唑售价颇高，且因是CYP450 3A4的抑制剂和底物，与较多的药物有相互作用，尤其是会与非核苷类逆转录酶抑制剂、蛋白酶抑制剂以及抗结核药物发生相互作用，限制了其在获得性免疫缺陷综合征患者中的应用。泊沙康唑是伊曲康唑的结构修饰类似物，2006年获得美国FDA批准，国内目前还无供应。 4 棘白菌素类抗真菌药物 1981年礼来公司的科学家首次发现了一类真菌细胞壁生物合成抑制剂――棘白菌素类化合物;1987年又发现了一个棘白菌素类化合物西洛芬净(cilofungin)。这类物质对致病的酵母菌有优良的活性，1988年共有20篇论文了西洛芬净的体内、外活性研究结果。之后，1994年发现了阿尼芬净(anidulafungin);1996年和1998年又分别发现了具有相似抗真菌活性的卡泊芬净(caspofungin)和米卡芬净(micafungin)。 棘白菌素类抗真菌药物是一类半合成环脂肽类物质，能通过非竞争性地抑制β-(1,3)-D-葡聚糖合成酶而阻止真菌细胞壁合成。而葡聚糖合成酶是真菌细胞壁合成的关键酶，其被抑制会增加细胞壁的通透性，由此导致细胞溶解[11]。由于人体细胞不存在细胞壁、 没有β-(1,3)-D-葡聚糖合成酶这个作用靶点，故此类药物对人体细胞影响不大、安全性高。棘白菌素类抗真菌药物对念珠菌属和曲霉具有不错的活性，对于耶氏肺孢子菌也有作用，可用于艾滋病患者的机会性感染耶氏肺孢子菌肺炎的治疗，但对隐球菌无效。目前，国外指南已推荐棘白菌素类抗真菌药物用于念珠菌感染和曲霉感染的首选治疗，而国内则由于售价因素限制了其在临床中的应用。 棘白菌素类抗真菌药物的分子量较大、口服生物利用度低，不易透过血脑屏障，脑脊液中几乎不能检出。体外抗真菌活性研究表明，棘白菌素类抗真菌药物对念珠菌属是杀菌剂，对曲霉菌属是抑菌剂，对隐球菌、镰刀菌和接合菌无效。卡泊芬净、米卡芬净和阿尼芬净的作用相似，可作为念珠菌血症和侵袭性念珠菌病的一线用药。对于粒细胞减少的患者，卡泊芬净和米卡芬净的疗效优于阿尼芬净。目前推荐卡泊芬净作为粒细胞减少伴持续高热患者的经验性抗真菌治疗的一线用药和侵袭性曲霉病的二线用药[12]。 5 烯丙胺类抗真菌药物 烯丙胺类抗真菌药物通过抑制真菌的角鲨烯环氧化酶(SE)阻断真菌细胞麦角固醇的合成，进而破坏其细胞膜的生成[13]。真菌与哺乳动物中SE的氨基酸序列的差异可能是烯丙胺类抗真菌药物选择性的分子基础。此类药物结构的侧链部分和SE的亲脂性位点结合，致SE构象改变而失活，由此引起角鲨烯的积累和麦角固醇的缺乏。由于角鲨烯积累使细胞膜渗透性增加，导致真菌细胞死亡[14]。1981年Georgopoulos等发现了第一个烯丙胺类抗真菌药物――萘替芬，1985年相继在法国、奥地利、马来西亚和新加坡等国获准上市。此后，1991年和1992年又由英国和日本分别研制并上市了特比萘芬和布替萘芬[15]。这3个烯丙胺类抗真菌药物目前仍广泛应用于临床，其中以特比萘芬为代表药物。特比萘芬对皮肤癣菌、丝状真菌、双相真菌、暗色孢属真菌及某些酵母菌均有杀菌作用，对皮肤癣菌作用最强，对白色念珠菌仅有抑菌作用，临床上主要用于治疗浅部真菌感染[16]。特比萘芬通常不用于深部真菌感染治疗。 6 托萘酯类抗真菌药物 托萘酯是一个合成抗真菌药物，确切的作用机制尚不清楚，但被认为可能与烯丙胺类抗真菌药物相似，即通过作用于角鲨烯环氧化酶而抑制真菌细胞膜麦角固醇的生物合成。托萘酯能破坏和阻止菌丝生长，抑制表皮癣菌属、小孢子菌属、发癣菌和马拉色霉菌属等皮肤真菌的生长，对念珠菌无效。1964年先灵葆雅公司的Weinstein及其同事经动物模型实验和早期临床试验发现，托萘酯局部应用可治疗皮肤真菌病，后通过临床试验证明该药治疗皮肤癣菌有效。与其它唑类抗真菌药物局部应用相比，托萘酯价廉效优，对皮肤无刺激性。对托萘酯进行结构改造，又先后获得了托西拉酯和利拉萘酯。其中，前者对皮肤丝状菌体具有很强的抗菌作用，后者的抗菌活性为托萘酯的8倍。 7 结语 随着抗真菌药物的广泛应用，真菌的耐药问题日益凸显，抗真菌药物开发面临严峻挑战。自1981年发现的棘白菌素类抗真菌药物用于临床后，近30年来尚无任何新型抗真菌药物被开发上市。目前临床感染虽仍以细菌感染为主，但近年来真菌检出率不断升高，而真菌感染，尤其是侵袭性真菌感染往往更加凶险、顽固，有效治疗药物种类有限且治疗起效较慢，加上真菌对某些抗真菌药物的耐药加重，致使抗真菌治疗难度增加。因此，抗真菌药物的研究任 重而道远。 参考文献 [1] 张永信. 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