抗結核新藥藥效學特點及相互作用研究

祁雪婷 陸宇 陳效友

WHO發布的2020年全球結核病報告顯示[1]，2019年全球估算有1000萬人罹患結核病，約有近50萬人罹患利福平耐藥結核病，其中約78%為耐多藥結核病(MDR-TB)。MDR-TB仍是目前全球公共衛生安全威脅之一，中國仍是全球結核病高負擔國家之一。化學治療是控制結核病的主要手段，治療方法必須采用幾種藥物聯合應用。盡管標準的6個月治療方案對藥物敏感性結核病高度有效，但長時間使用多種藥物可能會引起藥物不良反應,可能導致抗結核治療的中斷或停止，并隨后伴隨導致治療失敗和耐藥風險增加。耐藥結核病治療存在可選擇藥物少、治療周期長、不良反應大等問題，需加速對抗結核新藥的研發以及尋找最佳的抗結核藥物聯合方案。因此，了解抗結核新藥的藥效學特點以及藥物的相互作用對指導臨床用藥至關重要。

一、了解藥效學相互作用的臨床意義

藥物間的相互作用分為兩大類，藥物代謝動力學相互作用和藥物效應動力學相互作用。藥物代謝動力學相互作用是指一種藥物影響了其他藥物的吸收、分布、代謝和排出；藥物效應動力學相互作用是指一種藥物改變了另一種藥物的藥理效應，但對血藥濃度無明顯的影響。抗結核治療通常采用兩種以上對結核分枝桿菌敏感的藥物進行聯合治療。聯合治療的目的就是促進細菌殺滅和抑制細菌耐藥性。依據抗結核藥物的不同性質，殺滅細胞外結核分枝桿菌的藥物與殺滅細胞內結核分枝桿菌的藥物聯合使用，可以使細胞內、外的結核分枝桿菌都被消滅而防止復發。此外，結構近似或作用性質相同的兩種藥物易發生交叉耐藥。臨床上為患者制定抗結核藥物聯合方案時，利用多種抗結核藥物的不同殺菌作用可提高殺菌能力，防止耐藥性的發生[2]。

抗結核藥物組合的藥效學篩選方法主要包括體外篩選、動物實驗和臨床研究。其中，體外篩選法包括棋盤法和時間殺傷動力學分析法。棋盤法以部分抑菌濃度指數(fractional inhibitory concentration index，FICI)作為實驗結果的判斷依據[3]。時間殺傷動力學分析法通過聯合用藥相較于單藥用藥后，活菌數量即菌落形成單位(CFU)的減少或增加量作為實驗結果的判斷依據[4]。

對藥效學相互作用的研究可以用來評價新藥和藥物組合方案能否用于臨床預防和治療。抗結核新藥組合方案的體外棋盤法，動物模型的臨床前研究主要通過與已知藥物組合方案比較，逐步了解組合方案的作用特點，優選出作用強、療程短、藥物制劑少的有效的藥物組合方案。臨床前研究獲得的結果可為藥物進入臨床試驗、優化臨床治療方案提供有力的證據。

二、 主要抗結核新藥的藥效學特點及相互作用

(一)靶向結核分枝桿菌細胞壁合成作用的藥物

結核分枝桿菌細胞壁富含脂質，是抗結核新藥的主要作用靶點。靶向細胞壁合成的抗結核藥物特異性針對結核分枝桿菌細胞壁不同組分，抑制結核分枝桿菌細胞壁的合成從而達到殺菌作用。

1.BTZ043：BTZ043是苯并噻唑酮的衍生物，可在體外和結核病小鼠模型中殺死結核分枝桿菌。目前處于臨床Ⅱ期，BTZ043是結核分枝桿菌細胞壁合成關鍵酶(DprE1)的共價抑制劑[5]，苯并噻唑酮通過阻斷阿拉伯聚糖的合成來殺滅結核分枝桿菌[6]。BTZ043對結核分枝桿菌標準株H37Rv在體外的最低抑菌濃度(minimum inhibitory concentration，MIC)為0.0015 μg/ml，并且證實對耐多藥和廣泛耐藥菌株均有效。BTZ043對耐多藥和廣泛耐藥菌株的MIC90均≤0.016 μg/ml[7]。

體外研究顯示，BTZ043與利福平、異煙肼、乙胺丁醇、貝達喹啉、普托馬尼、莫西沙星、美羅培南和SQ109未發現明顯的協同和拮抗作用，均為加和作用，棋盤法測得BTZ043與貝達喹啉具有協同作用[8]。

在慢性結核病小鼠模型中，用BTZ043治療4周后，可顯著降低小鼠脾、肺組織中的CFU[9]。

2.Macozinone(PBTZ169)：在BTZ043的基礎上設計了含有哌嗪的硝基苯并噻唑酮的衍生物，目前處于臨床Ⅱa期。PBTZ169相較于BTZ043具有更好的安全性和有效性，PBTZ169對結核分枝桿菌H37Rv的MIC為0.0002 μg/ml[10]。

體外研究顯示，PBTZ169與一線抗結核藥物利福平、異煙肼、乙胺丁醇以及二線抗結核藥物阿米卡星、左氧氟沙星、莫西沙星、D-環絲氨酸、乙琉酰胺、對氨基水楊酸組合用藥時，PBTZ169與上述藥物無協同作用也無拮抗作用[11]。PBTZ169與貝達喹啉、氯法齊明、吡嗪酰胺、德拉馬尼在體外實驗證實具有協同作用[12]。

動物實驗中，PBTZ169與貝達喹啉組合用藥相較于單藥可顯著降低小鼠脾、肺組織中的CFU，具有高效的協同殺菌活性[10]。在慢性感染小鼠模型中，PBTZ169、貝達喹啉與吡嗪酰胺組成的三藥療法比標準聯合用藥方案更有效，可以顯著降低小鼠肺和脾臟的CFU[10]。

3.德拉馬尼：德拉馬尼是一種硝基咪唑類衍生物，其通過抑制結核分枝桿菌的細胞壁脂質合成發揮殺菌作用。德拉馬尼在體外、體內對結核分枝桿菌的敏感株和耐藥株均有較強的抗菌活性。德拉馬尼體外對標準菌株H37Rv的MIC為0.006～0.024 μg/ml[13]。德拉馬尼對耐多藥結核分枝桿菌的MIC為0.001～0.05 μg/ml。德拉馬尼與目前使用的任何抗結核藥物均無交叉耐藥性。

體外研究顯示，德拉馬尼與貝達喹啉有協同作用，德拉馬尼與莫西沙星的組合也具有協同作用[14]。動物實驗中，與異煙肼、利福平、乙胺丁醇和吡嗪酰胺組成的標準方案相比，德拉馬尼與利福平和吡嗪酰胺的聯合方案可顯著減少肺組織中的活菌數量，且可以將治療時間縮短至4個月[15]。臨床研究中將包括德拉馬尼、利奈唑胺、左氧氟沙星和吡嗪酰胺的聯合方案用于治療對氟喹諾酮類藥物敏感的MDR-TB，以縮短治療療程[16]。

其中,T表示切片時長,N表示切片后的快照數量,i為快照序號,i∈(1,N),x(i)表示第i張快照中節點的平均連接數,表示全部網絡快照內的平均連接數,R(T)表示全部網絡快照間的自相關性.R(T)的值反映了連續數據之間的自相關性,對于大多數自學習模型,輸入數據間的相關性越低,數據特征的獨立性就越高,模型的學習效果也就越佳.自相關函數曲線示意圖如圖2所示,理論上當R(T)第一次降為0時,數據的獨立性最高,但相關研究表明,實際應用中通常取R(T)第一次下降到1/e(e為自然底數)時更為合適[15],這是本文選取最優時長T的依據.

4.普托馬尼：普托馬尼是一種硝基咪唑類化合物，通過抑制分枝桿菌酸的生物合成，阻礙細胞壁合成，從而殺死繁殖期的結核分枝桿菌。在厭氧條件下，普托馬尼釋放一氧化氮，對靜止期結核分枝桿菌產生呼吸毒性作用，從而起到殺菌作用。普托馬尼對結核分枝桿菌H37Rv的MIC為0.13 μg/ml[17]。普托馬尼對MDR-TB和廣泛耐藥結核病(XDR-TB)臨床分離株的MIC90為0.063 μg/ml[18]。

Tasneen等[19]體外實驗證實，普托馬尼與貝達喹啉、吡嗪酰胺和有效的氟喹諾酮類藥物的組合，可能縮短藥物敏感性和耐藥結核病的治療時間。但是體外實驗中也發現普托馬尼與貝達喹啉兩藥聯用時卻表現出拮抗作用，動物模型中將普托馬尼加入貝達喹啉和吡嗪酰胺的組合中也會產生拮抗作用[19]。動物實驗中，普托馬尼、貝達喹啉和利奈唑胺的三藥組合方案可顯著減少小鼠肺內活菌數量，并降低治療后2～3個月后的復發率[20]。

臨床研究中，普托馬尼、貝達喹啉、利奈唑胺構成聯合療法(BPaL)，用于治療XDR-TB和MDR-TB的成年患者。BPaL方案顯示出對MDR-TB和XDR-TB治療療程縮短至6個月的優勢[21]。另一項包含普托馬尼的臨床試驗由普托馬尼、貝達喹啉、莫西沙星和吡嗪酰胺組成的(BPaMZ)方案，可能將藥物敏感性結核病的治療時間縮短至4個月[20]。

5.SQ109：SQ109是一種1，2-乙二胺類候選藥物，其作用方式可能與SQ109抑制海藻糖二甲酸酯(TDM)的產生，從而抑制細胞壁的生成相關。SQ109對結核分枝桿菌標準株H37Rv的MIC為0.25～0.5 μg/ml[22]。體外實驗證明，SQ109與異煙肼、利福平、貝達喹啉具有協同作用[23]，測得SQ109與惡唑烷酮類抗結核藥物PNU-100480聯合用藥為加和作用[22]。

在動物模型中，SQ109、PNU-100480和貝達喹啉的組合可顯著降低慢性感染小鼠模型肺和脾臟的活菌數量[22]。

(二)靶向結核分枝桿菌能量代謝過程的藥物

細胞呼吸是結核分枝桿菌代謝的核心特征，在電子傳遞鏈中，電子通過電子傳遞鏈從供體轉移到氧，這會產生跨膜質子梯度，從而驅動三磷酸腺苷(ATP)合成，醌和細胞色素是兩類電子載體。已批準上市的抗結核新藥，例如貝達喹啉，其通過抑制ATP合成發揮作用；吡法齊明(TBI-166)可能與氯法齊明類似，其抗菌作用與活性氧的累積水平相關；Telacebec(Q203)以細胞色素 bc1復合物為作用靶點，抑制ATP合成以發揮抑菌活性。

1.貝達喹啉：貝達喹啉是二芳基喹啉類抗結核藥物，對MTB敏感株和耐藥株均有較強的抗菌活性。貝達喹啉對結核分枝桿菌標準株H37Rv的MIC為0.03～0.06 μg/ml[24]。體外實驗顯示，貝達喹啉與BTZ043、SQ109、德拉馬尼、莫西沙星有協同作用[14]，貝達喹啉與一線抗結核藥物異煙肼、利福平、吡嗪酰胺、乙胺丁醇僅表現出加和作用。貝達喹啉與PNU-100480的組合具有很高的抑菌活性，接近異煙肼+利福平的組合活性[25]。

2.氯法齊明：氯法齊明是亞胺吩嗪類抗結核藥物，其作用機制可能與結核分枝桿菌電子傳遞鏈中的關鍵輔因子甲萘醌(MK-4)競爭被還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NADH)脫氫酶還原，被O2再氧化時釋放出活性氧從而起到殺菌作用[12]。氯法齊明對 結核分枝桿菌標準株的MIC為0.12～0.24 μg/ml，對結核分枝桿菌耐藥株的MIC為0.12～1.92 μg/ml[27]。

體外研究顯示，氯法齊明與乙胺丁醇、對氨基水楊酸、丙硫異煙胺、克拉霉素、卷曲霉素、吡嗪酰胺、利福平、氟喹諾酮類藥物和阿米卡星均具有協同作用[27]。氯法齊明與莫西沙星，苯并噻唑酮類藥物組合也具有協同作用[12,28]。在巨噬細胞感染模型及慢性小鼠感染模型中，氯法齊明與抗結核分枝桿菌候選藥物TB47(一種靶向電子傳遞鏈中的QcrB蛋白發揮抗菌作用的抗結核新藥)也表現出高度協同的殺菌活性[28]。

在動物模型中，PRS Regimen Ⅲ方案(包括氯法齊明、SQ109、貝達喹啉和吡嗪酰胺)治療耐藥結核病小鼠不僅縮短了治療療程且未出現復發[29]。動物模型中氯法齊明聯用利福平、異煙肼，相較于標準6個月療法顯著降低小鼠的菌落計數，氯法齊明在結核病小鼠模型中具有將結核病化療時間由6個月縮短至3個月的優勢[30]。

3. TBI-166：TBI-166屬于亞胺吩嗪類抗結核藥物，是氯法齊明的類似物，具有很強的體內外抗結核作用和抗炎作用。TBI-166相較于氯法齊明有效性增強，不良反應降低，其作用機制尚不清楚，目前發現TBI-166的作用機制可能與氯法齊明一致，抗菌作用的發揮與菌體內活性氧的累積水平相關[31]。

TBI-166對結核分枝桿菌標準株H37Rv在體外的MIC為0.06 μg/ml。該藥抗敏感菌株的MIC范圍為0.014～0.085 μg/ml，抗耐藥菌株的MIC范圍為0.027～0.095 μg/ml[32]。動物實驗中，TBI-166與貝達喹啉、吡嗪酰胺和利奈唑胺聯合使用，聯合方案的抗結核活性比單一藥物強[33]。此外，TBI-166與貝達喹啉和吡嗪酰胺表現出協同作用，并可能進一步縮短結核病治療的時間；但普托馬尼的添加會減弱小鼠模型中TBI-166的活性，產生拮抗作用[33]。

4. Q203：Q203為咪唑并吡啶類抗結核藥物，主要以細胞色素bc1復合物為作用靶點，從而抑制ATP合成并破壞處于休眠期細菌的ATP穩態以發揮抑菌活性。Q203對結核分枝桿菌標準株H37Rv在體外的MIC為0.035 μmol/L[34]。Q203可在低納摩爾范圍抑制耐多藥和廣泛耐藥結核分枝桿菌臨床分離株，并且在結核病小鼠模型中也有顯著的殺菌作用[35]。

Q203與細胞色素bd氧化酶抑制劑ND-011992之間有協同作用，體外棋盤法測得兩藥聯合FICI低至0.16，外排泵抑制劑維拉帕米在體外和體內均可提高Q203對結核分枝桿菌抑菌作用[36]。

(三) 靶向結核分枝桿菌蛋白質合成的藥物

蛋白質是結核分枝桿菌的重要成分，選擇性抑制結核分枝桿菌蛋白質合成是研究抗結核藥物的重要靶點之一。惡唑烷酮類抗菌藥為化學全合成的抗菌藥，對治療耐藥性革蘭陽性菌感染和結核分枝桿菌感染顯示出巨大的的優勢。利奈唑胺和PNU-100480是惡唑烷酮類抗結核藥物的代表，其作用機制與其他抗菌藥有所不同，作用于翻譯系統的起始階段，與細菌的50S核糖體亞單位結合，通過抑制mRNA與核糖體連接，阻止70 S起始復合物的形成，最終抑制細菌蛋白質的合成。這種獨特的作用機制使得該藥不易與其他抑制肽鏈延長或終止而抑制細菌蛋白質合成的抗生素發生交叉耐藥。

1.利奈唑胺：利奈唑胺為惡唑烷酮類抗菌藥。利奈唑胺對敏感菌株和耐藥菌株具有同等活性。利奈唑胺對H37Rv的MIC為0.5 μg/ml，對來自中國人民解放軍總醫院第八醫學中心的84株結核分枝桿菌臨床分離株包括耐多藥和廣泛耐藥菌株的MIC為0.125～0.5 μg/ml[37]。

體外研究顯示，利奈唑胺與一線抗結核藥物異煙肼和吡嗪酰胺存在拮抗作用。利奈唑胺與二線抗結核藥物卷曲霉素、氯法齊明、對氨基水楊酸有協同作用；利奈唑胺與莫西沙星、左氧氟沙星表現為加和作用；利奈唑胺與卡那霉素、阿米卡星表現為無關作用[38]。

動物模型證實，利奈唑胺與氯法齊明、利奈唑胺與卷曲霉素的藥物組合具有顯著降低小鼠肺和脾臟活菌數量的療效,與阿米卡星、對氨基水楊酸、左氧氟沙星均無明顯的協同作用[38]。利奈唑胺、貝達喹啉、德拉馬尼組成的方案可顯著降低結核分枝桿菌感染小鼠脾、肺組織中的活菌數量，縮短治療療程且未出現復發[39]。

2.PNU-100480：PNU-100480是另一種惡唑烷酮類抗菌藥物，與利奈唑胺相比具有更高的安全性和較強的殺菌活性。PNU-100480對結核分枝桿菌的敏感株和耐藥菌株均具有很高的活性，且能夠提高小鼠模型中一線抗結核藥物的殺菌活性。PNU-100480在酸性環境下的MIC更低，其在酸性條件下活性越強表明該藥物可能越具有滅菌活性，可能靶向巨噬細胞內和肉芽組織內的結核分枝桿菌持留菌，這可能是其在小鼠模型中抗持留菌活性的一個因素[40]。PNU-100480 在體外對結核分枝桿菌H37Rv標準株MIC為0.25 μg/ml，對敏感和耐藥結核分枝桿菌的MIC值為0.03～0.50 μg/ml[25]。

體外研究顯示，PNU-100480與PBTZ169具有協同作用[11]。PNU-100480與SQ109僅表現為加和作用。當普托馬尼與貝達喹啉+PNU-100480結合時，產生拮抗作用[25]。

小鼠模型中，PNU-100480增加一線抗結核藥物和莫西沙星的殺菌活性，并表明PNU-100480能夠縮短對藥物敏感性結核分枝桿菌的治療時間[41]。

臨床研究中，PNU-100480將標準治療時間縮短了1個月，可顯著降低全血和痰標本中結核分枝桿菌活菌數量[42]。

三、總結和展望

抗結核新藥藥效學相互作用的體外和體內研究為臨床尋找新的藥物組合方案提供了有力依據。現有14種針對敏感性菌株、耐藥性菌株和結核分枝桿菌潛伏感染的藥物處于臨床研究階段[43]，旨在縮短療程、改善預后、降低復發。但在抗結核新藥藥效學相互作用研究中仍存在三點不足：第一，判定藥物相互作用的方法缺乏統一的標準。使用時間殺傷動力學分析法和棋盤法的體外研究表明兩種方法獲得的實驗結果一致性較差[43]。同時，藥物組合實驗在重復性和結果解釋方面未標準化，因此，很難比較這些方法在不同研究中的結果。幸運的是，廣泛用于抗菌藥物組合相互作用判定的E-test 法是一種較新的瓊脂糖擴散法，以其簡便、快速、重復性高的特點有可能成為抗結核藥物組合活性的一種有效的替代方法[44]。第二，動物模型中結果分析不全面；結核分枝桿菌感染的動物模型中，無論是大劑量靜脈注射還是小劑量的氣溶膠感染，藥物組合的有效性通常以CFU的減少或增加作為判定依據，但是沒有進一步評估由結核分枝桿菌感染導致的肺病理學、保護性免疫反應的改變[45-46]。第三，抗結核藥物組合方案的臨床試驗數據缺乏，應繼續開展多中心、大樣本的臨床研究，以明確安全、有效的藥物組合方案。隨著方法的不斷完善，動物水平及臨床試驗中的評價開展，將對抗結核藥物藥效學相互作用研究得更加充分，出現對結核病治療更有效的組合方案。