多黏菌素類藥物神經毒性研究進展

楊 銳, 向德標, 袁 芳, 楊 圓,王鵬凱, 李 昕

(1. 湖南中醫藥大學, 湖南 長沙, 410208; 2. 湖南省長沙市第三醫院, 湖南 長沙, 410015;3. 湖南省長沙市抗菌藥物臨床應用研究所, 湖南 長沙, 410015;4. 抗耐藥微生物藥物湖南省重點實驗室, 湖南 長沙, 410015)

多黏菌素類藥物來源于多黏類芽孢桿菌,是一類陽離子多肽,主要通過破壞細菌細胞壁、擾亂細菌胞內滲透壓平衡、結合細菌內毒素及抑制細菌呼吸酶等機制發揮抗菌效果,對革蘭氏陰性菌造成的感染療效顯著[1-3]。

1 多黏菌素B與黏菌素的分子結構

多黏菌素至少有10種不同的結構,其中在臨床廣泛應用的是多黏菌素B和黏菌素[4]。兩者化學結構類似,均是由環狀七肽組成的陽離子多肽,并且環狀七肽部分的N末端都是被脂肪酸酰化的三肽側鏈,在環狀七肽6位的氨基酸為D-構型,其余位置的氨基酸為L-構型。兩藥化學結構差異僅為環狀七肽的6位取代基不同,多黏菌素B是苯丙氨酸(Phe)取代而黏菌素是亮氨酸(Leu), 見圖1。

圖1 多黏菌素B和黏菌素的分子結構

研究[5-6]表明,不同類型的氨基酸在抗菌肽分子中的作用是不同的。Leu影響抗菌肽的疏水性,從而影響透過生物膜的能力。而Phe為抗菌肽和細菌的結合起到導向的作用,影響抗菌肽的靶向能力[7]。一項針對質子素(一種抗菌肽)中Phe的研究[8]發現,隨著Phe被替代的數目增多,質子素的抗菌能力下降,這可能與Phe更大的空間位阻有關。

多黏菌素B和黏菌素的分子結構中的脂肪酸酰化的三肽側鏈與多黏菌素B和黏菌素的神經毒性和疏水性相關[1]。疏水性與多黏菌素B和黏菌素穿過細胞膜及細菌外膜的能力直接相關,影響抗菌肽的細胞毒性和抗菌活性[9]。另外,疏水性越強則藥物分子與細菌的脂多糖(LPS)結合能力越強[10], 多黏菌素B和黏菌素與LPS的結合是治療革蘭氏陰性菌感染的作用機制之一。疏水性還與多黏菌素類藥物透過血腦屏障的能力有關。血腦屏障的通透性影響多黏菌素B和黏菌素在腦內蓄積,是決定多黏菌素類藥物中樞神經毒性的重要因素之一[11]。多黏菌素B和黏菌素具備良好的疏水性,但是由于分子量較大,兩藥在健康人的血腦屏障的透過率不足5%[12]。在嚴重感染情況下,血腦屏障通透性升高,多黏菌素B和黏菌素血腦屏障透過率上升,有研究[13]表明,在血腦屏障損傷前提下,靜脈注射后腦脊液黏菌素濃度可升高。

2 多黏菌素的神經毒性

2.1 神經毒性的發生率

神經毒性是多黏菌素類藥物最常見的副作用之一。目前臨床應用多黏菌素類藥的方式主要是靜脈注射、腦室內或鞘內注射。早期研究[14]認為靜脈注射的神經毒性發生率為7%, 若患者本身罹患囊性纖維化則神經毒性發生率上升至31.56%。一項Meta分析[15]統計了PICU中405名患者靜脈注射黏菌素的情況,神經毒性的發生率分別為6.1%和0.5%。PICU的患者往往意識不清難以準確報告神經毒性,神經毒性又暫無客觀評價指標,可能導致多黏菌素神經毒性的實際發生率高于統計值。一項研究[16]中,當20名健康受試者接受0.75 mg/kg PMB的靜脈注射劑量時,神經毒性發生率為70%, 當劑量上升到1.5 mg/kg時,神經毒性發生率為100%。該研究中靜脈注射多黏菌素B的劑量均低于常規劑量[1.5～2.5 mg/(kg·d)]。該研究提示,在患者能準確報告神經毒性的前提下,統計到的神經毒性的發生率會更高。

對于中樞系統感染,腦室內或鞘內注射的療效優于靜脈注射。目前應用于腦室內或鞘內注射的多黏菌素類藥物主要是多黏菌素E甲磺酸鈉(CMS), 其推薦劑量是125 000 IU/d(10 mg)。實際臨床應用劑量為1.6～40.0 mg/d, 持續時間為7～28 d[13]。腦室內或鞘內注射多黏菌素類藥物使得藥物在中樞有更高的暴露量,但同時會增加神經毒性的風險[17]。早期研究[18]發現,當腦室內和鞘內注射CMS劑量為5 000～500 000 IU/d時,神經毒性的發生率為28%。而另一綜述[19]表明,當成人CMS劑量的范圍為20 000～500 000 IU/d, 兒科患者的劑量范圍為2 000～125 000 IU/d時,神經毒性的總體發生率為11.0%。向ICU患者腦室內注射250 000～300 000 IU/d黏菌素,神經毒性的發生率為14.3%[20]。

既往有限的文獻表明,在不同的研究人群及給藥劑量下,多黏菌素類藥神經毒性的發生率具有較大差別,提示該類藥物神經毒性受個體差異與藥物劑量等因素的影響較大。

2.2 神經毒性的表現

多黏菌素類藥物神經毒性的臨床表現包括感覺異常、頭暈、視覺障礙、眩暈、意識模糊、幻覺、癲癇、共濟失調、面部和周圍感覺異常、記憶暫時喪失以及呼吸窘迫等。本研究匯總了2009—2023年發表在Pubmed和CNKI的病例報告,這些病例報告針對患者使用多黏菌素類藥物時的神經毒性表現進行了具體描述,見表1。

表1 靜脈注射不同劑量多黏菌素藥物的神經毒性

黏菌素在常規劑量下(100～150萬U/d)的神經毒性發生率較低,僅有1例報告神經毒性。通常超過常規劑量3倍及以上時才會出現神經毒性,且癥狀相對較輕,多是嗜睡、頭痛。而多黏菌素B低于常規劑量(1.5～2.5萬U/kg)能產生肌無力、感覺異常等癥狀,在常規劑量范圍內,多黏菌素B能造成患者記憶喪失及呼吸窘迫,甚至導致心臟驟停危及生命。CMS在常規劑量下(2.5～5.0 mg/kg)的神經毒性表現多樣,包括感覺異常、四肢疼痛、驚厥和呼吸窘迫等癥狀。應用超過常規劑量的CMS會導致患者呼吸窘迫、全身抽搐,增大治療風險。

靜脈注射多黏菌素類藥物多產生肌無力、麻木等外周神經毒性,中樞神經毒性需要較大劑量才能產生,這與血腦屏障的作用有關。腦室內注射多黏菌素類藥物暫未廣泛應用,有限的報告表明腦室內注射多黏菌素類藥物能導致呼吸困難和記憶喪失[38]。

目前對神經毒性的評價缺乏類似于腎毒性的客觀檢查指標(肌酐清除率)及對應的毒性分級評價標準。神經毒性的強度在很大程度上依賴于醫生對患者的表現和口述做出的判斷,這具有一定的主觀性。而且危重患者往往無法有效表述自身癥狀,這種情況下神經毒性可能未被有效觀測到,進一步增加了臨床治療的風險。

2.3 神經毒性的發生機制

研究[39]表明多黏菌素類藥物的神經毒性與氧化應激誘導的細胞凋亡相關。氧化應激狀態下,細胞內存在大量活性氧(ROS), 導致細胞內氧化還原失衡[40]。ROS幾乎和細胞內所有的生物分子發生反應,損傷線粒體,促進細胞凋亡[41]。人體中的脂質,尤其是多不飽和脂肪酸易被氧化,神經細胞中多不飽和脂肪酸含量高,易受氧化應激的影響[42-43]。神經細胞發生凋亡是神經毒性的重要病理特征,已有大量的關于細胞凋亡的機制研究。細胞凋亡包括經由線粒體的內源性細胞凋亡途徑和經由死亡受體的外源性細胞凋亡途徑[44]。內源性的凋亡途徑是DNA損傷或內質網的應激,導致bcl-2家族中的bax和bak表達升高,導致線粒體膜通透性增加,線粒體內的蛋白質外流,促進胞漿中的細胞色素C(Cytc)結合凋亡蛋白激活因子1(Apaf-1), 進而募集Caspase-9, Caspase-9生成Caspase-3和Caspase-7最終執行細胞凋亡。外源性的凋亡途徑則是由細胞膜上的受體和外源性配體相結合,激活Caspase-8, 由Caspase-8直接激活Caspase-3和Caspase-7。

LU X X等[45]研究發現,多黏菌素B和黏菌素是經過相同的寡肽轉運蛋白(PEPT2)進入細胞內。在此基礎上, VISENTIN M等[46]發現黏菌素還可以經過有機陽離子轉運蛋白(OCTN2)轉運進入細胞。黏菌素進入細胞后顯著提升細胞內ROS的水平,降低谷胱甘肽(GSH)、過氧化氫酶(CAT)的水平,破壞細胞內氧化還原的平衡,導致細胞氧化應激[47]。同時黏菌素能夠激活P53通路,提升下游靶基因的表達,提升細胞凋亡水平[48]。黏菌素還能下調細胞內的蛋白激酶 B(Akt)、核定位的蛋白(CREB)的水平,上調Cytc、Caspase-3、Caspase-9的表達,進一步促進凋亡[49-50]。此外,自噬是細胞對抗氧化應激的一種機制,黏菌素誘導的細胞自噬與氧化應激之間的關系有待進一步研究[51-52]。

多黏菌素B能提升應激活化蛋白激酶(JNK)、細胞外調節蛋白激酶(ERK)的表達。其中p38和ERK1、ERK2激活神經細胞凋亡,而JNK 具有神經保護作用[53]。研究[54-55]表明黏菌素僅能上調JNK表達水平。研究[56]發現巨噬細胞對多黏菌素B 十分敏感,在多黏菌素B的刺激下,巨噬細胞的高遷移率族蛋白B1(HMGB1)和白細胞介素1β(IL-1β)表達上升,導致過度炎癥,最終使細胞凋亡。

3 多黏菌素類藥物的神經毒性保護劑

目前降低多黏菌素類藥物神經毒性的方案可分為2種。一種是調整給藥方案,雖然可以降低神經毒性,但對治療效果有一定影響[57]。另一種是利用神經保護藥物,在維持治療作用的同時可降低神經毒性反應。近年來聯用神經保護劑來降低多黏菌素類藥物神經毒性的研究正在不斷開展,見表2。

表2 多黏菌素類藥物神經毒性保護劑相關研究

神經保護劑的保護機制與抗氧化作用密切相關。另外,激活細胞自噬能抑制黏菌素誘導的細胞凋亡[69], 如雷帕霉素。鐵死亡與氧化應激密切相關,氧化應激能上調細胞的鐵死亡水平[70-71]。鐵死亡抑制劑可能也會降低多黏菌素類藥物的神經毒性。目前為止,利用神經保護劑防治多黏菌素神經毒性的研究多集中在體外研究,體內研究有限,這些研究如何在臨床上得到廣泛應用有待進一步驗證。

4 多黏菌素類藥物神經毒性的臨床對策

研究[4, 72]表明,七氟烷能顯著增強CMS的神經毒性,多黏菌素類藥物應不與肌松藥、麻醉劑、鎮靜劑等藥物聯用。局部給藥能在降低毒性的同時維持較好的臨床療效。研究[73-74]表明,對于呼吸系統感染的患者,霧化吸入給藥可以在提升肺部藥物濃度的同時限制全身的毒性反應,但要警惕局部濃度過高導致的支氣管痙攣。對于中樞神經系統感染的患者,選擇鞘內注射或腦室內注射的方式,可避免藥物在外周過度累積而產生神經毒性[13, 17]。由于多黏菌素類藥物治療窗口窄,臨床應用多黏菌素類藥物過程中進行治療藥物濃度監測,及時調整給藥方案是預防神經毒性常用的方式[75]。

病例報告[76]表明,程度相對較輕的神經毒性,如口腔麻木、肌無力、感覺異常等癥狀,停藥或改用其他抗菌藥后患者可自行恢復。為了應對呼吸系統出現的毒性反應,NING Y C等[77]在給藥前讓患者持續吸氧并在治療過程中關注血氧飽和度以預防在應用多黏菌素類藥物過程中發生呼吸窘迫和呼吸衰竭。出現呼吸窘迫和呼吸衰竭癥狀后,立即停藥并進行氣管插管,同時使用支氣管擴張劑進行對癥治療,可以使癥狀消失[78]。心臟驟停是多黏菌素類藥物引起的另一罕見且危重的神經毒性反應,一旦發現應立即停藥并給予腎上腺素、去甲腎上腺素等藥物進行復蘇搶救[79]。總體而言,在臨床應用多黏菌素類藥物治療危重患者時,關注患者的藥物濃度、心率和血氧飽和度對限制神經毒性有利。

5 展 望

神經毒性是限制多黏菌素類藥物臨床應用的重要因素之一。神經毒性目前還沒有與腎毒性評價中的肌酐清除率類似的客觀指標進行分級判定,多依賴患者口述和醫生判斷,帶有主觀性,易造成誤差。因此,找到判斷神經毒性的客觀指標是促進多黏菌素類藥物安全應用的重要環節。由于血腦屏障的影響,靜脈注射很難在中樞達到有效的藥物濃度,因此在共識中更推薦腦室內注射治療中樞神經系統感染,但腦室內注射在提高藥物的中樞暴露量的同時,也易造成中樞神經毒性。如何在治療中樞神經系統感染的同時,有效預防神經毒性的產生是臨床用藥必須要考慮的問題之一。人參皂苷、番茄紅素等均能對抗細胞凋亡,具有減輕神經毒性的潛力。激活自噬或可降低氧化應激水平,這也為其神經毒性的防治提供了新思路。鐵死亡、細胞焦亡等多種新的細胞死亡途徑的不斷研究,未來也可能成為黏菌素神經毒性防治的新方向。