抗真菌剂

作者:Chloe McClanahanBioFiles 2009, 4.3, 10.

在研究兴趣和应用方面,抗真菌化合物被抗菌药物所掩盖,这是因为细菌感染对健康的影响更大。对抗菌药物的抗药性和由此产生的临床影响引起了对公众健康的广泛关注。然而,在过去的20年当中,致病性真菌感染对药物治疗的抗药性也变得更加普遍。真菌抗性的一些发展机制与细菌耐药性的发展机制具有相似性,并且对那些细菌机制的了解正被应用于理解真菌抗药性。

几种关键的抗生素化合物通过靶向细胞的完整性起作用。许多化合物增加细胞壁或细胞膜的孔隙率,或干扰细胞壁合成的关键步骤。虽然原核细菌和真核真菌不具有相同的细胞壁和细胞膜组分,但是存在相应的脂质和关键结构分子。因此,与抗菌药物类似,大多数抗真菌化合物起作用是因为它们直接或间接地损坏细胞壁或细胞膜。

真菌细胞壁由多层组成,甘露糖蛋白主要在外表面表达(参见图1)。β-葡聚糖的底层为甘露糖蛋白产生支持基质,并为细胞壁提供结构刚性。葡聚糖结构通过频繁的β(1→3)和额外的β(1→6)键以及散布有β-葡聚糖的几丁质得以增强。甘露糖蛋白和葡聚糖占细胞壁组成的80%以上,而几丁质占不到2%。真菌的质膜主要由麦角甾醇组成,类似于动物细胞中的胆固醇。由于麦角甾醇和胆固醇具有足够的结构差异,因此所发现的作为杀真菌剂的大多数化学物质均靶向麦角甾醇生物合成或细胞膜孔隙,与宿主细胞没有交叉反应。
 

 酵母细胞壁的结构

图1. 酵母细胞壁的结构。这种细胞壁主要由甘露糖蛋白以及(1→3)和(1→6)连接的β-葡聚糖组成。麦角甾醇是底层质膜的主要脂质成分。

返回页首


 抗真菌作用机制

对抗真菌化合物的一些综述将它们归为结构类,并且将某些结构与特定的作用模式相关联。杀真菌剂的一些关键结构的实例显示在图2中。主要细胞膜组分麦角甾醇的结合及合成是几种抗真菌结构的靶标。唑类和三唑类通过抑制细胞色素P450依赖性14α-脱甲基酶并阻断从羊毛甾醇中氧化除去14α-甲基来干扰麦角甾醇生物合成途径。羊毛甾醇的这种不完全处理导致麦角甾醇前体的增加和麦角甾醇的减少,从而引起脂质膜的结构变化。据报道,唑类也抑制膜表面酶和脂质生物合成。

抗真菌作用机制

图2. 抗真菌结构类的例子。a. 氟康唑(三唑),b. 特比萘芬(烯丙胺),c.  制霉菌素A1(多烯),d.; 阿库来菌素A(棘白菌素)。

烯丙基胺,其中特比萘芬(货号:T8826)是最常见的例子,也阻断麦角甾醇的生物合成,但是在较早的步骤中。特比奈芬抑制角鲨烯环氧酶,它参与角鲨烯向羊毛甾醇的转化。由此造成的角鲨烯积聚对真菌细胞有毒。第三种结构类 — 多烯,增加质膜的渗透性。两性霉素B(货号:A4888)是一种对甾醇结合具有高度亲和力的多烯,是最有效的抗真菌药物之一;其机制在酵母的膜表面产生孔,导致细胞内容物泄漏。(Odds, et al., 2003)。

除了质膜及其脂质表面,杀真菌化合物还可能会破坏酵母的细胞壁。主要的细胞壁成分β(1→3)葡聚糖是棘白菌素和阿库来菌素 [例如阿库来菌素A(货号:A7603)] 的靶标。棘白菌素是半合成脂肽,竞争性地抑制β-葡聚糖合成酶;其作用机制尚未明确定义,但不涉及细胞色素P450抑制或P-糖蛋白转运(Kauffman和Carver,2008)。

几丁质是真菌细胞壁的一种关键的微量组分,几丁质合成的一些抑制剂显示出抗真菌活性。该抗真菌剂家族的成员(即多氧霉素和尼可霉素)具有类似于UDP-N-乙酰基-D-葡糖胺(UDP-GlcNAc)的结构。这种核苷磷酸盐是用于几丁质合成的糖基供体底物,而抗真菌剂作为竞争性底物抑制几丁质合成酶(Hector,1993)。

并非所有抗真菌化合物都具有已知的作用机制,它们中的一些是相对独特的。虽然有几种抗菌剂通过阻止DNA或RNA复制起作用,但5-氟胞嘧啶(货号:F7129)是一种新型抗真菌剂,其作用机制涉及阻断DNA合成及抑制胸苷酸合成酶。粪壳菌素(货号:S1442)是少数选择性地抑制真菌蛋白质合成的化合物之一。其他抗真菌抗生素靶向鞘脂生物合成和电子传递(Gupte,et al., 2002)。灰黄霉素(货号:G4753)的作用方式尚不完全清楚,但据推测,灰黄霉素抑制有丝分裂纺锤体内的微管结合,削弱细胞结构(Odds, et al. , 2003)。


 真菌的耐药性

真菌的耐药性,特别是对唑类的耐药性,在临床上变得越来越普遍,并且耐药机制与细菌的耐药机制存在相似性。有几个因素造成酵母菌的多药耐药性,包括基因突变和作为外排泵的蛋白质的过表达(Monk和Goffeau,2008)。真菌含有ATP结合盒(ABC)转运蛋白和主要促进子超家族(MFS)转运蛋白基因家族。

真菌的多药耐药性过程大部分已在酿酒酵母里得到分析,其被称为多效性抗药性(PDR)(Rogers, et al., 2001)。在酿酒酵母中,点突变发生在转录调节因子Pdr1p和Pdr3p的基因中。这些突变(称为“功能获得性“突变)激活了下游靶基因,包括ABC转运蛋白基因和MFS转运蛋白基因。这些基因的产物是外排泵,其将药物化合物转运出细胞,将细胞内浓度降低至亚致死水平。

一些关于抗真菌剂的研究报告发现,将使用不同作用机制的若干抗真菌药物结合使用具有更大的功效。在寻找克服真菌抗性的方法时,已将相同的方法应用于其他化合物。已经测试了多种免疫抑制化合物,包括环孢菌素和D-八肽(Monk, et al., 2005),发现它们抵抗由外排泵引起的抗真菌剂抗性。Cernicka等人筛选出一个合成化合物库,并鉴定出一种化学物质,可提高酿酒酵母耐药株对氟康唑的敏感性(Cernicka, et al., 2007)。该化合物还增加了表达外排泵的致病酵母白色念珠菌和光滑假丝酵母的敏感性。

随着致病性真菌的耐药性的持续发展,将有研究寻找避免抗药性的方法和发现下一代药物。了解细胞过程和抗性途径可应用于寻找能够代替作为真菌外排主要目标的成熟唑类药物的化合物。


 材料

     


 参考文献

Cernicka, J., et al., Chemosensitisation of drug-resistant and drug-sensitive yeast cells to antifungals. Int. J. Antimicrob. Agents, 29, 170-8 (2007).
Ghannoum, M.A. and Rice, L.B. Antifungal agents: mode of action, mechanisms of resistance, and correlation of these mechanisms with bacterial resistance. Clin. Microbiol. Rev., 12, 501-17 (1999).
Gupte, M., et al., Antifungal antibiotics. Appl. Microbiol. Biotechnol., 58, 46-57 (2002).
Hector, R.F. Compounds active against cell walls of medically important fungi. Clin. Microbiol. Rev., 6, 1-21 (1993).
Kauffman, C.A. and Carver, P.L. Update on echinocandin antifungals. Semin. Respir. Crit. Care Med., 29, 211-9 (2008).
Katzmann, D.J., et al., Multiple Pdr1p/Pdr3p binding sites are essential for normal expression of the ATP binding cassette transporter protein-encoding gene PDR5. J. Biol. Chem., 271, 23049-54 (1996).
Monk, B.C., et al., Surface-active fungicidal D-peptide inhibitors of the plasma membrane proton pump that block azole resistance. Antimicrob. Agents Chemother., 49, 57-70 (2005).
Monk, B.C. and Goffeau, A. Outwitting multidrug resistance to antifungals. Science, 321, 367-8 (2008).
Odds, F.C., et al., Antifungal agents: mechanisms of action. Trends Microbiol., 11, 272-9 (2003).
Rogers, B., et al., The pleitropic drug ABC transporters from Saccharomyces cerevisiae. J. Mol. Microbiol. Biotechnol., 3, 207-14 (2001).
Vanden Bossche, H., et al. Antifungal drug resistance in pathogenic fungi. Med. Mycol., 36, Supp. 1.,119-28 (1998).

返回页首