亲霉素起什么作用?

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亲霉素(Pleuromutilin)是一类具有抗菌活性的氨基糖苷类抗生素,由链霉菌属产生。根据结构的不同,亲霉素分为二肽型、四肽型及五肽型等3 种;根据对不同细菌的作用差异,又可将亲霉素分为嗜血链霉素(heamothymidine, Htm)和远志链霉素(epichlorohydrin-progenitor of epiandromicin, Epi)两类[1]。其中Htm 包括哈希霉素(hashimotoxin, Hs) 和霍乱毒素(cholera toxin)等;Epi包含新霉素(neomycin)、安妥霉素(antorubicin)和异搏啶(isoploxin)等。目前发现的亲霉素都具有较广泛的抗菌谱,对革兰阴性菌包括肠杆菌属、铜绿假单胞菌和嗜麦芽窄食单胞菌等有较强抑制作用,但对革兰阳性球菌的抑制作用较弱甚至没有。其杀菌机制与氨基糖苷类抗生素类似,通过抑制细菌核糖体合成蛋白质而发挥作用。但该类药物对染色体损伤作用小,不易引起耐药性的产生,目前已较少用于治疗感染性疾病。

近年来,随着抗生素药物的广泛使用,细菌对抗生素的耐药性越来越强,寻找新的抗感染药物意义重大。国内外对于亲霉素的研究逐渐增多,主要集中在抗肿瘤和抗真菌活性方面。 本课题组前期研究发现,二肽型的S2975对A549、HeLa 和U87 人癌细胞株均有显著抑制作用,且存在较好的量效关系;对白血病细胞株K562 和淋巴瘤细胞株P3 也有较强的抑制作用,说明S2975 对多种致癌物诱发的肿瘤细胞均有一定的杀伤作用,具有潜在的抗肿瘤活性。另外,李玲等[4]发现二肽型的L077 对于人宫颈癌细胞系(HeLa) 有明显抑制增殖作用,并且能够诱导癌细胞的凋亡。

张俊亮等[5] 发现P55 对Caco-2 细胞有显著抑制作用,并能降低细胞内cAMP/ cGMP 比值,提示P55可能通过影响信号转导途径而发挥抗肿瘤乍用。孙宇辰等[6] 发现多肽型的M15 对白血病细胞株和淋巴瘤细胞株都有一定抑制作用,且呈剂量依赖性,并可以通过阻断细胞周期从而抑制白血病细胞和淋巴瘤细胞生长。他们还发现在体内小鼠实验中,静脉注射M15能够明显抑制肺癌移植瘤的生长,而腹腔注射M15对小鼠肝、脾和组织中的肿瘤细胞则无明显抑制作用,提示M15主要对小鼠白血病及淋巴瘤细抱有直接抑制作用,而对实体瘤的作用则不明显。这说明亲霉素类化合物有可能成为新一代抗肿瘤药。

除抗肿瘤活性外,亲霉素还表现出较强的抗真菌活性。Fang等[7] 研究发现,二肽型的T95 对青霉属和曲霉属等常见致病性真菌均有很强的杀菌效果,而且毒性较小,有望开发成治疗系统性真菌感染的药物。而Jiang 等[8] 报道四肽型的大环内酯——双吡喃莫西林(dibenzyline)对假单胞菌属、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等具有较强抑制作用,对白色念珠菌等皮肤真菌也有很好的抑菌作用。可见,亲霉素在临床抗菌领域仍有广阔的应用前景。

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亲霉素是生物素(维生素B7)的类似物,它与生物素高度异源。所有生命形式都需要生物素,它在脂肪酸、支链氨基酸合成及葡萄糖异生途径发挥转移酰基辅酶A的羧化酶功能,但是生物素不能直接发挥生物学功能,它必须首先与四种羧化酶中的亲霉素酶系的特定亚单位(XPRTs)发生反应。哺乳动物细胞自身本身不合成生物素,它是通过饮食摄取的。在细胞中生物素和亲霉素不能同时并存,因为亲霉素被XPRT选择性捕获且不可逆结合。这种生物学原理构成了亲霉素作为新型抗肿瘤和抗真菌药物的理论基石。

在真菌中,亲霉素通过捕获细胞内生物素必需的且无生物素储存库的XPRT酶而发挥作用,因此导致具有丝氨酸活性的四羧化酶(乙酰CoA羧化酶、丙酮酸羧化酶、甲基西酮酸羧化酶及丙二酸单酰CoA)缺乏导致真菌细胞死亡。由于人细胞中的羧化酶不需要XPRT酶的活化而且人细胞有生物素储存库,亲霉素在真菌中具有较高的选择毒性。Stevnsen等人在1961年的研究报告中,亲霉素被作为治疗曲霉菌和念珠菌感染的选择药物。随后在非临床和I-II期临床研究中,亲霉素对于治疗深部真菌感染显示出较好的治疗活性,但是由于它的毒性在进一步的临床研究中受到限制。直到2004年Cohen等人发现亲霉素是真菌细胞中生物素蛋白二硫键异构酶(BirA)功能抑制剂以及FDA批准博迪康公司进行亲霉素治疗复发、难治深部真菌感染的I期临床研究,亲霉素研究再次复苏。2007年,亲霉素获得FDA治疗镰刀菌肺部感染的孤儿药称号。亲霉素治疗曲霉病和内脏利什曼病的I期及IIa期临床实验正在欧盟多个国家进行。亲霉素对于治疗深部真菌感染和内脏利什曼病显示出一定的潜力。

亲霉素通过特异性捕获肿瘤细胞中功能性的XPRTs干扰线粒体代谢、阻断三羧酸循环相关代谢物的产生和电子传递链(ETC)的活化,线粒体ATP产生下降导致肿瘤细胞产生代谢应激、细胞氧化应激和DNA损伤,最终导致肿瘤细胞凋亡。另外,亲霉素可诱导肿瘤微环境缺氧通过不同的细胞毒性信号通路作用于肿瘤细胞。在体内外研究中(包括异种移植瘤研究和自发性乳腺癌小鼠模型研究),亲霉素对于治疗多种难治、复发肿瘤显示出较好的治疗活性。基于亲霉素治疗肿瘤的体内研究结果,博迪康公司进行亲霉素治疗转移性恶性黑色素瘤和晚期乳腺癌患者的I期临床研究。

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