馮憲敏,朱 楓,藏秋雨(綜述),盧思奇(審校)

2.首都醫(yī)科大學(xué)病原生物學(xué)系,北京 100069

抗藍(lán)氏賈第鞭毛蟲藥物研究進(jìn)展

馮憲敏1,朱 楓1,藏秋雨1(綜述),盧思奇2(審校)

2.首都醫(yī)科大學(xué)病原生物學(xué)系,北京 100069

藍(lán)氏賈第鞭毛蟲(Giardia lamblia Stile,1915,亦稱G.intestinalis或G.duodenalis,簡(jiǎn)稱賈第蟲),是一種厭氧的(anaerobic)寄生性原生生物。其生活史包括滋養(yǎng)體(trophozoite)和包囊(cyst)兩個(gè)發(fā)育階段。前者為蟲體的致病期(或營(yíng)養(yǎng)和繁殖期),寄生于人和某些哺乳動(dòng)物小腸內(nèi)導(dǎo)致以腹瀉和消化不良為主要癥狀的藍(lán)氏賈第鞭毛蟲病(giardiasis,簡(jiǎn)稱賈第蟲病);后者為感染期(或靜止期),由滋養(yǎng)體在小腸內(nèi)分泌成囊物質(zhì)形成,之后隨宿主糞便排出體外而具感染性。

賈第蟲的感染不僅廣泛流行于發(fā)展中國(guó)家,即使在美國(guó)也是水傳腹瀉暴發(fā)流行的最常見(jiàn)原因。在特定區(qū)域,被賈第蟲包囊污染的水源常引起旅游者腹瀉。本病已被列為全世界危害人類健康的十種主要寄生蟲病之一。本蟲世界范圍的感染率約為1%～20%,我國(guó)的感染率平均為2.54%左右。藍(lán)氏賈第鞭毛蟲合并HIV/AIDS的感染,及其在同性戀者中流行的報(bào)道不斷增多。本文將就近年抗賈第蟲藥物的研究進(jìn)展和新靶點(diǎn)的開(kāi)發(fā)作一回顧。

1 抗賈第蟲新藥研發(fā)的意義

目前,臨床上治療賈第蟲病的首選藥物是甲硝唑(250～ 750mg,口服 ,3 次/日 ,療程 2～ 5w)〔1-2〕。由于一方面,賈第蟲病患者多為慢性期,病程長(zhǎng),需要長(zhǎng)期大量用藥。而療程越長(zhǎng),劑量越大,甲硝唑的不良反應(yīng)也就越多。最常見(jiàn)的是胃腸道反應(yīng),嚴(yán)重者可出現(xiàn)消化道的大出血;部分患者還可出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀,血液系統(tǒng)反應(yīng),重者可患心肌炎,甚至致癌。孕期是甲硝唑的禁忌癥,因?yàn)槠淇梢鹛旱幕巍?〕,因此極大地限制了甲硝唑在本病治療中的應(yīng)用。

另一方面,甲硝唑通過(guò)抑制原蟲的氧化還原反應(yīng),使原蟲的氮鏈發(fā)生斷裂,因此對(duì)原蟲有殺傷作用,這一作用的發(fā)揮有賴于藥物本身可以進(jìn)入到蟲體內(nèi)。但是賈第蟲除了滋養(yǎng)體致病以外,最重要的傳播階段是包囊。在長(zhǎng)期應(yīng)用藥物治療的過(guò)程中,部分滋養(yǎng)體發(fā)生耐藥而成囊。由于包囊壁的保護(hù)作用,甲硝唑?qū)υx的包囊不發(fā)揮殺傷作用,并且,甲硝唑作用后,雖然蟲體死亡,但微絲結(jié)構(gòu)無(wú)破壞,說(shuō)明甲硝唑不能損傷蟲體微絲結(jié)構(gòu)。因此不能阻斷賈第蟲病的傳播。正是由于上述原因,使得抗賈第蟲新藥的研發(fā)成為亟待解決的問(wèn)題。

2 抗賈第蟲新藥研究進(jìn)展

在研究賈第蟲病治療藥物的過(guò)程中,尋找新的藥物作用靶點(diǎn)至關(guān)重要,其中與其致病關(guān)系密切的形態(tài)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵的代謝酶、與蟲體增殖相關(guān)的結(jié)構(gòu)等都可作為藥物作用的靶點(diǎn)。

2.1 以細(xì)胞骨架為靶點(diǎn)的抗賈第蟲藥物 賈第蟲的細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)復(fù)雜,與蟲體致病力密切相關(guān),對(duì)細(xì)胞骨架有損傷作用的藥物均可使賈第蟲的吸盤喪失吸附功能而失去致病能力。因此,賈第蟲細(xì)胞骨架的成分是新藥物篩選的有效候選靶點(diǎn)。

目前,將作用于賈滴蟲細(xì)胞骨架的藥物分為三類:(1)作用于微管結(jié)構(gòu)的藥物(如秋水仙堿和諾考達(dá)唑)(2)作用于微絲的藥物(如細(xì)胞松弛素)(3)苯并咪唑類藥物。其中苯并咪唑類藥物作用效果較明顯。(4)青蒿素類。

苯并咪唑類衍生物(1,3,9,15H-benzimidazole)可抑制微管蛋白的聚合作用。用流式細(xì)胞儀對(duì)體外賈第蟲滋養(yǎng)體對(duì)藥物敏感性的評(píng)價(jià)結(jié)果也顯示,該類藥物對(duì)細(xì)胞骨架有損傷作用〔3〕苯并咪唑類藥物敏感株和不敏感株的微管蛋白對(duì)苯并咪唑類化合物的再結(jié)合力實(shí)驗(yàn)表明,苯并咪唑的衍生物對(duì)蟲體的α和β-微管蛋白有再結(jié)合能力。敏感株再結(jié)合β-微管蛋白的親和常數(shù)明顯高于非敏感株。幾種苯并咪唑衍生物(albendazole、Fenbendazole、mebendazole)也在敏感株表現(xiàn)出對(duì)單聚體β-微管蛋白和異二聚體α-β-微管蛋白的高親和性〔4〕。另有報(bào)道顯示,電鏡下觀察發(fā)現(xiàn)苯并咪唑類藥物可結(jié)合微管,使吸盤解體,影響細(xì)胞骨架的功能〔5〕。

青蒿素是從菊科艾屬植物黃花蒿(Artemisia annua)莖葉部分離提取出來(lái)的一種含過(guò)氧基團(tuán)的倍半萜內(nèi)酯,是我國(guó)學(xué)者首先發(fā)現(xiàn)的新型抗瘧藥物。青蒿素體內(nèi)代謝活性產(chǎn)物為其衍生物之一的雙氫青蒿素(Dihydroartemisinin,DHA),用特異性標(biāo)記染料羅丹明-鬼筆環(huán)肽(RDP)和紫杉醇(P22310)分別標(biāo)記微絲和微管,激光共聚焦顯微鏡觀察結(jié)果顯示雙氫青蒿素不僅對(duì)蟲體細(xì)胞骨架而且對(duì)細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)均有損傷,從而起到對(duì)藍(lán)氏賈第鞭毛蟲的殺傷作用。

紫杉醇(Tau)和紫杉酚(Taxol)是一種抗有絲分裂藥物。Tau誘導(dǎo)Taxol結(jié)合到微管網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的兩種配體上。Tau是一種微管相關(guān)蛋白,結(jié)合在α-β tubulin的外部,二者均降低微管蛋白的聚合。Tau也單獨(dú)作用于微管束,使堅(jiān)固(stiffen)空間。

2.2 以代謝酶為靶點(diǎn)的抗賈第蟲藥物 作為一種缺乏線粒體的寄生性原核生物(archezoa),賈第蟲生命活動(dòng)中的能量代謝并不具備由細(xì)胞色素介導(dǎo)的氧化磷酸化過(guò)程,而是依靠糖酵解途徑獲取能量(即使在有微量氧存在的環(huán)境中也是如此)。其代謝方式與細(xì)菌有許多共同之處,即無(wú)氧酵解能量代謝依賴焦磷酸鹽而非依賴三磷酸腺苷的三羧酸循環(huán)途徑〔6〕。在此種過(guò)程中需要某些酶類參與催化和調(diào)節(jié)。因此,這些酶類在抗賈第蟲藥物研究中逐漸引起了人們的關(guān)注。

丙酮酸鐵氧化還原酶(PFOR)在賈第蟲體內(nèi)催化鐵氧化還原蛋白的生成。鐵氧化還原蛋白是甲硝唑發(fā)揮抗賈第蟲作用的重要媒介。當(dāng)藥物進(jìn)入滋養(yǎng)體內(nèi),通過(guò)蟲體電子傳遞蛋白(鐵氧化還原蛋白)將蟲體的電子傳遞到藥物分子的硝基上,藥物就被這一還原的硝基所活化,還原的甲硝唑作為終末電子受體共價(jià)結(jié)合到蟲體的DNA大分子上,引起蟲體DNA斷裂,雙螺旋結(jié)構(gòu)被破壞,喪失其模板功能,阻止轉(zhuǎn)錄與復(fù)制,最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。當(dāng)蟲體的PFOR活性下降時(shí),賈第蟲表現(xiàn)出明顯的耐藥〔7〕。呋喃唑酮通過(guò)抑制細(xì)菌的氧化還原酶而發(fā)揮抑菌作用,可使賈第蟲細(xì)胞內(nèi)的核糖體和糖原較對(duì)照組減少〔8〕。

3 新藥靶點(diǎn)篩選

3.1 以PPi依賴的代謝酶為靶點(diǎn)的抗賈第蟲藥物篩選 從代謝的角度而言,經(jīng)典的糖酵解途徑是碳代謝的起點(diǎn)。對(duì)于需氧的真核生物,糖酵解途徑所產(chǎn)生的能量是微不足道的。它們95%的ATP來(lái)源于后續(xù)的三羧酸循環(huán)(tricarboxylic acid cycle reactions)和氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)過(guò)程。相比較而言,那些無(wú)線粒體的厭氧或微需氧的原真核生物,其ATP產(chǎn)出則主要依賴糖酵解過(guò)程,這種代謝的特點(diǎn)給這些生物的能量代謝帶來(lái)了選擇性的壓力。一些原真核生物為此發(fā)生許多有意義的適應(yīng)性改變。在前期工作中,我們驗(yàn)證了PPDK是賈第蟲糖酵解途徑的關(guān)鍵酶〔9〕。由于PPDK不存在于高等的哺乳動(dòng)物,因此成為新型抗賈第蟲藥物研發(fā)的理想候選靶點(diǎn)。截至目前,尚未見(jiàn)有關(guān)PPDK抑制劑作用于賈第蟲的相關(guān)報(bào)道。

3.2 酸性鈣離子體為靶點(diǎn)的藥物研發(fā)

雙磷酸鹽(Bisphosphonates)類藥物,通常用于治療各種骨吸收性疾病,如骨質(zhì)疏松、惡性腫瘤引起的高鈣血癥、及腫瘤的骨轉(zhuǎn)移等。有證據(jù)表明,大多數(shù)活性雙磷酸鹽類藥物抗原蟲作用的靶點(diǎn)均為類異戊二烯合成途徑中的關(guān)鍵酶即法呢基焦磷酸合成酶(FPPS):(1)體外實(shí)驗(yàn)證明包括布氏錐蟲(T.brucei)〔20〕、剛地弓形蟲(T.gondii)〔11〕、利氏曼原蟲(L.major)〔12〕在內(nèi)的原蟲的生長(zhǎng)與 FPPS密切相關(guān);(2)體內(nèi)抗蟲實(shí)驗(yàn)證明雙磷酸鹽類藥物能有效抑制布氏錐蟲的繁殖,使病情得到逆轉(zhuǎn)〔11〕;(3)分子模式和結(jié)構(gòu)活性調(diào)查顯示,來(lái)自不同蟲種的FPPS具有相似的藥效團(tuán)〔13〕;(4)應(yīng)用基因工程的手段篩選FPPS過(guò)表達(dá)的T.gondii蟲株,結(jié)果表明FPPS過(guò)表達(dá)蟲株對(duì)雙磷酸鹽類藥物具有較高的抵抗力,而阿托奎酮(對(duì)FPPS無(wú)抑制作用)的IC50未受到影響〔14〕。

該酶類存在于腸道寄生原蟲溶組織阿米巴,且含氮芳香烴鏈雙磷酸具有較高的殺蟲效果,可有效降低阿米巴肝膿腫的發(fā)生〔15〕。由于賈第蟲的能量代謝主要依賴PPi,因此雙磷酸鹽類藥物具有潛在的抗賈第蟲作用。

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R382.9

A

1002-2694(2010)08-0779-02

馮憲敏,Email:xianmin08.student@sina.com

1.吉林醫(yī)藥學(xué)院病原教研室,吉林 132013;

2010-02-18;

2010-04-21