抗菌藥誘導內毒素釋放作用
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論文關鍵詞:抗菌藥內毒素青霉素結合蛋白
論文摘要:一些實驗研究及臨床資料證明,有些抗菌藥尤其是β-內酰胺類抗生素在治療革蘭氏陰性菌感染時,有誘導大量內毒素釋放的副作用,在臨床上可能引起或加重內毒素血癥。不同類型抗菌藥誘導內毒素釋放的程度與其對不同類型青霉素結合蛋白(PBP)的親和性有關,抗菌藥與PBP3或PBP2結合所造成的內毒素釋放的量較高。因此在抗菌藥的研究設計中,除了要考慮其殺菌效力外,還應考慮可能誘導內毒素釋放的問題。在敗血癥治療中也應采取合理的治療方案,以防止或減輕內毒素血癥的發生。
內毒素是革蘭氏陰性菌細胞壁外膜中的脂多糖成分,具有廣泛的生物活性。內毒素對機體造成雙重影響:少量內毒素刺激機體時,能增強特異性及非特異性免疫力,誘導產生干擾素等;而大量內毒素進入機體循環時,可造成廣泛而強烈的病理反應,如彌漫性血管內凝血、多器官功能衰竭及休克等。內毒素在革蘭氏陰性桿菌引起的感染性休克中起著關鍵作用[1－3]。對于革蘭氏陰性菌敗血癥病人,有些廣譜抗菌藥能有效地控制菌血癥,但是臨床資料證明病人的死亡率仍然很高,其原因可能與抗菌藥誘導細菌釋放內毒素有關[4,5]。由于在抗菌藥治療的過程中,隨著細菌的裂解,內毒素從細菌的細胞壁外膜釋放后進入血液循環,因而可能加重內毒素血癥,從而促進一系列的炎癥反應,造成機體嚴重而廣泛的病理損傷。
1抗菌藥誘導的內毒素釋放
在體外細菌培養系統中,已發現多種抗菌藥如β-內酰胺類[6~8]、氨基糖苷類[9]、氟喹諾酮類藥物[10]等均能引起不同程度的內毒素釋放,其中β-內酰胺類抗生素(如氨芐西林,頭孢噻肟,頭孢他啶,氨曲南等)能誘導多種細菌包括野生菌和突變菌(如大腸埃希氏菌,銅綠假單胞菌[6~8],肺炎克雷伯氏菌[11],流感嗜血菌[12]等)釋放大量的內毒素,在這些抗菌藥處理的細菌培養上清液中能檢測到內毒素含量比無抗菌藥處理者高幾倍甚至幾十倍。β-內酰胺類抗生素誘導的內毒素釋放常常與其造成的細菌溶解伴隨發生,并與細菌溶解程度有一定關系。內毒素-細胞因子級聯反應所造成的全身炎癥過程是發生內毒素休克的重要環節。抗菌藥作用于細菌后,由于細菌裂解及伴隨的內毒素釋放到培養上清液中,其上清液可刺激巨噬細胞及血管內皮細胞等產生大量的腫瘤壞死因子(TNF)和白細胞介素-6(IL-6)[13~15],這些炎性因子的大量產生可促進內毒素休克的發生。
有些動物體內實驗可觀察到與體外實驗一致的結果。給大腸埃希氏菌性腹膜炎家兔注射慶大霉素后,動物血液中細菌數量急劇減少,但血漿中內毒素含量較未治療者明顯增高[9]。用氨芐西林治療幼年大鼠流感嗜血菌性腹膜炎,造成較多的內毒素釋放入血液循環[12]。燒傷后感染肺炎克雷伯氏菌的敗血癥小鼠,經頭孢他啶、氨曲南、亞胺培南治療后,小鼠血液中內毒素含量明顯增高,同時內毒素激活巨噬細胞產生大量的IL-6[16]。大腸埃希氏菌性腦膜炎家兔,經美羅培南和頭孢噻肟治療后,在腦脊液中可檢測到高含量的內毒素,同時腦脊液中TNF濃度也增高[17]。不同類型的抗菌藥所誘導的內毒素釋放水平有所不同,如拉氧頭孢對菌血癥的清除作用與慶大霉素相似,但其誘導內毒素釋放的量比慶大霉素高20倍[18]。用D-半乳糖胺處理小鼠后,再造成大腸埃希氏菌性腹膜炎模型,發現用頭孢他啶治療比用亞胺培南治療引起更多的小鼠死亡,推測頭孢他啶誘導更多的內毒素釋放[19]。
雖然動物體內的研究結果不能外推到人,但這些研究證據提示了抗菌藥促進內毒素釋放,加重內毒素血癥的可能性。有些革蘭氏陰性菌敗血癥患者在接受抗菌藥治療后,盡管血液中細菌數減少或消失,但大部分病人呈現血漿中游離及總內毒素含量增高(游離內毒素含量升高2~50倍)[5,20]。流感嗜血菌感染的腦膜炎患兒,在接受頭孢他啶治療后,所有患兒腦脊液中游
離內毒素含量均增高,同時腦脊液中乳酸鹽及乳酸脫氫酶增高及葡萄糖下降,提示內毒素增高導致炎癥加重[21]。用抗菌藥治療泌尿系感染后,尿液培養顯示細菌數下降,但尿中內毒素含量卻明顯增高。內毒素釋放的程度與所用的抗菌藥種類有關,其中β-內酰胺類抗生素所造成的內毒素增高更為明顯[22]。這些臨床資料表明,革蘭氏陰性菌敗血癥患者經有些抗菌藥治療后,病人的菌血癥減輕,但內毒素血癥改善不明顯或反而加重,這可能是病人高死亡率的原因之一。
2青霉素結合蛋白與抗菌藥誘導的內毒素釋放
青霉素結合蛋白(PBP)是存在于革蘭氏陰性桿菌細胞漿膜外周間隙中的一類酶蛋白質。有些抗菌藥如β-內酰胺類抗生素的抑菌作用機制就在于與PBP結合,使其活性受到抑制,從而引起細胞壁肽聚糖的合成受阻及細菌內溶解酶的激活,因而造成菌體裂解和死亡。但與此同時,細胞壁外膜上的內毒素可能被釋放出來[23,24]。不同類型的抗菌藥誘導內毒素釋放的能力與其對不同PBP的親和力有關。抗菌藥與PBP1結合可造成細菌快速溶解;而抑制PBP2則使桿菌生長成球形體;抑制PBP3則使細菌生長成長絲狀。
主要結合于PBP2和PBP1的抗菌藥(如亞胺培南)作用于革蘭氏陰性桿菌后,能很快引起內毒素釋放(與細菌作用后1－2h);而主要結合于PBP3的抗菌藥(如頭孢噻肟,頭孢他啶,氨曲南等)誘導內毒素的釋放較晚(作用后4h左右)[7]。實驗證明PBP3抑制劑比PBP2抑制劑所造成的內毒素釋放量要高得多[6],這是由于與PBP3結合抑制了細菌隔膜的形成,從而使細菌生長成長絲狀,因此細菌的質量變大及內毒素的合成不斷增高[8]。一般來說,每種β-內酰胺類抗生素不僅僅作用于一種PBP,與何種PBP結合與所用劑量有關。例如,所謂的PBP3抑制劑(如頭孢噻肟,頭孢他啶)在較低濃度(≤最低抑菌濃度)時,主要與PBP3結合,誘導細菌長絲形成;而在較高濃度時,則對PBP1有較高的親和力,因而造成細菌快速溶解。主要作用于PBP3的抗菌藥在低于最低抑菌濃度時,仍能誘導大量的內毒素釋放而不伴有明顯的細菌溶解,此時內毒素的釋放產生于長絲形成時非溶解性細胞壁損傷[7]。
3防止抗菌藥誘導的內毒素釋放
菌血癥和內毒素血癥是革蘭氏陰性菌敗血癥的兩大致死狀態。除了要用強力、高效抗菌藥控制菌血癥外,防止治療過程中的內毒素釋放是降低病人死亡率的重要一環。研究表明,抗菌藥引起的細菌裂解與其誘導的內毒素釋放有明顯的關系,由于釋放出的可溶性內毒素的活性比其固著于菌體時的活性要高得多,一旦大量的內毒素從菌體釋放到血液或體液中,將會產生強烈的毒性反應。有些殺菌性抗菌藥(如β-內酰胺類抗生素)的殺菌作用就是通過影響細菌細胞壁的合成,從而造成細胞壁缺陷,隨之導致細菌裂解而實現的。因此,對于這些抗菌藥來說,清除菌血癥和可能誘導的內毒素血癥成為治療敗血癥過程中的矛盾。只有將這對矛盾合理地解決,才能降低病人的死亡率。
內毒素是具有多價陰離子特性的大分子物質,有些陽離子多肽能與之結合,并降低其毒性[25~27]。近年的研究發現,在傳統中藥中有著藥用歷史的雞蛋清中含有一種多肽——蛋清溶菌酶,是一種富含陽離子的白質,這種蛋白質與β-內酰胺類抗生素聯合應用于大腸埃希氏菌、傷寒沙門氏菌等細菌培養時,可明顯阻止抗菌藥誘導的細菌溶解,并使釋放到培養上清液中的內毒素含量明顯降低,且同時對抗菌藥的殺菌效力無明顯影響。細菌經蛋清溶菌酶與抗菌藥共同作用后,其培養上清液對動物的致炎活性明顯減弱,在動物體內誘導的TNFα和IL-6生成明顯減少。蛋清溶菌酶與抗菌藥聯合治療粒細胞減少癥合并大腸埃希氏菌J5腹膜感染的小鼠,動物存活率較單獨用抗菌藥治療時增高[26,27]。這種殺菌與溶菌及內毒素釋放明顯分離的作用,對于敗血癥的治療有益處。
內毒素的生物活性廣泛而強烈,對機體造成嚴重的損害。由于不同的抗菌藥誘導內毒素釋放的量不同,因此在抗菌藥的研究設計中除了考慮到殺菌效力外,還應考慮到可能誘導內毒素釋放的問題。對于敗血癥病人,由于菌血癥也是一個致死因素,抗菌藥仍然是必不可少的治療手段,因此,在治療中應采取合理的治療方案以防止或減輕內毒素血癥。
[1]RietschelET,BradeL,LindnerB,etal.Biochemistryoflipopolysaccharides.In:MorrisonDC,RyanJL,Eds.Bacterialendotoxiclipopolysaccharides.Vol.I.[M].BocaRaton(USA):CRCPress,1992:3
[2]LehmannV,FreudenbergMA,GalanosC.Lethaltoxici-tyoflipopolysaccharideandtumornecrosisfactorinnor-malandD-galactosamine-treatedmice.[J].JExpMed,1987,165:657
[3]McGroartyE.Biophysicalaspectsandfunctionofendo-toxin.In:NowotnyA,SpitzerJJ,ZieglerEJ.Eds.Cel-lularandmolecularaspectsofendotoxinreations.[M].SanDiego:InternationalEndotoxinSociety,1990:85
[4]ShenepJL,FlynnPM,BarrettFF,etal.Serialquantita-tionofendotoxemiasepsis.[J].JInfectDis,1988,157(3):565
[5]MustafaMM,McCrackenGH.Increasedendotoxinandinterleukin-1βconcentrationsincerebrospinalfluidofin-fantswithcoliformmeningitisandventriculitisassociatedwithintraventriculargentamicintherapy.[J].JInfectDis,1989,160(5):891
[6]JacksonJJ,KroppH.β-lactamantibiotic-inducedreleaseoffreeendotoxin:invitrocomparisonofpenicillin-bindingprotein(PBP)2specificimipenemandPBP3-specificcef-tazidime.[J].JInfectDis,1992,165(6):1033
[7]DofferhoffASM,BuysJ.Theinfluenceofantibiotic-in-ducedfilamentformationonthereleaseofendotoxinfromGram-negativebacteria.[J].JEndotoxinRes,1996,3(3):187
[8]JacksonJJ,KroppH.Differencesinmodeofactionofβ-lactamantibioticsinfluencemorphology,LPSreleaseandinvivoantibioticefficacy.[J].JEndotoxinRes,1996,3(3):201
[9]ShenepJL,MoganA.KineticsofendotoxinreleaseduringantibiotictherapyforexperimentalGram-negativebacteri-alsepsis.[J].JInfectDis,1984,150(3):380
[10]McConnelJS,CohenJ.ReleaseofendotoxinfromEs-cherichiacolibyquinolones.[J].JAntimicrobChemother,1986,18(6):765
[11]HealyDP,Verst-BraschCL,ClendeningCE,etal.In-fluenceofdrugclassanddosesizeonantibiotic-influcedendotoxin/IL-6releaseandimpactonefficacyofanti-en-dotoxinantibody.[J].JEndotoxinRes,1996,3(3):219
[12]WalterspielJW,KaplanSL,MasonEOJr.Protectiveef-fectofsubinhibitorypolymyxinBaloneandincombina-tionwithampicillinforoverwhelmingHaemophilusin-fluenzaetypeBinfectionintheinfantrat:Evidenceforinvivoandinvitroreleaseoffreeenditoxinafterampi-cillintreatment.[J].PediatrRes,1986,20(3):237
[13]ArditiM,KabatW,YogevR.Antibiotic-inducedbacte-rialkillingstimulatestumornecrosisfactor-αreleaseinwholeblood.[J].JInfectDis,1993,167(1):240
[14]ArditiM,ZhouJ,HuangSH.Antibioticinducedbacteri-alkillingactivatesvascularendothelialcellsandwholebloodcells.[J].JEndotoxinRes,1996,3(3):179
[15]HealyDP,Verst-BraschCL,ClendeningCE,etal.Ki-neticsofendotoxinandinterleukin-6followingmultipledosesofantibioticsforexperimentalGram-negativebac-terialsepsis.[J].JEndotoxinRes,1996,3(2):93
[16]ShenepJJ,BartonRP,MoganKA.RoleofantibioticclassintherateofliberationofendotoxinduringtherapyforexperimentalGram-negativebacterialsepsis.[J].JInfectDis,1985,151(6):1012
[17]NeelyAN,HolderIA.Amurinemodelwithaspectsofclinicalrelevanceforthestudyofantibiotic-induceden-dotoxinreleaseinseptichosts.[J].JEndotoxinRes,1996,3(3):229
[18]BucklinSE,FujiharaY,LeesonMC,etal.Differentialantibiotic-inducedreleaseofendotoxinfromGram-nega-tivebacteria.[J].EurJClinMicrobiolInfectDis,1994,13(Suppl):43
[19]FriedlandIR,JafariH,EhretS,parisonofendotoxinreleasebydifferentantimicrobialagentsandtheeffectoninflammationinexperimentalEscherichiacolimeningitis.[J].JInfectDis,1993,168(3):657
[20]DofferhoffASM,NijlandJH,deVries-HospersHG,etal.Effectsofdifferenttypesandcombinationsofantimi-crobialagentonendotoxinreleasefromGram-negativebacteria:aninvitroandinvivostudy.[J].ScandJIn-fectDis,1991,23(6):745
[21]ArditiM,AblesL,YogevR.Cerebrospinalfluidendo-toxinlevelsinchildrenwithH.influenzaemeningitisbe-foreandafteradministrationofintravenousceftriaxone.[J].JInfectDis,1989,160(6):1005
[22]HurleyJC,LouisWJ,TosoliniFA,etal.Antibiotic-in-ducedreleaseofendotoxininchronicallybacteriuricpa-tients.[J].AntimicrobAgentsChemother,1991,35(11):2388
[23]NeuHC.Relationofstructuralpropertiesofbeta-lactamantibioticstoantibacterialactivity.[J].AmJMed,1985,79(Suppl2A)2
[24]JacksonJJ,KroppH.Reply:beta-lactamantibiotic-in-ducedreleaseoflipopolysaccharide.[J].JInfectDis,1993,167(4):775
[25]MarraMN,WildeGG,GriffithJE,etal.Bactericidal/permeability-increasingproteinhasendotoxin-neutraliz-ingactivity.[J].JImmunol,1990,144(2):662
[26]LiangAH,OhnoN,YadomaeT.Inhibitionofantibiotic-inducedlysisandlipopolysaccharidereleasefromEs-cherichiacoliO111:B4byeggwhitelysozyme.[J].JEndotoxinRes,1997,4(2):105
[27]LiangA,OhnoN,YadomaeT.Eggwhitelysozymein-hibitsceftazidime-inducedendotoxinreleaseandfilamen-tationofEscherichiacoliO111:B4.[J].DrugDevRes,1998,44:70
[28]LiangA,SugawaraN,OhnoN,etal.EffectofO-anti-genicpolysaccharideofEscherichiacolionendotoxinneu-tralizingactivityoflysozyme.[J].FEMSImmunolMedMicrob,1998;21:79
