疏秀林,施庆珊,李诚斌,欧阳友生,陈仪本
(广东省微生物研究所广东省菌种保藏与应用重点实验室,广东广州　510070)
　　粘杆菌素(colistin)是一种对多重耐药性革兰氏阴性致病菌(如铜绿假单胞菌,Pseudomonasaeruginosa)具有特效抗性的多肽类抗生素,又名多粘杆菌素E(polymyxinE),其主要成分为粘杆菌素A和粘杆菌素B(或粘杆菌素E1和粘杆菌素E2)。粘杆菌素含有二氨基丁酸,存在游离氨基,因此呈碱性,在临床上常制成盐使用,目前商品化以两种形式存在:硫酸粘杆菌素(colistinsulphate,CS)和甲烷磺酸粘杆菌素(colistinmethanesulphonate,CMS)。兽医临床所用硫酸粘杆菌素为其硫酸盐,可用于猪、禽、牛和羊等动物,由于其抗菌作用强、残留低,不易产生耐药性,中国、美国、欧盟和日本等许多国家批准作为饲料添加剂或兽药。目前国内对硫酸粘杆菌素的研究主要集中在应用[1]以及动物性食品中残留检测方法[2]上,对其毒性及药物代谢方面[3]也有一些初步研究。本实验室对硫酸粘杆菌素的菌株改良、发酵优化以及在动物上的应用方面已经进行了一年多的研究,但是目前国内对其药物代谢动力学的研究较少。因此,本文对硫酸粘杆菌素在人体和动物体内的药物代谢动力学及药效学进行了简要综述,通过对药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程等方面的了解,详尽地认识药物的药理特性,为新药研究开发以及制定合理的给药方案提供依据。
1　药物代谢动力学
1.1　粘杆菌素(碱或硫酸盐)体内分析方法　粘杆菌素分析方法主要有微生物学方法[4]、高效液相色谱法(HPLC)[5-8]、酶联免疫分析法[9]、毛细管电泳法及薄层层析法(TLC)等。对于微生物学检测方法,美国药典(USP)、英国药典(EP)和欧盟规定检测菌为支气管炎博代特氏菌(Bordetellabronchiseptica)ATCC4617,中国药典规定检测菌为E.coliCMCC(B)44103,B.bron chisepticaATCC4617和E.coliCMCC(B)44103对检测粘杆菌素残留具有很强的特异性,但也应该考虑到他它抗生素如氯霉素、卡那霉素等药物残留对检测准确性的影响。Leroy等[4]运用微生物学方法和HPLC法检测了小牛体内粘杆菌素的含量,结果显示微生物学方法缺乏敏感性,选择性和检测时间偏长(21h),而HPLC法非常灵敏,能够分离粘杆菌素各组分。由于免疫原准备工作很复杂,所以很少有研究是应用酶联免疫分析法进行粘杆菌素的残留检测。微生物学方法和酶联免疫分析法均不能分离粘杆菌素各组分[9],而TLC、毛细管电泳[12]和HPLC能分离粘杆菌素(碱和硫酸盐)A和B,但是不能与甲烷磺酸粘杆菌素区别开来,所以关于粘杆菌素的体内分析方法还存在着一些缺陷。目前仅有几篇研究中报道的HPLC方法既能分离生物体内粘杆菌素A和B,也能检测各自的含量[5-8]。
    高效液相色谱法分析速度快、分离效率高、检测灵敏。HPLC法分析中的衍生化反应的目的是为了提高检测分析的灵敏度和选择性。Decolin[5]和LeBrun[6]运用邻苯二甲醛(OPA)衍生化反应的HPLC法分析了生物体内粘杆菌素。在室温、碱性(pH10.0)和β 巯乙醇存在情况下,粘杆菌素结构中伯胺基团迅速与OPA发生缩合反应,生成具有强烈荧光的较稳定的1-S-2-N-烷基异吲哚衍生物,但是由于OPA试剂的稳定性较差,故必须严格地控制各种反应条件。Li等[7]运用一种简便、快速、灵敏的HPLC方法检测血浆中的粘杆菌素(碱或硫酸盐),即先运用荧光性的芴甲氧羰酰氯(FMOC Cl)进行柱后衍生化,再采用反相高效液相色谱法(RP HPLC)分离分析血浆中的粘杆菌素。通过此种方法,在检测粘杆菌素的过程中就能排除甲烷磺酸衍生物的干扰,并且与OPA不同的是这些添加了FMOC的衍生物在室温下可保持3d[7],而且此法能分离粘杆菌素A和B。最近,Gmur[8]等运用丹磺酰氯(DansylChloride)衍生化的HPLC法检测老鼠和狗血浆中的粘杆菌素A,检测到的浓度范围和灵敏度与Li等[7]实验结果相似。
1.2　粘杆菌素(碱或硫酸盐)的药物代谢动力学　因为粘杆菌素(碱或硫酸盐)具有潜在毒性,很少有其在人体内代谢动力学方面的研究报道,更多的信息是来源于硫酸粘杆菌素在狗[10]、牛[11]、兔[12]等肠道用药的报道。
1.2.1　吸收　动物胃肠给药,粘杆菌素吸收不良;黏膜表面、红肿表面或烧伤部位局部给药也不吸收[13]。兔子胃肠给药吸收很弱,但是初生牛和婴儿胃肠给药却能吸收。小牛肌肉注射(以下简称肌注)硫酸粘杆菌素时易被吸收(0.5h后血药浓度达到峰值)[11]。
1.2.2　分布　粘杆菌素体内分布广泛,据报道小牛体内硫酸粘杆菌素的分布容积(Vss)为(1.02±0.29)L/kg[11],但是老鼠体内Vss很低为(0.50±0.06)L/kg。粘杆菌素在机体组织中以两种形式存在:一种是结合状态,药物进入循环后,与血液中的成分(如血细胞、血浆蛋白等)形成结合型药物;而未被结合的部分则称为游离态。通过4℃下平衡透析,在药物浓度为0.5～12mg/L时,狗血浆游离态药物约占36%～67%[10];但是在药物浓度为6.2～12.5mg/L时,牛血浆游离态药物为(44.0±2.8)%[14]。运用超滤法分析牛血浆中的游离粘杆菌素很少(31.2±5.6%)[14],但是实验并没有排除粘杆菌素特异性黏附在超滤膜上的可能性。通过平衡透析,在药物浓度为1.5、3.4、6.0mg/L时,老鼠血浆中游离态粘杆菌素接受体比率(fu,血浆未结合药物与总药物浓度的比例)分别是0.44、0.45、0.43,但是在此浓度下游离态粘杆菌素A和B的含量差异很大(P<0.006),其中游离态粘杆菌素A的fu(0.35、0.36、0.36)低于游离态粘杆菌素B的fu(0.53、0.52、0.51),粘杆菌素A的高结合率很可能是由于脂肪链(甲基辛酸)较粘杆菌素B(甲基庚酸)长的缘故,所以老鼠体内游离态粘杆菌素B的分布容积非常大[12]。
1.2.3　消除　牛肌注5.0mg/kg硫酸粘杆菌素后,其生物半衰期(t1/2)为(269±58)min[17],属中等半衰期药物 。狗肌注2.2mg/kg剂量的的粘杆菌素后,其t1/2是(150±18)min[10],属短半衰期药物。老鼠肌注1.0mg/kg剂量的t1/2是(74.6±13.2)min[12],属短半衰期。在囊性纤维性变(cysticfibro sis,CF)病人体内,肌注1.63～3.11mg/kg剂量的甲烷磺酸粘杆菌素的t1/2是(251±79)min[15],属中等半衰期药物。断奶仔猪以2.5mg/kg和5.0mg/kg的剂量肌注给药时,其消除半衰期(t1/2)为(255.99±13.65)min和(264.08±28.57)min,其平均绝对生物利用度分别为98.30%和88.54%;以2.5mg/kg的剂量静注给药时,其t1/2为(251.28±12.53)min[4],属中等半衰期药物。多粘菌素主要通过肾脏排出,在肾功能不全或重复投用大剂量的情况下,多粘杆菌会在组织中蓄积。在头12h内由肾脏排泄少量多粘菌素,最后,由此途径排出较多数量。关于粘杆菌素(碱或硫酸盐)清除方面的研究报道极少。牛注射了5.0mg/kg硫酸粘杆菌素后其平均全身清出率(CL)为(3.4±0.5)mL/(min·kg)[17]。老鼠静脉注射(以下简称静注)1.0mg/kg粘杆菌素的CL为(5.2±0.4)mL/(min·kg)[12]。Al Khayyat等[10]研究表明狗在肌注1.1、2.2、4.4mg/kg的硫酸粘杆菌素情况下,12h后能从尿液中分别回收0.13%、7.5%和18.5%的硫酸粘杆菌素。与上述1.1mg/kg剂量相似,老鼠尿回收率为(0.18±0.14)%[12]。
    Li等[12]对5只老鼠静注1mg/kg剂量的硫酸粘杆菌素,运用HPLC法检测了老鼠血浆和尿液中粘杆菌素A和B的动力学参数,研究结果见表1。粘杆菌素A和B的药物动力学参数如CL(P>0.25)、Vss(P>0.29)、t1/2(P>0.89)均无显著差异,但是如1.2.2所述,由于游离态粘杆菌素A和B差异很大(P<0.006),所以血浆中游离态药物清除率差异也会很大,显然,这是由于粘杆菌素A和B在结构上的细微差异(粘杆菌素A的脂肪酸多了一个-CH2基)所致。

　　综上所述,粘杆菌素(碱或硫酸盐)胃肠给药吸收不良,局部给药也不吸收,皮下或肌肉注射时易被吸收且吸收较快。它在体内分布广泛,与组织能够结合,其生物半衰期较短。粘杆菌素A和B在诸多药代动力学特性方面无显著差异。
2　药物效应学
   关于粘杆菌素(硫酸盐)的药效学方面研究很少,特别是对多重耐药性病原菌铜绿假单胞菌。Li等[16]研究了硫酸粘杆菌素拮抗铜绿假单胞菌的离体药效学,包括最小抑菌浓度(MIC),杀菌动力学和抗生素后效应(PAE)等方面的研究。对于敏感性菌株,硫酸粘杆菌素的最小抑制浓度为1～4mg/L,但是甲烷磺酸粘杆菌素的MIC相对较高,为4～16mg/L。结合其他关于拮抗铜绿假单胞菌的实验[17],硫酸粘杆菌素的活性是甲烷磺酸粘杆菌素的2～4倍。在(0.5～64)倍MIC浓度范围内,Li等[16]对铜绿假单胞菌两株临床分离种和铜绿假单胞菌ATCC27853进行杀菌动力学研究实验。硫酸粘杆菌素杀菌迅速,浓度为64倍MIC情况下5min能够完全杀死病菌。对三株病菌进行15min的药物处理,在16倍MIC浓度下,PAE为2～3h。
    对CF病人施用一定剂量粘杆菌素后,血浆中未结合态的药物最高浓度[15]稍低于离体试验(对分离自CF病人的铜绿假单胞菌的抑菌试验)的MIC[16],粘杆菌素的总浓度明显低于16倍MIC(64～256mg/L),24h内不能完全根除铜绿假单胞菌,并且PAE不显著。另外,病菌长时间处于低浓度的粘杆菌素中,有可能增长其耐药性,因此,CF病人每天静注的剂量须高于3～5mg/kg,才能保证甲烷磺酸粘杆菌素的功效。医生建议少次多量地使用粘杆菌素(如每天仅一到二次),并配用其他抗生素如氨基糖苷类抗生素(aminoglycosides)是治疗铜绿假单胞菌的有效方法。勿庸置疑的是,硫酸粘杆菌素对铜绿假单胞菌不同种的最小抑制浓度差异很大,因此试验中应考虑多方面的因素。至今,CF病人唾液中粘杆菌素的浓度与治疗结果的关系未明确,血浆中药物浓度与治疗结果的关系也不明确。所以,为了增强其抗菌作用和延缓耐药性的产生,少次多量地施药是非常有前景的方法。有关粘杆菌素药代学/药效学方面必须开展系统的研究,才能为合理的施药提供帮助。Montero等[18]研究表明粘杆菌素与亚胺培南(imipenem)、舒巴坦(sulbactam)、妥布霉素(tobra mycin)和利福平(rifampin)协同作用于肺炎,其抗菌作用相对较弱。但是,对于治疗由多重耐药性病菌鲍氏不动杆菌(Acinetobacterbaumannii)引起的感染,无论离体还是活体,粘杆菌素都是非常有应用前景的一种药物[19]。
3　结语
    硫酸粘杆菌素对革兰氏阴性致病菌有非常强的抗菌作用,目前被广泛用于治疗因多重耐药性病菌引起的囊性纤维性变、败血病、伤口感染、尿道感染和呼吸系统感染等。有关硫酸粘杆菌素的药理学方面,国外学者已作了较广泛、深入的研究,而国内则刚刚起步。借鉴国外粘杆菌素药动学研究方法与经验,对提高我国粘杆菌素药动学研究水平十分必要。药动学的特征参数,如吸收、分布和消除半衰期、曲线下面积和总体清除率等是选择药物种类、用药剂型、剂量和用药周期以及确定休药期的重要依据,为药物的科学使用和安全监控与管理提供理论指导。今后我国粘杆菌素药动学研究的发展方向可从以下几方面着手:(1)粘杆菌素在不同生物体内代谢动力学差异性研究;(2)研究环境因子(如温度、盐度、溶解氧等)对粘杆菌素药动学影响;(3)进一步研究粘杆菌素在生物体内生物转化及代谢产物在生物体内的代谢和消除规律;(4)深入开展粘杆菌素药动学与药效学、毒理学的同步研究,全面评价粘杆菌素效用。
参考文献:略