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探析抗菌药诱导的内毒素释放作用
摘要: 一些实验研究及临床资料证明,有些抗菌药尤其是β-内酰胺类抗生素在治疗革兰氏阴性菌感染时,有诱导大量内毒素释放的副作用,在临床上可能引起或加重内毒素血症。不同类型抗菌药诱导内毒素释放的程度与其对不同类型青霉素结合蛋白(PBP)的亲和性有关,抗菌药与PBP3或PBP2结合所造成的内毒素释放的量较高。因此在抗菌药的研究设计中,除了要考虑其杀菌效力外,还应考虑可能诱导内毒素释放的问题。在败血症治疗中也应采取合理的治疗方案,以防止或减轻内毒素血症的发生。关键词: 抗菌药 内毒素 青霉素结合蛋白
内毒素是革兰氏阴性菌细胞壁外膜中的脂多糖成分,具有广泛的生物活性。内毒素对机体造成双重影响:少量内毒素刺激机体时,能增强特异性及非特异性免疫力,诱导产生干扰素等;而大量内毒素进入机体循环时,可造成广泛而强烈的病理反应,如弥漫性血管内凝血、多器官功能衰竭及休克等。内毒素在革兰氏阴性杆菌引起的感染性休克中起着关键作用[1－3]。对于革兰氏阴性菌败血症病人,有些广谱抗菌药能有效地控制菌血症,但是临床资料证明病人的死亡率仍然很高,其原因可能与抗菌药诱导细菌释放内毒素有关[4,5]。由于在抗菌药治疗的过程中,随着细菌的裂解,内毒素从细菌的细胞壁外膜释放后进入血液循环,因而可能加重内毒素血症,从而促进一系列的炎症反应,造成机体严重而广泛的病理损伤。
1 抗菌药诱导的内毒素释放
在体外细菌培养系统中,已发现多种抗菌药如β-内酰胺类[6~8]、氨基糖苷类[9]、氟喹诺酮类药物[10]等均能引起不同程度的内毒素释放,其中β-内酰胺类抗生素(如氨苄西林,头孢噻肟,头孢他啶,氨曲南等)能诱导多种细菌包括野生菌和突变菌(如大肠埃希氏菌,铜绿假单胞菌[6~8],肺炎克雷伯氏菌[11],流感嗜血菌[12]等)释放大量的内毒素,在这些抗菌药处理的细菌培养上清液中能检测到内毒素含量比无抗菌药处理者高几倍甚至几十倍。β-内酰胺类抗生素诱导的内毒素释放常常与其造成的细菌溶解伴随发生,并与细菌溶解程度有一定关系。内毒素-细胞因子级联反应所造成的全身炎症过程是发生内毒素休克的重要环节。抗菌药作用于细菌后,由于细菌裂解及伴随的内毒素释放到培养上清液中,其上清液可刺激巨噬细胞及血管内皮细胞等产生大量的肿瘤坏死因子(TNF)和白细胞介素-6(IL-6)[13~15],这些炎性因子的大量产生可促进内毒素休克的发生。
有些动物体内实验可观察到与体外实验一致的结果。给大肠埃希氏菌性腹膜炎家兔注射庆大霉素后,动物血液中细菌数量急剧减少,但血浆中内毒素含量较未治疗者明显增高[9]。用氨苄西林治疗幼年大鼠流感嗜血菌性腹膜炎,造成较多的内毒素释放入血液循环[12]。烧伤后感染肺炎克雷伯氏菌的败血症小鼠,经头孢他啶、氨曲南、亚胺培南治疗后,小鼠血液中内毒素含量明显增高,同时内毒素激活巨噬细胞产生大量的IL-6[16]。大肠埃希氏菌性脑膜炎家兔,经美罗培南和头孢噻肟治疗后,在脑脊液中可检测到高含量的内毒素,同时脑脊液中TNF浓度也增高[17]。不同类型的抗菌药所诱导的内毒素释放水平有所不同,如拉氧头孢对菌血症的清除作用与庆大霉素相似,但其诱导内毒素释放的量比庆大霉素高20倍[18]。用D-半乳糖胺处理小鼠后,再造成大肠埃希氏菌性腹膜炎模型,发现用头孢他啶治疗比用亚胺培南治疗引起更多的小鼠死亡,推测头孢他啶诱导更多的内毒素释放[19]。
虽然动物体内的研究结果不能外推到人,但这些研究证据提示了抗菌药促进内毒素释放,加重内毒素血症的可能性。有些革兰氏阴性菌败血症患者在接受抗菌药治疗后,尽管血液中细菌数减少或消失,但大部分病人呈现血浆中游离及总内毒素含量增高(游离内毒素含量升高2~50倍)[5,20]。流感嗜血菌感染的脑膜炎患儿,在接受头孢他啶治疗后,所有患儿脑脊液中游
离内毒素含量均增高,同时脑脊液中乳酸盐及乳酸脱氢酶增高及葡萄糖下降,提示内毒素增高导致炎症加重[21]。用抗菌药治疗泌尿系感染后,尿液培养显示细菌数下降,但尿中内毒素含量却明显增高。内毒素释放的程度与所用的抗菌药种类有关,其中β-内酰胺类抗生素所造成的内毒素增高更为明显[22]。这些临床资料表明,革兰氏阴性菌败血症患者经有些抗菌药治疗后,病人的菌血症减轻,但内毒素血症改善不明显或反而加重,这可能是病人高死亡率的原因之一。
2 青霉素结合蛋白与抗菌药诱导的内毒素释放
青霉素结合蛋白(PBP)是存在于革兰氏阴性杆菌细胞浆膜外周间隙中的一类酶蛋白质。有些抗菌药如β-内酰胺类抗生素的抑菌作用机制就在于与PBP结合,使其活性受到抑制,从而引起细胞壁肽聚糖的合成受阻及细菌内溶解酶的激活,因而造成菌体裂解和死亡。但与此同时,细胞壁外膜上的内毒素可能被释放出来[23,24]。不同类型的抗菌药诱导内毒素释放的能力与其对不同PBP的亲和力有关。抗菌药与PBP1结合可造成细菌快速溶解;而抑制PBP2则使杆菌生长成球形体;抑制PBP3则使细菌生长成长丝状。
主要结合于PBP2和PBP1的抗菌药(如亚胺培南)作用于革兰氏阴性杆菌后,能很快引起内毒素释放(与细菌作用后1－2h);而主要结合于PBP3的抗菌药(如头孢噻肟,头孢他啶,氨曲南等)诱导内毒素的释放较晚(作用后4h左右)[7]。实验证明PBP3抑制剂比PBP2抑制剂所造成的内毒素释放量要高得多[6],这是由于与PBP3结合抑制了细菌隔膜的形成,从而使细菌生长成长丝状,因此细菌的质量变大及内毒素的合成不断增高[8]。一般来说,每种β-内酰胺类抗生素不仅仅作用于一种PBP,与何种PBP结合与所用剂量有关。例如,所谓的PBP3抑制剂(如头孢噻肟,头孢他啶)在较低浓度(≤最低抑菌浓度)时,主要与PBP3结合,诱导细菌长丝形成;而在较高浓度时,则对PBP1有较高的亲和力,因而造成细菌快速溶解。主要作用于PBP3的抗菌药在低于最低抑菌浓度时,仍能诱导大量的内毒素释放而不伴有明显的细菌溶解,此时内毒素的释放产生于长丝形成时非溶解性细胞壁损伤[7]。
3 防止抗菌药诱导的内毒素释放
菌血症和内毒素血症是革兰氏阴性菌败血症的两大致死状态。除了要用强力、高效抗菌药控制菌血症外,防止治疗过程中的内毒素释放是降低病人死亡率的重要一环。研究表明,抗菌药引起的细菌裂解与其诱导的内毒素释放有明显的关系,由于释放出的可溶性内毒素的活性比其固着于菌体时的活性要高得多,一旦大量的内毒素从菌体释放到血液或体液中,将会产生强烈的毒性反应。有些杀菌性抗菌药(如β-内酰胺类抗生素)的杀菌作用就是通过影响细菌细胞壁的合成,从而造成细胞壁缺陷,随之导致细菌裂解而实现的。因此,对于这些抗菌药来说,清除菌血症和可能诱导的内毒素血症成为治疗败血症过程中的矛盾。只有将这对矛盾合理地解决,才能降低病人的死亡率。
内毒素是具有多价阴离子特性的大分子物质,有些阳离子多肽能与之结合,并降低其毒性[25~27]。近年的研究发现,在传统中药中有着药用历史的鸡蛋清中含有一种多肽——蛋清溶菌酶,是一种富含阳离子的白质,这种蛋白质与β
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