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Copyright©2009byXumingDengAllrightsreserved.中药成分抗耐药酶的基础和应用研究邓旭明吉林大学动物医学学院2017.08.27郑州一、背景背景介绍一、背景病原微生物1.固有耐药性2.突变耐药性（诱导突变、自发突变）3.获得耐药性（转化、转导、接合、转座）遗传变异细菌耐药性是微生物的一种天然抗生现象1.细菌耐药性的产生一、背景1.细菌耐药性的产生绝大多数抗生素进入临床后期都会产生相应的耐药菌被杀死的病原菌存活的病原菌抗生素耐药菌一、背景1.细菌耐药性的产生抗生素的不合理使用促进了耐药性的产生一、背景传统抗生素对病原菌选择压力大，易诱导耐药性传统抗生素作用机制Walsh.(2003)耐药菌新的或更多的抗生素一、背景新药研发的速度赶不上耐药性发生和发展的速度一、背景耐药性的发展终将导致人类无药可用超级耐药菌1.细菌耐药性的产生仅通过研发新的抗生素难以应对愈演愈烈的耐药性一、背景1.细菌耐药性的产生合理使用抗生素控制耐药性的发展降低耐药菌的毒力是控制耐药菌的另一策略针对耐药机制进行抑制剂研发一、背景2.细菌耐药性的机制表型改变产生耐药酶类改变靶位结构改变膜通透性改变代谢途径一、背景靶位修饰后与抗菌药亲和力降低，如林可胺类合成替代靶蛋白，如耐甲氧西林金葡菌（MRSA）2.细菌耐药性的机制改变靶位结构：一、背景降低细胞壁的渗透性和细胞膜的通透性（水通道蛋白缺乏）、转运系统减少、主动外排系统增加见于喹诺酮类、大环内酯类等2.细菌耐药性的机制改变膜通透性：一、背景二氢蝶酸合成酶生成增多、直接利用外源性叶酸见于磺胺类耐药2.细菌耐药性的机制改变代谢途径：一、背景耐药酶是细菌产生耐药性最主要的方式常见的耐药酶包括：β-内酰胺酶(BLA)、氯霉素乙酰转移酶、氨基糖苷类钝化酶及修饰酶等2.细菌耐药性的机制产生耐药酶：一、背景一、背景NDM-11MCR-12耐药酶在细菌的感染过程中发挥极其重要的作用抗感染不仅依赖于对病原菌本身的抑制或杀灭作用，也依赖于对其毒力因子的干预作用3.重要耐药酶一、背景一、背景以毒力因子为靶标的药物研发受到关注祖国医学认为，任何疾病的产生都离不开内因和外因。《灵素节注类编》曰：“方脉所主，病证多端，总其纲要，不出外感、内伤两门。”内因主要是指人体正气虚衰，脏腑失调，气血失和以及七情内伤；外因指六淫之邪和疫戾之气，当人体正气虚衰，邪气乘虚而入会导致疾病的发生。所谓“邪之所凑，其气必虚”。传统中医药学虽无感染和抗感染一类现代医药学的文字记载,但有关卫外机能不固，六淫、疫疠之气等外邪引起的伤寒、时病和散寒、清热、解毒等治法实已包含有现代医药学感染和抗感染的内容。一、背景2010年中国兽药典共收录成方制剂191个，其中103个具有不同程度抗感染的作用，占总数的53.9%。目前临床常见的疾病以呼吸系统疾病和消化泌尿系统疾病为主，2010药典收录的成方中，总计73种成方针对这3类疾病，占抗感染方剂的70.9%46%0%38%16%54%呼吸消化泌尿系统疾病其他疾病抗感染成方制剂非抗感染成方制剂一、背景抗感染方剂用药212味,共有13类药,药物出现总频次为756次。解表药、清热药、祛湿药、化痰止咳平喘药、补虚药是构成治疗感染性疾病的主要药物,出现频率明显高于其它种类的药物。其中,仅在成方功能中提到清热的就有54个方剂，占药典方剂总数的28.3%，占抗感染方剂的52.4%。清热药又以清热解毒、清热燥湿、清热泻火、清热凉血药为主;祛湿药以利湿药为主;补虚药以补气药为主。由药物反推病证,可见目前对于感染性疾病的防治主要是从祛除表邪、热邪、湿邪、化痰止咳平喘和改善机体状态几方面入手的，即在抵御外感的同时，调节内因，提高机体正气，达到治疗疾病的效果。因此中医用药主要包括调节机体主动抗感染和药物抗感染作用,着重体现中医整体观念和辨证施治的特征。一、背景作用机制尚不明确药理效果明确细菌寄生虫病毒中药目前，中药对病原微生物，尤其是细菌，的药效学得到广泛的研究，其主要研究热点为抑制或杀灭病原微生物的活性，但是其作用机制尚不明确。中药抗细菌性感染的机制尚不明确一、背景一、背景中药抗感染机制可能不是依赖于其抑菌或杀菌途径抗感染抑菌或杀菌活性？？？中药单体的血浆浓度中药单体对病原菌的最小抑菌浓度vs一、背景中药及其化学成分抗感染潜在策略：抗毒力宿主病原菌中药Kosteretal.(2014)耐药酶抑菌杀菌机体作用1、揭示了中药耐药性低的机制传统抗生素有效，但选择压力大表面蛋白外毒素耐药基因毒力因子非生命所必须成分，故选择压力小Cegelskietal.(2008)Walshetal.(2003)中药中药毒力因子选择压力小耐药性低一、背景-中药抗病原菌感染的总结中药与免疫系统的双重作用下更有效的清除病原菌传统抗生素作用效果差中药中药解除细菌耐药性抗毒力免疫系统双重作用有效清除2、抗毒力中药可协同机体免疫系统防治耐药菌感染一、背景-中药抗病原菌感染的总结传统抗生素中药（抗毒力）直接以病原菌为靶标，抑制或者杀灭病原菌为目的，效果更快，但更容易导致耐药性的发生和发展以病原菌的毒力因子为靶标，降低细菌的耐药性及致病力，使得宿主的免疫系统更有效和更快的清除病原菌而发挥其干预感染过程的作用效果。需要机体免疫系统的参与药效慢3、揭示了中药药效比传统抗生素慢的机制病原菌免疫系统一、背景-中药抗病原菌感染的总结4、天然化合物作用效果具有特异性针对不同耐药酶，中药复方或许需要作出相应的改变厚朴酚NDM-1TEM-1一、背景-中药抗病原菌感染的总结5、天然化合物作用靶标具有多样性某些天然化合物可能具有抗不同耐药酶的作用化合物BNDM-1MCR-1小分子与耐药酶结合：非化学键，结合力低，与空间结构相关一、背景-中药抗病原菌感染的总结中西联合用药减少用药量降低耐药性延长使用寿命Inaddition,theseanti-virulencedrugscouldpotentiallybeusedincombinationwithestablishedornovelantimicrobialsinasynergisticmannertoextendthelifespanofthesedrugs.RaskoDA,SperandioV.Anti-virulencestrategiestocombatbacteria-mediateddisease.NatRevDrugDiscov.2010Feb;9(2):117-28.6、为中西联合用药提供理论基础一、背景-中药抗病原菌感染的总结现代医学的发展为针对特定病原菌的特定毒力因子设计抗毒力中药提供可能传统中医何种致病菌？何种毒力因子？中药方剂现代医学致病菌耐药机制和致病机制的透彻研究抗毒力中药7、现代医学发展为抗毒力中药临床应用提供可能性一、背景-中药抗病原菌感染的总结8、为中药新药研发奠定了基础药效作用机制药动中药单体血浆浓度中药单体对病原菌的MIC值一、背景-中药抗病原菌感染的总结9、中药抗毒力药物未来应用前景可行：1）沙门氏菌感染（鸡白痢）2）产气荚膜梭菌感染（鸡坏死性肠炎）3）肺炎（金葡菌或肺炎链球菌）部分可行4）NDM-1阳性菌感染5）金葡菌或链球菌等革兰氏阳性菌感染6）奶牛乳房炎一、背景-中药抗病原菌感染的总结10、客观看待中药抗细菌性感染的应用尚无证据表明中药天然化合物对菌血症或败血症有效临床应用限制：黄酮类化合物水溶性差，口服生物利用度低一、背景-中药抗病原菌感染的总结二、中药对耐药酶作用的研究中药对耐药酶作用的研究二、中药对耐药酶作用的研究1.天然化合物对部分BLA抑制活性的研究β-内酰胺酶(BLA)是最重要的一类耐药酶，也是最早最经典的耐药形式，主要见于肠杆菌科细菌BLA首次发现于青霉素临床应用之前BLA能够与β-内酰胺环上的羰基共价结合，水解酰胺键，使β-内酰胺类抗生素开环失活。二、中药对耐药酶作用的研究1.天然化合物对部分BLA抑制活性的研究β-内酰胺酶的分类：Ambler法：根据氨基酸序列的同源性分为A-D的四类Bush-Jacoby-Medeiros法：根据底物和抑制剂的构型分成1-4的四组二、中药对耐药酶作用的研究成功建立BLA抑制剂筛选平台1.天然化合物对部分BLA抑制活性的研究已成功筛选到部分抑制剂，可显著抑制β-内酰胺酶的生物学活性天然化合物抑制浓度抑制率靶点C132μg/ml71%金葡菌B类BLAC232μg/ml73%金葡菌B类BLAC38μg/ml83%大肠菌株A、C类BLA除NDM-1外，本课题组还进行了其他BLA抑制剂的筛选工作二、中药对耐药酶作用的研究成功建立BLA抑制剂筛选平台所得抑制剂与青霉素联用可产生显著的协同效果（FICI≤1/2时为协同效果）天然化合物FICI联用浓度抗生素靶点C11/1632μg/ml青霉素金葡菌B类BLAC21/1632μg/ml青霉素金葡菌B类BLAC31/328μg/ml青霉素大肠菌株A、C类BLA1.天然化合物对部分BLA抑制活性的研究二、中药对耐药酶作用的研究2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究Monolekha,2013MichaelP.S.Booth，2015Alain,2016DavidA,2013ClassAClassBClassCClassDNDM-1二、中药对耐药酶作用的研究2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究新德里β-内酰胺酶-1（NDM-1）是2008年在印度新德里首次报道发现的一种金属β-内酰胺酶（MBLs），由位于质粒的blaNDM-1基因编码。NDM-1活性中心含有一或两个Zn2+，能水解除单环类（氨曲南）以外的全部β-内酰胺类抗生素。二、中药对耐药酶作用的研究2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究NDM-1基因可通过质粒在不同菌株之间传播，使得大量原本对常规抗生素敏感的细菌也迅速获得强大的耐药性。且NDM-1通过突变可不断产生新的MBLs，加剧了细菌耐药性的产生。耐药基因在不同菌株间迅速传播二、中药对耐药酶作用的研究2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究目前，携带NDM-1基因的耐药菌对除替加环素、多粘菌素外的所有抗生素均具不同程度耐药性对绝大多数抗生素均不敏感的超级细菌二、中药对耐药酶作用的研究2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究β-内酰胺类抗生素是临床中最为常用的抗生素β-内酰胺酶耐药菌株分泌治疗失效β-内酰胺药物NDM-1的出现严重影响了β-内酰胺类抗生素的应用二、中药对耐药酶作用的研究2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究碳青霉烯类抗生素是抗菌谱最广、抗菌活性最强的非典型β-内酰胺类抗生素，对绝大多数BLA稳定，是治疗肠肝菌科严重感染的“最后防线”。NDM-1的出现同样威胁到碳青霉烯类抗生素的使用。抗生素在与细菌耐药性的博弈中已处于下风二、中药对耐药酶作用的研究成功建立NDM-1抑制剂筛选平台筛选β-内酰胺酶抑制剂2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究天然化合物评价协同抑菌效果与抗生素联用体外酶抑制试验二、中药对耐药酶作用的研究筛选得到厚朴酚作为NDM-1抑制剂2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究二、中药对耐药酶作用的研究厚朴酚对NDM-1阳性大肠杆菌生长无显著影响2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究二、中药对耐药酶作用的研究厚朴酚与美罗培南联用能够恢复抗生素的抗菌活性2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究菌株美罗培南厚朴酚美罗培南联用厚朴酚NDM-1阳性大肠杆菌3210248(4)受试化合物对NDM-1阳性大肠杆菌MIC值（μg/mL）美罗培南与厚朴酚联用，其MIC值降低了四倍FICI指数=0.281，提示二者具有协同作用二、中药对耐药酶作用的研究厚朴酚联用美罗培南可完全杀灭NDM-1阳性菌2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究二、中药对耐药酶作用的研究联合用药能够显著提高感染NDM-1阳性大肠杆菌感染小鼠的存活率2.天然化合物对NDM-1抑制活性的研究二、中药对耐药酶作用的研究降低感