王興梅 綜述 劉亞君，陳濤 審校

遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，貴州 遵義 563003

感染性疾病是指病原微生物如細(xì)菌、病毒、真菌、寄生蟲(chóng)等侵襲人體引起的局部或全身炎癥反應(yīng)，威脅人類(lèi)健康，嚴(yán)重感染甚至可危及生命；而其中細(xì)菌感染最為常見(jiàn)，且近年來(lái)細(xì)菌感染引起的死亡率在全球范圍內(nèi)顯著提高[1-2]。1928年，青霉素的發(fā)現(xiàn)和臨床應(yīng)用成為了現(xiàn)代抗感染的基石，此后，多種抗生素被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用于臨床。但抗生素的廣泛應(yīng)用使得多種耐藥細(xì)菌如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)、耐萬(wàn)古霉素腸球菌(VRE)、耐碳青霉烯腸桿菌科細(xì)菌(CRE)等出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致侵襲性、危及生命的感染性疾病急劇增加[2-3]。因此，新型抗生素的發(fā)現(xiàn)及運(yùn)用仍是抗感染治療的關(guān)鍵，21 世紀(jì)初，研究人員發(fā)現(xiàn)衣康酸具有抗菌作用并對(duì)其進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)衣康酸可通過(guò)多種機(jī)制發(fā)揮抑菌或殺菌作用，本文就衣康酸對(duì)細(xì)菌感染的抗感染機(jī)制及研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為臨床抗感染治療提供新策略。

1 衣康酸的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展

衣康酸亦稱(chēng)亞甲基琥珀酸，是一種白色結(jié)晶狀的有機(jī)不飽和二羧酸，具有極性高、不易滲透細(xì)胞膜的特點(diǎn)，由瑞士化學(xué)家Samuel Baup 于1836 年在檸檬酸蒸餾過(guò)程中首次發(fā)現(xiàn)，隨后在1840年首次經(jīng)化學(xué)合成途徑由順烏頭酸脫羧反應(yīng)獲得，被廣泛應(yīng)用于乳膠、塑料、樹(shù)脂等工業(yè)材料的生產(chǎn)；我國(guó)于20世紀(jì)60 年代初開(kāi)始生產(chǎn)衣康酸，利用土曲霉、黑粉菌等微生物的發(fā)酵生成，主要運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)[4-6]。隨著對(duì)衣康酸研究的深入，有研究發(fā)現(xiàn)衣康酸不僅可作為工業(yè)化合物生產(chǎn)的前體，而且可應(yīng)用于醫(yī)療及制藥。2011 年，Strelko等[7]指出具有順烏頭酸脫羧酶活性的微生物是自然界衣康酸形成的一般途徑；相比較之下，只有具有順烏頭酸脫羧酶活性或者可產(chǎn)生順烏頭酸脫羧酶同系物的哺乳動(dòng)物細(xì)胞，才具有從頭形成衣康酸能力，同年，研究人員首次在哺乳動(dòng)物免疫細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)衣康酸的生物合成；2013 年，研究人員揭示出哺乳動(dòng)物衣康酸的生物合成途徑。

2 衣康酸的結(jié)構(gòu)及功能

衣康酸為無(wú)色、無(wú)臭的白色晶體，密度為1.632，熔點(diǎn)為167℃~168℃，在真空下能升華，溶于水、乙醇、丙酮，微溶于氯仿、苯和乙醚。衣康酸的分子結(jié)構(gòu)式為CH2=C(COOH)CH2COOH，其分子內(nèi)部含有一個(gè)乙烯基和兩個(gè)羧基，性質(zhì)非?；顫?，可進(jìn)行自身間的聚合，也能與其他單體如丙烯腈等聚合；具有可再生的特點(diǎn)，在加工過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生刺激性氣味[8-9]。

衣康酸是線(xiàn)粒體三羧酸(TCA)循環(huán)產(chǎn)生的重要代謝產(chǎn)物，可作為酶抑制劑，通過(guò)直接抑制細(xì)菌異檸檬酸裂解酶發(fā)揮殺菌作用，同時(shí)也可作為宿主細(xì)胞免疫應(yīng)答基因1(immune-responsive gene 1，IRG1)、琥珀酸脫氫酶、Rab23、活性氧(reactive oxygen，ROS)的輔助因子，發(fā)揮抑菌或殺菌作用；除此之外，衣康酸可作為激活劑的一種，促進(jìn)ROS、一氧化氮(nitric oxide，NO)等抗炎癥因子的釋放[10-12]。同時(shí)有報(bào)道稱(chēng)，高濃度衣康酸在海洋軟體動(dòng)物中可通過(guò)某種特有的機(jī)制破壞相關(guān)病原體的中心碳代謝，由此完全或部分抑制病原體的生長(zhǎng)，以確保海洋軟體動(dòng)物，如貽貝等生長(zhǎng)[13]。

3 衣康酸與細(xì)菌感染的相關(guān)性

3.1 衣康酸與細(xì)菌異檸檬酸裂解酶在細(xì)菌感染中的相關(guān)性 異檸檬酸裂解酶存在于植物細(xì)胞、某些微生物細(xì)胞及一些無(wú)脊椎動(dòng)物細(xì)胞中，是參與細(xì)胞內(nèi)乙醛酸循環(huán)的關(guān)鍵酶之一。乙醛酸循環(huán)是脂類(lèi)轉(zhuǎn)化為糖類(lèi)的關(guān)鍵途徑，對(duì)結(jié)核分枝桿菌、大腸桿菌、靛藍(lán)假單胞菌等以脂肪酸或醋酸鹽等為限制碳源的細(xì)菌生存至關(guān)重要，在慢性感染階段，以脂肪酸或醋酸鹽等為限制碳源細(xì)菌內(nèi)的乙醛酸循環(huán)將顯著上調(diào)，通過(guò)脂肪酸β-氧化代謝產(chǎn)生C2底物，維持三羧酸循環(huán)[14-16]。研究表明，靛藍(lán)假單胞菌在僅以乙醇為限制碳源的生長(zhǎng)情況下，需通過(guò)驅(qū)動(dòng)乙醛酸循環(huán)將脂類(lèi)轉(zhuǎn)化為糖提供能量，而異檸檬酸裂解酶為乙醛酸循環(huán)的關(guān)鍵酶，此時(shí)加入外源性衣康酸可抑制靛藍(lán)假單胞菌生長(zhǎng)；因此衣康酸可通過(guò)抑制異檸檬酸裂解酶在細(xì)菌感染中發(fā)揮殺菌作用[10，14，17]。但在異檸檬酸裂解酶活性較低的條件下，衣康酸的釋放增加不影響鼠疫桿菌的生長(zhǎng)，表明衣康酸在細(xì)菌感染中作用與細(xì)菌異檸檬酸裂解酶機(jī)制有關(guān)，衣康酸的殺菌作用具有一定局限性，僅針對(duì)可驅(qū)動(dòng)乙醛酸循環(huán)的細(xì)菌有效[15]。

3.2 衣康酸與宿主巨噬細(xì)胞免疫應(yīng)答基1 在細(xì)菌感染中相關(guān)性 免疫應(yīng)答基1 (immune-responsive gene 1，IRG1)是順烏頭酸脫羧酶同系物的編碼基因，這種酶可催化順烏頭酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐驴邓幔c土曲霉生產(chǎn)衣康酸中催化順烏頭酸的順烏頭酸脫羧功能相近。研究發(fā)現(xiàn)IRG1主要存在于哺乳動(dòng)物巨噬細(xì)胞線(xiàn)粒體中，細(xì)菌感染時(shí)哺乳動(dòng)物巨噬細(xì)胞中IRG1 基因表達(dá)高度上調(diào)[14，18]。細(xì)菌感染機(jī)體后被體內(nèi)巨噬細(xì)胞吞噬，此時(shí)許多細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌會(huì)建立起細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)合區(qū)，以此來(lái)抵抗溶酶體的降解和體液免疫反應(yīng)的作用。而作為共同進(jìn)化的結(jié)果，巨噬細(xì)胞發(fā)展了針對(duì)細(xì)菌膜結(jié)合物及內(nèi)部細(xì)菌的策略，從而控制細(xì)菌感染[19-21]。嗜肺軍團(tuán)菌感染后被巨噬細(xì)胞吞噬，在細(xì)胞形成表皮細(xì)胞液泡(legionella-containing vacuole，LCV)，使嗜肺軍團(tuán)菌避免受到溶酶體等的攻擊；同時(shí)感染刺激脊椎動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)免疫的有效誘導(dǎo)劑I 型干擾素分泌增加，不斷誘導(dǎo)IRG1 的表達(dá)，此時(shí)含有IRG1 基因的線(xiàn)粒體在某種機(jī)制的作用下不斷向LCV靠近，并附著在LCV表面；IRG1 表達(dá)生成具有順烏頭酸脫羧酶活性的酶，催化衣康酸的產(chǎn)生，并通過(guò)某種機(jī)制將衣康酸輸送到LCV 內(nèi)，在衣康酸的作用下，靶向殺死LCV 內(nèi)細(xì)菌或抑制其復(fù)制生長(zhǎng)[14，22-23]。

3.3 衣康酸與宿主細(xì)胞琥珀酸脫氫酶在細(xì)菌感染中的相關(guān)性 琥珀酸脫氫酶是一種存在于線(xiàn)粒體內(nèi)膜上的結(jié)合酶，同時(shí)也是線(xiàn)粒體的標(biāo)志酶之一，屬于黃素酶類(lèi)，是連接氧化磷酸化和電子傳遞的樞紐之一，主要為真核細(xì)胞線(xiàn)粒體及多種原核細(xì)胞需氧和產(chǎn)能的呼吸鏈提供電子[24-25]。細(xì)菌感染時(shí)，衣康酸作為細(xì)胞內(nèi)高度上調(diào)的細(xì)胞代謝產(chǎn)物，不僅可直接作用于異檸檬酸裂解酶來(lái)發(fā)揮殺菌作用，也可以同時(shí)通過(guò)抑制線(xiàn)粒體三羧酸循環(huán)中琥珀酸脫氫酶，從而間接抑制乙醛酸循環(huán)幫助溶酶體發(fā)揮殺菌作用。有研究報(bào)道衣康酸抑制琥珀酸脫氫酶時(shí)對(duì)宿主細(xì)胞本身可能存在毒性作用。同時(shí)研究人員發(fā)現(xiàn)，衣康酸在宿主細(xì)胞內(nèi)排泄率很低，在膿毒癥患者的血漿或尿液中，或在肺部感染患者的支氣管肺泡灌洗液中，衣康酸的排泄量均無(wú)法檢測(cè)到；且研究人員通過(guò)測(cè)量線(xiàn)粒體呼吸時(shí)的特異性底物發(fā)現(xiàn)衣康酸對(duì)琥珀酸脫氫酶的抑制作用與衣康酸劑量有關(guān)[14，26]。

3.4 衣康酸與宿主細(xì)胞Rab32 在細(xì)菌感染中的相關(guān)性 Rab32 是細(xì)胞內(nèi)的一種宿主防御機(jī)制，存在于線(xiàn)粒體和細(xì)菌細(xì)胞液泡(Legionella-containing vacuole，SCV)中，Rab32GTP 酶構(gòu)成Rab32-BLOC3 代謝物傳輸途徑，有助于IRG1 酶轉(zhuǎn)運(yùn)載體的形及衣康酸的傳遞，也有助于線(xiàn)粒體與SCV 之間的附著[27-29]。傷寒沙門(mén)氏菌細(xì)菌毒素在宿主細(xì)胞中的表達(dá)需要建立SCV的環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)由于Rab32-BLOC3途徑的存在，限制了小鼠巨噬細(xì)胞中傷寒沙門(mén)氏菌的復(fù)制。在沙門(mén)氏菌感染時(shí)Rab32 與IRG1 通過(guò)某種特有機(jī)制相互作用，驅(qū)使細(xì)胞內(nèi)線(xiàn)粒體通過(guò)Rab32-BLOC3 通路與SCV 緊密附著，并將所生產(chǎn)的衣康酸通過(guò)此通路輸送到含傷寒沙門(mén)氏菌的液泡中，發(fā)揮抑菌或殺菌作用[30-32]。此外，Chen 等[32]在研究中發(fā)現(xiàn)如果損壞此通路情況下，衣康酸表達(dá)水平降低，表明在衣康酸發(fā)揮抗感染作用中Rab32的存在必不可少。

3.5 衣康酸與宿主細(xì)胞活性氧產(chǎn)生在細(xì)菌感染中的相關(guān)性 在衣康酸的刺激下，活性氧(reactive oxygen，ROS)是由磷酸戊糖途徑生成的用于合成核苷酸的前體，在NADPH 氧化酶的催化下生成ROS，同時(shí)NADPH 作為磷酸戊糖途徑的中間代謝產(chǎn)物，也可被用作產(chǎn)生ROS的底物[33-34]；在功能上，ROS在細(xì)菌感染中不僅可作為信號(hào)分子傳遞信息，而且可抑制細(xì)菌，甚至病毒、日本血吸蟲(chóng)卵的感染。研究發(fā)現(xiàn)，日本血吸蟲(chóng)和鼠傷寒沙門(mén)氏菌共同感染小鼠情況下，衣康酸激活NADPH氧化酶活性，催化ROS水平升高，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中鼠傷寒沙門(mén)氏菌的生長(zhǎng)明顯受到抑制，同時(shí)與其共同寄生的日本血吸蟲(chóng)及蟲(chóng)卵負(fù)擔(dān)減少，且衣康酸抑制寄生生長(zhǎng)的作用更明顯，即使在非常低的濃度下也能夠產(chǎn)生抑制[14，33]；推測(cè)抑制寄生生長(zhǎng)可能的機(jī)制主要還是與鼠傷寒沙門(mén)氏菌感染刺激小鼠巨噬細(xì)胞產(chǎn)生衣康酸及ROS有關(guān)[35]。

3.6 衣康酸與細(xì)菌中心碳代謝在細(xì)菌感染中的相關(guān)性 在某些細(xì)菌中，如海洋弧菌等，其存活所需能量來(lái)源主要與乙醛酸循環(huán)途徑作用有關(guān)，也是其碳代謝的中心。而乙醛酸循環(huán)是一種允許微生物利用醋酸鹽或脂肪酸等作為不同條件下生長(zhǎng)所需的碳源，一種能量產(chǎn)生途徑；已知在宿主發(fā)生感染期間，某些病原菌會(huì)上調(diào)此循環(huán)[15，36]。

研究發(fā)現(xiàn)，在海洋軟體動(dòng)物與海洋相關(guān)病原體接觸時(shí)，海洋軟體動(dòng)物體內(nèi)會(huì)合成大量衣康酸，這與哺乳動(dòng)物體內(nèi)衣康酸的產(chǎn)生不同；采用非靶向氣相色譜-質(zhì)譜(gas chromatography-mass spectrometry，GC-Ms)法來(lái)鑒定弧菌DO1(海洋弧菌中的一種)在較高濃度衣康酸作用下所產(chǎn)生的代謝變化，發(fā)現(xiàn)乙醛酸、順烏頭酸、異檸檬酸、富馬酸等均增加，這些均為乙醛酸循環(huán)所需的中間代謝產(chǎn)物，同時(shí)在此濃度衣康酸的作用下，海洋弧菌DO1 生長(zhǎng)完全或部分被抑制，研究表明衣康酸通過(guò)破壞其中心碳代謝抑制了海洋弧菌DO1的生長(zhǎng)。其中最令人驚訝的是，在抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的過(guò)程中，細(xì)菌異檸檬酸裂解酶活性是增加的，未受到高濃度衣康酸的影響，表明在海洋軟體動(dòng)物中衣康酸發(fā)揮抗菌作用的機(jī)制與哺乳動(dòng)物中不同[13，37-38]。但此類(lèi)衣康酸抗菌機(jī)制目前只在海洋軟體動(dòng)物研究中發(fā)現(xiàn)。對(duì)于此種機(jī)制研究可能會(huì)使衣康酸作為一種新型抗菌化合物用于水產(chǎn)養(yǎng)殖。

4 總結(jié)

目前研究發(fā)現(xiàn)，衣康酸在抗菌方面可發(fā)揮作用的機(jī)制相對(duì)較廣，衣康酸可通過(guò)不同代謝途徑影響細(xì)菌的生存與生長(zhǎng)，具有一定靶向性，衣康酸在未來(lái)的臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用中能否作為新型抗生素運(yùn)用于臨床還有待進(jìn)一步研究。衣康酸除抗菌作用外，其在抗真菌、病毒、甚至是支原體方面也有一定作用，但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)衣康酸抗感染的機(jī)制研究主要集中于某個(gè)酶或某種細(xì)胞因子，其具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。