郭雪穎,張志芳,萬(wàn)珈旭,高 妍,陳 祥,,徐正中,,焦新安,

由結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis,M.tb)感染引起的結(jié)核病是一種重要的人獸共患病,世界衛(wèi)生組織在其發(fā)布的《2022全球結(jié)核病報(bào)告》中指出,2021年全球新發(fā)結(jié)核病患者1 060萬(wàn),約160萬(wàn)人死于結(jié)核病,結(jié)核病的發(fā)病率在20年間首次出現(xiàn)上升[1],結(jié)核病仍然是一個(gè)威脅全球公共衛(wèi)生的重大問(wèn)題。隨著耐多藥結(jié)核病(MDR-TB)和廣泛耐藥結(jié)核病(XDR-TB)的出現(xiàn),結(jié)核病正在發(fā)展成為一種嚴(yán)重的難以治愈的疾病。盡管在過(guò)去的十年中,一些新的抗生素已經(jīng)被批準(zhǔn)用于治療MDR-TB和XDR-TB,包括貝達(dá)喹啉、德拉馬尼、利奈唑胺和普瑞瑪尼[2]。但已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了M.tb對(duì)這些藥物產(chǎn)生的耐藥性突變,而且這些藥物可能對(duì)持久性結(jié)核病沒(méi)有顯著效果。因此,迫切需要通過(guò)開(kāi)發(fā)新的藥物作用靶點(diǎn)來(lái)發(fā)現(xiàn)新的抗結(jié)核病藥物,為結(jié)核病的控制提供有效的支持。

本文綜述了當(dāng)前主要開(kāi)發(fā)的藥物靶點(diǎn),包括靶向M.tb的組分生物合成,如細(xì)胞壁生物合成、蛋白質(zhì)合成、DNA合成和鐵載體合成等,以及新發(fā)現(xiàn)的免疫代謝途徑相關(guān)的靶點(diǎn),包括能量代謝、脂類(lèi)代謝和中心碳代謝途徑等。全面了解M.tb的藥物靶點(diǎn)可以為開(kāi)發(fā)更安全和更有效的藥物提供廣泛的見(jiàn)解,并可能為結(jié)核病控制和治療提供新的思路。除了概述藥物靶點(diǎn),我們還重點(diǎn)對(duì)利用HDT來(lái)治療結(jié)核病的方法進(jìn)行了總結(jié)。與直接針對(duì)病原體M.tb不同,HDT是一種通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)宿主免疫反應(yīng)來(lái)治療結(jié)核病的方法[3],以宿主對(duì)感染的反應(yīng)為目標(biāo),并且與直接針對(duì)病原體的抗結(jié)核藥物相比,HDT更不易產(chǎn)生治療耐藥性[4]。HDT治療結(jié)核病的發(fā)展主要集中在兩種途徑:一種是調(diào)節(jié)宿主炎癥途徑,以減輕過(guò)度炎癥和肺組織損傷,保護(hù)肺功能;另一種是增強(qiáng)宿主抗M.tb感染的免疫效應(yīng)機(jī)制,以控制M.tb感染[5]。最后,HDT與當(dāng)前抗結(jié)核藥物方案的聯(lián)合使用可以縮短耐多藥結(jié)核病的治療時(shí)間,取得更好的治療結(jié)果,減少?gòu)?fù)發(fā)或再次感染的機(jī)會(huì),并有助于實(shí)現(xiàn)世界衛(wèi)生組織到2035年結(jié)束全球結(jié)核病流行的宏偉目標(biāo)[6]。

1 結(jié)核分枝桿菌組分合成和代謝相關(guān)藥物靶點(diǎn)

更好地了解M.tb的生物學(xué)特性將有助于促進(jìn)新型抗結(jié)核藥物的開(kāi)發(fā)。在這一視角下,我們對(duì)M.tb生長(zhǎng)所必需的組分進(jìn)行了分析,這些組分的生物合成涉及多個(gè)步驟和途徑,需要多種酶的活性,因此提供了豐富的潛在藥物靶點(diǎn)[7]。目前,參與M.tb細(xì)胞壁生物合成相關(guān)的靶點(diǎn)包括:M.tbMur酶[8]、L-D轉(zhuǎn)肽酶[9-10]、GlcNAc-1-P轉(zhuǎn)移酶(WecA)[11]等。另一個(gè)蛋白質(zhì)合成所需的目標(biāo)是Leucyl-tRNA合酶(LeuRS),它在細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮重要作用[12]。M.tbDNA復(fù)制過(guò)程中一個(gè)重要的蛋白質(zhì)靶點(diǎn)是DNA回旋酶,它是維持DNA超螺旋和染色體復(fù)制所必需的酶[13]。M.tb通過(guò)產(chǎn)生分枝桿菌素類(lèi)鐵載體來(lái)獲取鐵,鐵載體的產(chǎn)生對(duì)M.tb的毒力也很重要[14]。在M.tb中,鐵依賴(lài)調(diào)節(jié)蛋白(Iron-dependent regulator protein,IdeR)控制鐵載體的合成[15]。此外,靶向M.tb細(xì)胞質(zhì)的鐵螯合劑也是一種抑制M.tb生長(zhǎng)的方法[16]。

同時(shí),M.tb的代謝途徑也是藥物開(kāi)發(fā)的新靶點(diǎn),代謝途徑中的每一步都被驗(yàn)證為M.tb生存的基本功能。M.tb的代謝狀態(tài)也是藥物耐受性的一個(gè)特異性決定因素[17]。近年來(lái),M.tb的能量代謝,特別是氧化磷酸化途徑,對(duì)復(fù)制和非復(fù)制M.tb的生存能力至關(guān)重要[18],其中包括3個(gè)重要的藥物靶點(diǎn):II型NADH脫氫酶(NDH-2)、細(xì)胞色素bcc復(fù)合體和ATP合酶。而脂質(zhì)代謝和中心碳代謝,它們都是M.tb致病性的關(guān)鍵決定因素[19-20]。迄今為止,參與M.tb脂肪酸生物合成的幾種酶β-酮酰-ACP合成酶Ⅲ(FabH)、烯酰基載體蛋白還原酶(INHA)、β-酮?；鵄CP合酶(KasA)[21]和β-酮?；鵄CP合酶(KasB)[21]正在作為藥物靶點(diǎn)進(jìn)行研究。在缺乏碳水化合物的情況下,大多數(shù)微生物使用乙醛酸循環(huán)在脂肪酸或乙酸上生長(zhǎng)[22],這引起了人們對(duì)乙醛酸分流器的酶:異檸檬酸裂解酶(ICL)[12]和蘋(píng)果酸合成酶[23]作為靶標(biāo)的興趣。因此,針對(duì)M.tb組分生物合成和免疫代謝途徑可能為未來(lái)的研究和可能的藥物靶點(diǎn)開(kāi)辟新的途徑。

2 宿主導(dǎo)向治療的抗結(jié)核藥物靶點(diǎn)

與當(dāng)前常規(guī)的結(jié)核病治療方法相比,靶向宿主因子已經(jīng)成為新的結(jié)核病治療方法,稱(chēng)為宿主導(dǎo)向治療。HDT是一個(gè)新興領(lǐng)域,針對(duì)的是宿主免疫應(yīng)答機(jī)制,可能是一種有吸引力的策略來(lái)恢復(fù)或增強(qiáng)宿主的免疫防御機(jī)制[24]。HDT的目標(biāo)是最大限度地殺滅細(xì)菌,在使用傳統(tǒng)抗結(jié)核藥物的同時(shí)盡量減少肺部的炎癥和病理組織損傷[25]。目前HDT主要靶向M.tb誘導(dǎo)的一系列宿主免疫反應(yīng),如肉芽腫形成、自噬、炎癥應(yīng)答、宿主的新陳代謝和細(xì)胞內(nèi)的殺傷機(jī)制等。

2.1 靶向肉芽腫形成過(guò)程 作為結(jié)核病進(jìn)展過(guò)程中最顯著的病理特征,肺部肉芽腫的形成是由分枝桿菌和肺部的宿主因子共同驅(qū)動(dòng)的,被認(rèn)為是M.tb感染過(guò)程中免疫發(fā)病機(jī)制的中心。M.tb在肉芽腫中長(zhǎng)期存在的能力增加了M.tb利用肉芽腫作為安全庇護(hù)所的可能性,因此抑制肉芽腫形成可能成為治療結(jié)核病的一種有效的HDT方法[6]。有證據(jù)表明,基質(zhì)金屬蛋白酶(Tissue-degrading matrix metalloproteinases,MMPs)是降解和調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的酶,能夠促使新的巨噬細(xì)胞招募到肉芽腫中[24],在肉芽腫的發(fā)展中十分關(guān)鍵[26],特別是MMP-1、-3和-9,是結(jié)核病相關(guān)肺損傷的主要驅(qū)動(dòng)因素[27-28]。通過(guò)抑制多種MMPs可以避免組織降解,減少結(jié)核病期間肺組織的破壞,因此抑制MMPs活性是一種有前途的HDT策略[29]。MMPs抑制劑在臨床前的研究很有前景,但在癌癥的III期臨床試驗(yàn)中遭遇失敗,主要原因是其嚴(yán)重的副作用,缺乏靶向特異性,以及對(duì)MMPs在疾病中的功能認(rèn)識(shí)不足[30-31]。目前高特異性的第3代MMPs抑制劑的開(kāi)發(fā)可能會(huì)緩解這些脫靶效應(yīng),所以它仍然是有希望的候選藥物。有報(bào)道顯示,趨化因子腫瘤壞死因子-α(Tumor necrosis factor α,TNF-α),在肉芽腫形成和維持其完整性中起著關(guān)鍵作用[32],是誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞殺傷活性所必需的物質(zhì),是結(jié)核病肺損傷的重要驅(qū)動(dòng)因素。抑制TNF-α?xí)茐娜庋磕[的完整性,進(jìn)而增強(qiáng)抗結(jié)核藥物的反應(yīng)并改善肺部病理情況,并且抑制TNF-α活性已成功用于治療炎癥性疾病[33],因此阻斷TNF-α的活性已被探索為一種潛在的宿主導(dǎo)向治療結(jié)核病的方法[34]。然而,使用TNF-α抑制劑的安全風(fēng)險(xiǎn)也已在人體研究中得到證實(shí),在慢性炎癥疾病中接受TNF-α抑制劑的患者可能會(huì)出現(xiàn)結(jié)核病的再激活[24]。因此,還需要更多的研究來(lái)提高TNF-α抑制劑的安全性。此外,M.tb感染導(dǎo)致宿主血管系統(tǒng)重構(gòu),在肉芽腫周?chē)尚碌难堋Ｈ欢?結(jié)節(jié)性肉芽腫的血管系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和形態(tài)上都異常,這有利于分枝桿菌的生存和生長(zhǎng),因此抑制血管生成是HDT的一個(gè)重要的靶點(diǎn)。血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(Vascular endothelial growth factor,VEGF),它促進(jìn)異常的血管生成并導(dǎo)致缺氧微環(huán)境,通過(guò)抑制VEGF可促進(jìn)血管結(jié)構(gòu)正?；p少缺氧,促進(jìn)現(xiàn)有抗結(jié)核藥物的滲透和療效,并有可能縮短結(jié)核病的治療時(shí)間[35-36]。通過(guò)體外刺激試驗(yàn)測(cè)量潛伏感染肺結(jié)核的成人和兒童血液中的VEGF水平,表明VEGF可能提供一個(gè)向活動(dòng)性肺結(jié)核疾病進(jìn)展的潛在生物標(biāo)志物[37]。

2.2 靶向自噬途徑 在細(xì)胞內(nèi)存在M.tb的情況下,自噬作為一種先天防御機(jī)制被啟動(dòng),巨噬細(xì)胞利用自噬來(lái)限制M.tb的復(fù)制和生存,并將抗原呈現(xiàn)給其他免疫細(xì)胞。但M.tb駐留在巨噬細(xì)胞的吞噬小體中并進(jìn)行復(fù)制,通過(guò)抑制吞噬小體融合來(lái)逃避自噬,從而增加其存活率,因此誘導(dǎo)自噬將是一個(gè)有吸引力的HDT策略。自噬誘導(dǎo)的一種方式是抑制表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)介導(dǎo)的酪氨酸激酶信號(hào)級(jí)聯(lián)[32],當(dāng)給予EGFR抑制劑時(shí),能夠降低巨噬細(xì)胞和小鼠模型中M.tb的生長(zhǎng)和復(fù)制,因此,通過(guò)抑制EGFR激活自噬可能是一種有希望的HDT途徑[29]。另一個(gè)可能的靶點(diǎn)是NAD+依賴(lài)的組蛋白去乙?；竤irtuin 1(SIRT-1),最近被證明在M.tb感染期間下調(diào),但對(duì)控制細(xì)菌復(fù)制很重要[38]。SIRT-1激活劑可誘導(dǎo)吞噬溶酶體融合和自噬,限制M.tb在體內(nèi)和體外的生長(zhǎng)[39]。最近的研究報(bào)道顯示,一些模式識(shí)別受體(Pattern recognition receptors,PRRs)如Toll樣受體,能夠激活自噬,提高宿主對(duì)病原體的防御[3],并且PRRs可以識(shí)別分枝桿菌表達(dá)的病原體相關(guān)分子模式,以啟動(dòng)吞噬作用[26,40]。M.tb逃避和調(diào)節(jié)PRRs信號(hào)以促進(jìn)允許性巨噬細(xì)胞的招募,并操縱宿主適應(yīng)性免疫應(yīng)答[39],因此將PRRs定位為潛在的HDT靶點(diǎn)可以對(duì)抗M.tb感染。研究表明,哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin,mTOR)是自噬的負(fù)調(diào)控因子[41],通常mTOR在細(xì)胞應(yīng)激(即缺氧和饑餓)條件下失活,從而誘導(dǎo)自噬[35],增加巨噬細(xì)胞對(duì)抗M.tb感染的能力[42],因此,治療結(jié)核病的主要策略之一是直接抑制mTOR的活性。另外,腺苷一磷酸活化蛋白激酶(AMPK)是一種關(guān)鍵的代謝和能量調(diào)節(jié)因子,大量研究表明AMPK信號(hào)通路在自噬激活中具有積極作用,激活的AMPK通過(guò)抑制mTOR(自噬誘導(dǎo)的抑制因子)或激活自噬啟動(dòng)因子ULK1/2來(lái)促進(jìn)自噬[43-45]?？偠灾?盡管誘導(dǎo)自噬對(duì)抗結(jié)核病的HDT具有潛在的優(yōu)勢(shì),但關(guān)于自噬激活增強(qiáng)宿主細(xì)胞中對(duì)M.tb復(fù)制限制的詳細(xì)分子機(jī)制仍存在許多挑戰(zhàn),值得我們深入探究。

2.3 靶向炎癥反應(yīng) 炎癥應(yīng)答是免疫系統(tǒng)清除病原體和修復(fù)受損組織的一種防御機(jī)制,調(diào)節(jié)炎癥過(guò)程也可能為耐藥結(jié)核病的治療提供理想的方法[37]。由于宿主促炎反應(yīng)和抗炎反應(yīng)之間的平衡對(duì)分枝桿菌的控制和肺部病理都至關(guān)重要,因此通過(guò)HDT靶向炎癥反應(yīng)成為一種有效的治療策略。例如,宿主炎癥平衡受到脂質(zhì)A4(Lipoxin A4,LXA4)和白三烯B4(Leukotriene B4,LTB4)水平的影響,LXA4的升高有助于維持炎癥平衡,并在控制結(jié)核病進(jìn)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用,而LTB4則會(huì)引起過(guò)度炎癥并增加疾病的嚴(yán)重程度[32,29]。因此,促進(jìn)LXA4的產(chǎn)生,進(jìn)而抑制中性粒細(xì)胞的遷移和TNF-α的產(chǎn)生,能夠調(diào)節(jié)M.tb感染過(guò)程中的炎癥性肺部病理,提高治療效果[46]。另外,前列腺素E2(Prostaglandin E2,PGE2),可以防止壞死和巨噬細(xì)胞凋亡[47],能夠同時(shí)影響炎癥反應(yīng)和抗炎反應(yīng),并抑制分枝桿菌的吞噬和殺傷[3]。PGE2和LTB4分別是免疫抑制因子和免疫刺激因子,它們之間的平衡在消除M.tb而不損害組織方面十分重要[26],結(jié)核病患者PGE2/LTA4(LTA4是LTB4的前體)比值普遍降低,因此加強(qiáng)PGE2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)或阻斷LTA4/LTB4的產(chǎn)生,都能改善宿主生存質(zhì)量,同時(shí)減少M(fèi).tb感染小鼠的細(xì)菌負(fù)荷和肺損傷[48]。而其他參與調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的物質(zhì),包括細(xì)胞因子(如IL-10)和骨髓源性抑制細(xì)胞(MDSCs)[27],都能減弱炎癥反應(yīng),控制結(jié)核病的進(jìn)展。

2.4 靶向新陳代謝途徑 免疫代謝是定義宿主和M.tb病原體之間密切關(guān)系的關(guān)鍵特征之一,明確了解這些相互作用對(duì)于限制結(jié)核病的發(fā)展至關(guān)重要[49]。M.tb利用宿主的新陳代謝,來(lái)逃避免疫監(jiān)視,調(diào)節(jié)各種反應(yīng),破壞宿主的活動(dòng),以促進(jìn)其自身的生存。因此,靶向宿主的新陳代謝可能是一種根除M.tb有效的新型HDT途徑。在一項(xiàng)研究中,糖酵解條件下的環(huán)境有利于M.tb的生長(zhǎng),抑制糖酵解降低了M.tb的生存能力,并導(dǎo)致ATP消耗誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡[26]。乳酸脫氫酶A(lactatedehydrogenase,LDHA),在糖酵解過(guò)程中將丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸[4],抑制LDHA可以減少細(xì)菌負(fù)荷和肉芽腫壞死病變的發(fā)展,表明LDHA在疾病驅(qū)動(dòng)中的重要作用,并作為HDT的潛在靶點(diǎn)[6,50]。另外,膽固醇是體內(nèi)M.tb的首選碳源[40],膽固醇的合成可產(chǎn)生維持M.tb生長(zhǎng)所需的脂滴成分(lipid droplets,LD)[47],M.tb可以利用宿主膽固醇維持持續(xù)的慢性感染[24],因此,抑制膽固醇生物合成途徑被認(rèn)為是一種保護(hù)宿主免受M.tb感染的HDT。通過(guò)促進(jìn)吞噬小體成熟,降低吞噬體膜內(nèi)的膽固醇水平,進(jìn)而激活宿主誘導(dǎo)的自噬,自噬通過(guò)將儲(chǔ)存在LD中的膽固醇酯傳遞到溶酶體來(lái)抑制LD積累,從而促進(jìn)脂質(zhì)分解代謝,提高結(jié)核病的治療效果[13,25,47]。而微量營(yíng)養(yǎng)素,如維生素,在宿主抗菌免疫中的作用已引起越來(lái)越多的關(guān)注。由于維生素D在自噬過(guò)程中是必需的,它被認(rèn)為是抗真菌宿主防御的必要物質(zhì),因此是一種有趣的HDT候選物質(zhì)[32]。除了通過(guò)多種作用(包括自噬誘導(dǎo))上調(diào)先天免疫功能外,維生素D還通過(guò)下調(diào)促炎細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生、增加抗炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生和干擾T細(xì)胞反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)炎癥宿主反應(yīng)[25]。此外,維生素B1和B5通過(guò)調(diào)節(jié)宿主的促炎反應(yīng)參與M.tb感染的控制[3]。

2.5 靶向細(xì)胞內(nèi)殺傷機(jī)制 活性氧和活性氮的產(chǎn)生與調(diào)控 氧化和亞硝化應(yīng)激在巨噬細(xì)胞的細(xì)菌清除中起著至關(guān)重要的作用,宿主細(xì)胞通過(guò)NADPH氧化酶2(NOX2)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶2(iNOS)分別觸發(fā)活性氧(ROS)和活性氮(RNS)的產(chǎn)生[26]。在吞噬小體中,ROS和RNS修飾脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸,最終導(dǎo)致M.tb死亡[39,51]。盡管ROS的產(chǎn)生及其調(diào)控的關(guān)鍵平衡對(duì)宿主抵抗分枝桿菌感染很重要,但將ROS作為HDT策略調(diào)節(jié)需要仔細(xì)監(jiān)測(cè),因?yàn)檫^(guò)量的ROS會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激和伴隨的壞死[52],因此,不影響細(xì)胞死亡的ROS和iNOS誘導(dǎo)物是治療結(jié)核病的一種有前途的HDT方法。此外,在M.tb感染期間,與野生型小鼠巨噬細(xì)胞相比,蛋白激酶R(protein-kinase R,PKR)缺陷的巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)了更高水平的iNOS[26]。小鼠中PKR的缺失使細(xì)胞內(nèi)M.tb感染的控制得到改善,突出了PKR作為HDT靶標(biāo)的潛力[53]。

綜上所述,新型HDT可以通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)有抗分枝桿菌藥物的效果、針對(duì)新機(jī)制、繞過(guò)耐藥性或縮短治療時(shí)間來(lái)幫助治療MDR-TB和XDR-TB。但通過(guò)HDT治療結(jié)核病仍存在一些潛在缺陷,包括潛在的靶外效應(yīng)、藥物-藥物相互作用和相關(guān)的副作用,這些局限性需要在未來(lái)的臨床前和臨床研究中進(jìn)一步研究[6]。并且,目前的知識(shí)和臨床證據(jù)仍不足以將HDT分子作為一種獨(dú)立的、沒(méi)有輔助抗生素的治療方式來(lái)治療人類(lèi)任何形式的結(jié)核病。

3 結(jié) 語(yǔ)

在世界上許多地區(qū),耐藥結(jié)核病是控制和消除結(jié)核病的重大挑戰(zhàn),為了有效控制結(jié)核病的流行,為藥物敏感和耐藥結(jié)核病開(kāi)發(fā)新的治療方案至關(guān)重要。新的分枝桿菌靶點(diǎn)在不斷出現(xiàn)。本文所述的分枝桿菌新靶點(diǎn)不僅出現(xiàn)在細(xì)胞壁合成、蛋白質(zhì)合成和DNA/RNA合成等經(jīng)典途徑中,還出現(xiàn)在分枝桿菌的新途徑中,如分枝桿菌的各種代謝途徑,這些途徑都是近年來(lái)抗結(jié)核藥物發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)的研究熱點(diǎn)。在未來(lái),我們應(yīng)該尋找更合理有效的靶點(diǎn),開(kāi)發(fā)更有效和更安全的抗結(jié)核藥物,特別是針對(duì)耐多藥結(jié)核病和廣泛耐藥結(jié)核病的藥物。最后,宿主導(dǎo)向治療還為耐藥結(jié)核病的治療提供了一種有吸引力的策略,HDT通過(guò)調(diào)節(jié)宿主免疫應(yīng)答,能夠減少肺部病理并改善結(jié)核病治療的未來(lái)。HDT結(jié)合現(xiàn)有的結(jié)核病藥物可以縮短治療時(shí)間,并通過(guò)減少耐藥菌株的出現(xiàn)獲得更好的治療結(jié)果。雖然目前可獲得的大多數(shù)證據(jù)來(lái)自臨床前研究,但正在進(jìn)行的臨床試驗(yàn)將有助于評(píng)估HDT候選藥物的安全性和有效性,為引入HDT作為結(jié)核病的輔助療法鋪平道路。盡管取得了重大進(jìn)展,但仍需有效應(yīng)對(duì)耐多藥和廣泛耐藥結(jié)核病的挑戰(zhàn)。

利益沖突：無(wú)