互动抗真菌天然产物白僵菌素、小檗碱和雷帕霉素的抗真菌作用机制研究

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真菌感染是人类第三大感染性疾病,严重威胁着我们的健康。而条件致病真菌白色念珠菌(Candida albicans)是临床分离最常见的真菌病原菌之一,系统感染死亡率超过40%,尤其是对于免疫系统缺陷病人如艾滋病患者;以及器官移植病人如骨髓移植者和造血干细胞移植患者等,危害更大。由于人体细胞和真菌细胞的相似性,使得临床一线抗真菌药种类十分有限,而且普遍的毒副作用都比较大,再则,不恰当的预防性使用甚至滥用这些抗生素,引起了很严峻的病原菌多药耐药问题,使得临床真菌感染治疗失败的风险大大增加。临床上应对病原菌耐药问题的传统手段是增加剂量或者寻找另一种单一靶点的替代药物,而病原菌耐药的发生速度要远远大于新药的开发速度,导致我们陷入了耐药,加大剂量,寻找替代药物,再次耐药,再寻找替代药物的怪圈。我们急需通过新的思路去寻找低毒、高效的抗真菌药物以及新的抗真菌治疗手段来打破怪圈,应对日益严重的耐药真菌感染问题。  本论文通过高通量互动抗真菌筛选理念,瞄准多个靶点或信号通路,使得病原菌难以产生耐药或者从根本上逆转耐药,从具有自主知识产权的以微生物次级代谢产物为主的天然产物库中发现一系列具有互动抗真菌活性的化合物,并对其中的三个化合物,白僵菌素(Beauvericin,BEA),小檗碱(Berberine,BBR)以及雷帕霉素(Rapamycin,RAPA)进行了抗真菌作用机制的研究。  本论文研究发现:1.白僵菌素的互动抗真菌机制是其能够特异性抑制白色念珠菌ATP结合盒式(ATP Binding Cassette,ABC)转运蛋白的外排活性,使得其他唑类抗真菌药物没法顺利排出胞内,而更容易在细胞内积累到工作浓度发挥药效,对于ABC外排泵过量表达的多药耐药菌效果尤为明显。其次,白僵菌素本身也具有杀真菌活性,其机制是通过引起胞内钙离子浓度上升,从而使细胞产生大量活性氧簇(Reactive Oxygen Species,ROS),进而触发细胞凋亡途径。组织切片结果显示白僵菌素与低剂量的酮康唑(Ketoconazole,KTC)能很好的治愈小鼠模型的真菌感染,同时白僵菌素在小鼠急性毒理学模型上没有表现出毒性,以上结果表明白僵菌素具有很好的临床应用前景;2.小檗碱能够特异性富集于因主要易化家族(Major Facilitator Superfamily,MFS)转运蛋白Mdr1p过表达所引起的多药耐药的白色念珠菌细胞中,破坏线粒体功能,释放大量ROS,从而起到逆转多药耐药泵功能的独特作用,这为多药耐药问题的解决提供了新的思路;3.雷帕霉素作为免疫抑制剂能够与其他一些低细胞毒性和本身没有抗真菌活性的肽类化合物产生超级互动抗真菌活性,这种超级互动作用于雷帕霉素的结合蛋白Rbp1(FKBP12蛋白在白色念珠菌中的同源蛋白)上,发挥抗真菌活性,这为因使用免疫抑制剂而导致免疫力低下的真菌易感病人提供了一种全新的“一石二鸟”的治疗策略,他们不必再为真菌感染而额外使用高毒副作用的抗真菌药物,而只需在使用常规免疫抑制剂的基础上辅以无毒性的能与之产生超级互动抗真菌活性的佐剂即可达到预防和治疗真菌感染的效果。4.此外,为了做到知己知彼,在积极研究开发新的抗真菌药物以及新颖疗法的同时,我们也在加紧对病原菌本身性质的研究,我们在白色念珠菌形态变化的研究中发现一直被普遍认为是维持白色念珠菌灰型(Opaque)细胞所必需的转录因子Wor2其实在特定环境条件下,如N-乙酰葡萄糖胺(N-acetylglucosamine,GIcNAc)存在的情况下是不需要的,这对深入了解环境因子与自身转录因子在对白色念珠菌形态变化的调控互作上有很重要的意义,由于白色念珠菌的形态与其毒力以及对药物的敏感性都有莫大的关系,对白色念珠菌自身特性了解越多,将越有助于新型抗真菌药物的研发。  通过本论文的研究,我们独创性地使用互动抗真菌筛选手段,直接针对多药耐药的白色念珠菌,从天然产物库中筛选出了多个具有互动抗真菌活性的化合物,并对其中三个化合物进行了详细的抗真菌作用机制解析,进一步用小鼠模型验证活性。本论文展示了一种全新的策略,可以高效率的获得具有独特作用机制的抗耐药真菌的药物及药物先导化合物。为新型、高效、低毒的抗真菌药物以及抗真菌治疗手段的开发提供了新的思路和素材,同时也扩展了现有药物的抗真菌新用途。对基础研究和临床应用都具有一定的推动意义。
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