抗菌药物诱导内毒素的产生及抗内毒素药物的研究进展

内毒素是革兰阴性菌细胞壁外膜上的脂多糖(ipopolysaccharide，LPS)成分，它的完整分子包含O特异链、核心多糖和类脂A三个部分，其中类脂A是内毒素分子中最稳定的部分，对人体健康的危害最大。内毒素具有广泛的生物活性，能引起严重的炎症级联反应，是革兰阴性菌的主要致病成分之一。在肌体内它可激活单核／巨噬细胞、中性粒细胞、内皮细胞及补体系统，先后诱导产生大量肿瘤坏死因子(TNF—a)、白介素一1(IL-1)、IL-2，IL-6和IL-8等细胞因子，引起内皮细胞的损伤和屏障功能的改变，导致全身性炎症反应综合征(SIRS)和脓毒症发生，严重者可导致低血压、中毒性休克、弥漫性血管内凝血(DIC)、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、多器官功能衰竭(MOF)甚至死亡。大量研究表明，抗菌药物在治疗革兰阴性茵感染时由于杀／抑菌作用会诱导大量内毒素释放，增加了疾病治疗的难度。本文就抗菌药物在体内、体外实验和临床应用时诱导产生内毒素的情况及近年来抗内毒素药物的研究进展作一综述，以供临床用药参考。

1抗茵药物引起内毒素释放的体外实验

抗菌药物诱导释放内毒素的体外实验证实，抗菌药物的种类、浓度、作用位点、培养液中是否含有血清及细菌种类都对内毒素的释放有影响。

1．1血清

正常人血清对细菌有一定的杀伤作用，细菌由此抗菌药物诱导内毒素的产生及抗内毒素药物的研究进展释放出一定量LPS。细菌外壁LPS亚单位的组成不同，释放量也不同，这可能和它们与血清的络合作用有关。血清对抗菌药物诱导产生的内毒素也有一定的影响，在头孢他啶、亚胺培南、阿米卡星、氧氟沙星对大肠埃希菌和铜绿假单胞菌内毒素释放的影响中发现，培养基中无论有无血清存在，头孢他啶对大肠埃希菌均有最高的内毒素释放量／总杀菌量比率。对铜绿假单胞菌，在不含血清的培养基中氧氟沙星有最高的比率，加入血清后内毒素释放减少，故其比值下降。但在有血清的培养基中，亚胺培南、阿米卡星的内毒素释放量／总杀菌量比率反而增高。

1．2菌株

不同的细菌应用抗菌药物后诱导产生的内毒素水平不同。Rotimi等分别用曲伐沙星、头孢噻吩、美罗培南、哌拉西林／三唑巴坦来诱导拟杆菌属细菌释放内毒素，结果发现脆弱拟杆菌产生的内毒素量远远高于

其他拟杆菌，由此可以解释临床上脆弱拟杆菌感染往往与高死亡率相关的现象。Mellado等从脑膜炎患者血液和脑脊液(CSF)中分离出18株脑膜炎球菌，应用青霉素后，有6株(均为B血清群)可诱导产生大量内毒素，而其余12株细菌产生的内毒素量没有显著变化。

1．3抗菌药物种类和作用位点

青霉素结合蛋白(penicillin binding proteins，PBPs)存在于革兰阴性杆菌细胞浆膜外周间隙中，是细菌细胞壁合成过程中维持其生理功能不可缺少的酶蛋白系。有些抗菌药物(如β内酰胺类)的杀菌作用机制就在于与PBPs结合，使其活性受到抑制，引起细胞壁肽聚糖的合成受阻及细菌内溶解酶的激活，导致菌体裂解和死亡，同时细胞壁外膜上的内毒素被释放出来。各种细菌的PBPs谱不同，约有3～10种，主要有6种，按分子量由大到小排序为：PBP1、PBP2、PBP3、PBP4、PBP5和PBP6。目前研究较多的是PBP1～3，PBP1与细胞快速裂解有关，PBP2和PBP3与维

持细菌形态有关，这些都与LPS释放有关。特异性作用于青霉素结合蛋白PBP1的抗菌药物，如头孢哌酮使细菌快速裂解，菌体溶解，其释放的内毒素相对较少。作用于PBP2的抗菌药物(如亚胺培南)使细菌胞壁的合成受抑制，使细菌形成易破裂的原生质球；作用于PBP3的抗菌药物(如氨曲南、哌拉西林、头孢噻肟、头孢呋辛酯和头孢他啶等)能抑制细菌赖以分裂的中隔的合成，而不能抑制细胞壁的合成，因此细菌变成丝状体。细丝状细菌较原生质细菌能释放更多的内毒素。所以，作用于PBP3的抗菌药物诱导释放的内毒素相对较多，相应使TNF-a、IL-1和IL-6等细胞因子的产生增多。一般来说，一种抗菌药物不仅仅只作用于一种PBP，而与何种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≤最低抑菌浓度(MIC)时，主要与PBP3结合，诱导细菌长丝形成，可致细菌内毒素释放较多，而在较高浓度时，则对PBPl有较高的亲和力，造成细菌快速溶解使内毒素释放减少。

氨基糖苷类抗生素和喹诺酮类药物可抑制细菌蛋白质的合成，导致生长停止、菌体体积不能持续增加，主要形成原生质微球，裂解时有少量内毒素释放。但环丙沙星能使细菌形成丝状体，诱导产生较多的内毒素，提示环丙沙星杀菌的作用机制除了抑制DNA回旋酶外，还可能直接作用于细菌胞壁，且其诱导的内毒素释放量与药物浓度有关，但在高浓度时释放较少，机制尚不清楚。多肽类抗生素(如多黏菌素)含有带正电荷的基团，能与革兰阴性菌细胞膜磷脂上带负电荷的PO₄^-结合，改变膜的通透性导致细菌死亡，但极少能增加细菌的体积，加之能中和内毒素，故释放的内毒素量很少。

1．4浓度

同一种抗菌药物，使用剂量不同也可导致内毒素释放量的差异。在头孢他啶作用于大肠埃希菌0111：B4诱导内毒素释放的实验中发现，其释放量1/4 MIC>0.5 MIC>1 MIC>2 MIC>100 MIC，说明高剂量抗菌药物在彻底杀灭细菌的同时，有较少内毒素的释放，而低浓度的抗菌药物不仅达不到杀菌目的，反而可能诱导较多内毒素的释放，此时内毒素的释放产生于其丝状体的形成而非溶解性细胞壁损伤。也有报道认为，在作用于大肠埃希菌时，头孢他啶在50倍MIC时所释放的内毒素和细胞因子量远大于其0.5倍MIC的用量，认为以上差别是由于实验所用的菌株不同所致。

2 抗菌药物引起内毒素释放的动物实验

在动物实验中，抗菌药物引发的内毒素释放量与感染细菌的种类、感染部位、抗菌药物的种类及用药量等因素有关。由于不同抗菌药物所诱导产生内毒素释放量的不同，致使动物对它们的反应不同，有些甚至是致命的。抗菌药物和抗内毒素药物或炎症反应抑制剂联合应用会由于抑制了内毒素的作用而提高生存率。

2．1细菌的种类和接种量

在大肠埃希菌和脆弱拟杆菌混合菌致鼠科动物腹膜炎模型中，细菌接种量不同，相应的治疗措施也不一样，在低、中接种量时，给予头孢西丁即可制止死亡，抗一TNF抗体没有作用。但在高接种量时，对照组、头孢西丁组和抗一TNF抗体组的死亡率是相同的，但当抗一TNF抗体和头孢西丁联合应用时，不仅可使头孢西丁诱导产生的TNF水平降低，还可使死亡率降低40％。金葡菌感染的小鼠，在给予亚胺培南和头孢他啶的早期可诱发TNF～a的释放，但对照组没有发现此现象。释放的TNF-a使亚胺培南对D-半乳糖胺(D-gal)小鼠(对TNF-a敏感)的保护作用与对照组相比显著降低，但当同时应用地塞米松后，亚胺培南的保护作用可以得到恢复。地塞米松的保护作用在只有细菌感染，而不用抗菌药物的情况下表现不出来。由此可见，炎症反应与细菌的种类(包括革兰染色的不同)、宿主对TNF-a的敏感性等因素都有很大的关系。

2．2感染位置

头孢曲松和氯霉素在治疗流感嗜血菌引起的灰鼠中耳炎时，中耳液中的内毒素浓度与对照组相比是降低的，但在治疗同一细菌引起的脑膜炎时，CSF中的内毒素浓度与对照组相比却显著升高。

2．3抗菌药物的种类及用量

抗菌药物在治疗革兰阴性菌引起的败血症时诱导产生的内毒素释放与抗菌药物的种类有关。Morrison等对抗菌药物在治疗革兰阴性菌引起的脓血症时诱导产生的内毒素对动物的致死作用进行了研究。对小鼠先进行D—gal处理，使其对内毒素敏感，使D—gal小鼠感染革兰阴性菌(大肠埃希菌或假单胞菌)，并验证不同抗菌药物对染菌小鼠的保护作用。和体外实验相一致，在同样MIC浓度下，由于亚胺培南比美罗培南和头孢他啶诱导释放较少量的内毒素，所以亚胺培南比后两者显示了更好的保护作用(P<0 .005)。另外，加用抗内毒素制剂会进一步提高抗菌药物的保护作用。张强等用庆大霉素、亚胺培南和头孢他啶3种抗菌药物治疗败血症家兔，并检测治疗后内毒素释放水平。结果显示，抗菌药物能诱导内毒素释放，不同抗菌药物诱导的量不同。庆大霉素最低，亚胺培南次之，头孢他啶最高。亚胺培南在杀灭铜绿假单胞菌的同时仅引起少量内毒素的释放，此水平的内毒素对d—gal小鼠没有致命性，而应用头孢他啶、美罗培南、头孢唑林却可引起高水平内毒素释放，并对d—gal小鼠有致命性，提示体内游离内毒素水平的高低与死亡率有密切关系。

抗菌药物的一些药效学指标(如剂量的大小)对内毒素的释放也有影响。在大肠埃希菌致大鼠腹膜炎模型中，头孢噻肟诱导产生的内毒素水平最高，亚胺培南、庆大霉素及低剂量的环丙沙星次之，而高剂量环丙沙星引起内毒素的释放量最小，且内毒素水平的增高与动物平均动脉压的降低有关。

3 抗菌药物引起内毒素释放的临床意义

临床上，应用抗菌药物引起的内毒素释放对病情预后的影响可以在几种疾病中体现，如脑膜炎和尿脓毒症等。抑制PBP2的抗菌药物如亚胺培南和抑制PBP3的抗菌药物如头孢他啶，由于它们引起内毒素释放的差别而影响到疾病的预后，但这种差别不是在所有观察中都成立。患者若多器官功能衰竭(MOF)的评分分值高，应用释放内毒素低的抗菌药物可能会受益。

Arditi等报道，应用头孢曲松治疗小儿嗜血流感菌引起的脑膜炎，首次剂量后2～6h，患者CSF中游离内毒素含量显著提高，内毒素的浓度与CSF中的病菌数、Herson-Todd临床分值小儿发热天数相关。脑室内注射庆大霉素治疗小儿肠杆菌引起的脑膜炎和脑室炎时死亡率高，脑室内注射庆大霉素加静脉注射抗菌药物的患儿，其CSF中内毒素和IL-1的浓度明显高于只接受静脉注射抗菌药物的患儿。脑室CSF中内毒素和IL-1水平与患儿的死亡率、白细胞数和蛋白浓度呈正相关，与葡萄糖浓度呈负相关。脑室内注射庆大霉素，在杀菌过程中诱导产生的内毒素使脑室CSF中的IL-1升高，引发炎症性不良反应。对于严重外伤、革兰阴性菌感染的败血症患者，给予抑制PBP3的抗菌药物(如氨曲南、头孢他啶或头孢噻肟钠)治疗的死亡率为17％，而给予非PBP3抗菌药物的死亡率为

8％，两者之间有显著性差异，而接受治疗前两组的外伤严重程度、年龄及细菌感染程度等无显著性差异。结果提示，临床上诱导释放大量内毒素及TNF的抗菌药物的使用与外伤感染败血症的高死亡率有一定关系，所以在使用抗菌药物时，对药敏因素、诱导产生内毒素的特性等要权衡利弊。Prins等发现，亚胺培南和头孢他啶在治疗革兰阴性菌引起的尿脓毒病患者时，释放的内毒素水平有很大的不同。给药4h时，亚胺

培南治疗组3／3患者内毒素水平下降，而头孢他啶治疗组2／4患者的内毒素水平仍在上升，且退热期延长。

另外，头孢他啶组血液和尿中的细胞因子浓度也增加10％～40％，而亚胺培南组没有改变，提示抗菌药物应用诱导产生的内毒素水平的不同对炎症反应的影响也不同。但在另一项临床随机实验中却显示，经亚胺培南和头孢他啶治疗的由革兰阴性菌引起的尿脓毒症患者，给药8h时，血和尿中内毒素IL-6水平没有差别。头孢呋辛在治疗革兰阴性菌引起的急性肾盂肾炎时，所引起的内毒素水平升高与患者的发热有相关性，用药48、72、96h时，发热患者比例为50％、37．5％、16．7％，但血培养细菌呈阴性，其发热可能由内毒素引起。

4 抗内毒素药物的研究

随着对内毒素的结构、功能与作用机制认识的不断深入，近年来对抗内毒素药物的研究日益增多。但由于内毒素结构的复杂性、作用的多样性及体外实验、动物实验和临床实验间存在的差异，使抗内毒素药物的研究异常艰难。目前尽管取得了一些成果，但尚需大量的临床试验加以验证，以进一步确定其有效性和安全性。下面就化学药物、生物制品和中药方面的研究加以概述。

4．1化学药物及生物制品的研究

这类药物主要有多黏菌素B、类脂A拮抗剂、LPS单克隆抗体、抗内毒素抗体及重组高密度脂蛋白等，它们都具有对抗内毒素的作用。如类脂A拮抗剂E5531、E5564，它们是类脂A的结构类似物，可与类脂A竞争受体的结合位点，在不同的生物种属体内表现出激动或拮抗作用，在人体是显示拮抗作用，E5564在药效学和药代动力学方面显示出比E5531

更多的优越性。目前，该类药试用于临床，用于与内毒素有关的疾病，如发热和休克的治疗。LPS单克隆抗体E5和HA一1A，因在治疗革兰阴性菌感染能有效降低败血症患者的发病率和死亡率而使人寄予厚望。但进一步的研究表明，这两种单克隆抗体并非对所有的患者均有效，且HA-1A还可与人T细胞及红细胞上的某些抗原结合而产生一定的毒性，这些不良因素致使其临床试验被迫停止。府伟灵等运用抗内毒素抗体与抗生素联合应用治疗严重烧伤患者内毒素血症，结果显示两者的联合应用比单用抗生素更能有效降低血液中内毒素及细胞因子水平，并能显著降低死

亡率，这为今后抗内毒素血症及其并发症的治疗提供了一个思路。在伤寒沙门菌引起的ddY小鼠内毒素休克模型中，注射细菌后1h给予多黏菌素B可显著降低死亡率和生存动物体内的细菌量，但如果在注射细菌后6h给予多黏菌素B，则不显示保护作用，提示多黏菌素B显示作用有时间窗的限制。鸡蛋清溶菌酶(LZM)和头孢他啶联合应用时，可有效阻止头孢他啶引起的细菌溶解、内毒素释放和随后的致炎因子的释放，但不影响头孢他啶的杀菌活性，使杀菌活性和细菌溶解相脱离，从而阻止抗生素诱发产生内毒素血症的发生。在革兰阴性菌所致的家兔脓血症模型中，杀菌性／通透性增加蛋白(BPI)的重组N一末端肽链(rBPIl2)和头孢孟多酯钠联合应用，可有效抑制头孢孟多酯钠引起的内毒素的释放，加速细菌的清除，改善心、肺功能紊乱，抑制死亡，所以rBPIl2和传统抗生素联合应用，可能是有很好前景的治疗措施。

另外，抗生素联合应用对内毒素的产生也有一定的影响。对于严重感染患者，氨基糖苷类和β-内酰胺类抗生素经常联合应用以控制感染。在5种革兰阴性菌(3种大肠埃希菌，1种克雷伯菌，1种沙门菌)的体外实验证实，头孢呋辛酯对不同菌均可诱发不同量内毒素的释放，而与妥布霉素联合应用后，则可使内毒素释放量减少85％～97％，同时抗菌谱增宽，杀菌速率增快，提示妥布霉素同抑制PBP3的抗生素联合应用可能是临床治疗败血症的一个有效方案。体外实验中，头孢他啶能引起大肠埃希菌055：B5释放大量内毒素、TNF—a和IL-1，但若将细菌与克林霉素预先孵育4h和18h后再加入同样浓度的头孢他啶，则对内毒素、TNF-a和IL-1的释放有明显抑制作用，且这种抑制作用表现为一种时间依赖关系，可见在抗感染治疗时合理联用抗生素十分必要。

4．2中药的研究

中药是我国的瑰宝，由于中药成分的多样性，使其能够多环节、多靶位发挥作用，在抗内毒素药物的开发方面，中药也显示了巨大的潜力。现已发现有近百种单味中药、中药复方和中药化学成分有抗内毒素的作用。其作用机制主要涉及以下几个方面，一是补气、活血药，如人参、黄芪、香菇、灵芝及川芎等均可增强机体免疫力促进内毒素灭活。二是清热解毒药，如穿心莲、金银花、蒲公英、板蓝根、山豆根、黄连、败酱草、鱼腥草等具有对抗内毒素的作用。刘志峰等对8种清热解毒中药注射剂体外抗内毒素效果进行了观察，发现双黄连粉针剂、清开灵注射液和板蓝根注射液的抗内毒素作用最强，稀释2500倍仍能清除70％以上的内毒素。体内实验显示双黄连注射液可明显降低动物和人体血浆内毒素的含量，延长内毒素休克小鼠的平均生存时间，对内毒素所致大鼠的肝、肺、肾等损害具有保护作用，显示了双黄连注射液在生物体内显著的抗内毒素作用。林爱华等对板蓝根F₀₂₂部位抗内毒素的分子机制进行了研究，结果表明F₀₂₂部位不仅能直接破坏内毒素结构，还可通过抑制内毒素刺激巨噬细胞分泌TNF-a、IL-6细胞因子而阻断内毒素引起的信号传导通路，抑制机体炎症因子的过度释放。三是通里攻下药，如大黄和大承气汤等。肠道是细菌贮存库和人体最大的革兰阴性杆菌内毒素池，抗菌药的滥用及长期使用所引起的菌群失调及疾病状态下肠黏膜屏障功能的减弱等因素都可促使内毒素及细菌由肠道向血液移位，这也是引起败血症的重要因素之一。大黄和大承气汤在清除肠内滞留物的同时还可降低内毒素所致胃肠道微血管的通透性，减轻肠壁水肿，保护肠黏膜，抑制肠道内毒素吸收。

5 结语

抗菌药物诱导产生的内毒素与多种因素有关，在选择抗菌药物时，要对感染部位、细菌的药敏实验结果、所用抗菌药物的种类及其用量等方面进行综合分析，目的是在有效杀／抑菌的同时，以求最小量内毒素

的释放。此外，合理地联合应用抗菌药物，及时应用抗内毒素药物可有效遏制内毒素的释放和危害。值得一提的是，某些中药制剂在体外实验和动物模型都显示了良好的抗内毒素作用，但有关这方面的临床研究却

很少，可能与对中药这方面的研究重视不够以及某些医院缺乏内毒素、细胞因子等检测项目有关。相信随着微生物学、分子药理学、药物基因组学、临床药理学和生物检测技术的发展，将对抗菌药物诱导内毒素的产生及抗内毒素药物的研究更加深入，会使抗菌药物的临床应用更加有效和合理。

—摘自《中国抗生素杂志》2007年第8期