文摘
铜绿假单胞菌囊性纤维化患者慢性感染和与更大的发病率。取得了有限的进展的临床开发新的抗生素与小说的行为模式。本文地址的一些最新研究进展可能造成影响的候选辅助治疗药物的开发与传统抗生素作为替代治疗策略。考虑关键机制这个机会病原体后采用控制毒性,各种策略的进展,包括群体感应抑制,射流泵和凝集素,和铁螯合剂的使用噬菌体、免疫和免疫治疗研究进展。两种治疗方法在早期开发和临床阶段进行了讨论。
关注对抗生素耐药性的影响导致了欧盟委员会(European Commission)对上升的威胁,制定一个行动计划是优先考虑减轻通过适当使用抗生素耐药性的发展,预防感染和发展有效的抗菌素(1]。成对监测报告中由欧洲疾病预防与控制中心,报道抵抗趋势的前七个细菌病原体对人类健康的重要性,铜绿假单胞菌详细的特别关注由于其普遍性和内在宽容许多抗生素2]。很多患者易感性增加铜绿假单胞菌感染包括那些有慢性肺部疾病,如囊性纤维化(CF)、支气管扩张、慢性阻塞性肺疾病(3];免疫抑制的人,那些接受重症监护和留置导尿管的人4]。
CF患者,慢性肺部感染铜绿假单胞菌遭受更快速的肺功能恶化,更多的发病率和较短的预期寿命(5]。重复长期课程的广谱抗生素导致不断增加的抗生素宽容和耐药菌株的选择(6]。虽然感染铜绿假单胞菌可以根除治疗早期开始(7),没有抗生素可以消除一个建立慢性铜绿假单胞菌感染和地平线上没有这样的代理(8]。管理的新范式的慢性肺部感染铜绿假单胞菌在CF显然是必要的。抗生素佐剂,代理行为与流行性流感减毒活疫苗抗生素,其余的行动,可能提供一个未来的策略。我们最近出版了一本Cochrane综述(9),发现一些这类干预措施在严格的临床试验评估所以不推荐使用。然而,许多这些小说在发展策略有些达到临床试验。本文将评估这些策略可能存在的机会时,考虑这样的治疗方法可能是用于我们的病人。
铜绿假单胞菌和CF肺
铜绿假单胞菌增长有两种模式:作为能动的浮游细胞善于殖民新的网站,生物膜,使社区的有机体,以保护自己免受宿主免疫和抗生素的攻击。与慢性感染的情况相比,隔离铜绿假单胞菌在以前几乎完全未受感染的人似乎容易抗生素(第一行10]。然而,许多菌株负责早期的特征铜绿假单胞菌感染,如绿脓菌素和蛋白酶生产,出现不可预测的持久性与菌株相比成功根除(11]。而不是宿主-病原体因素的组合转换为慢性感染可能是重要的而不是细菌因素隔离,与non-CF支气管扩张的情况。
生物膜的增长模式的黏液状的表型相关铜绿假单胞菌(12]。CF患者长期感染黏液状的生物有更快速下降的临床状态与non-mucoid组相比铜绿假单胞菌谁又比那些没有感染[下降的更快一些13]。
有明显的表型差异铜绿假单胞菌发现菌株感染CF肺内(14)和(15)人。快速突变可能发生在子集内的细菌个体提供适应慢性感染和抗生素耐药性的发展联系起来15]。先天抗菌的宽容铜绿假单胞菌提供了重要的治疗但这挑战,伴随着其有限的营养需求,同时使用有氧代谢和无氧代谢能力,使其成为一个多才多艺的投机取巧的病原体。生物膜的增长模式为治疗提供了一个重大的挑战,即使抗生素能够穿透生物膜,限制和低氧细菌代谢活动的结合导致有限的细菌杀死(16]的核心活动“持续程序”细胞所特有的文化宽容的抗生素,但可以重新填充一种抗生素的生物膜一旦政府停止(17]。
CF肺,缺乏功能CF跨膜调节器(雌性生殖道)呼吸道上皮细胞顶膜的结果在一个有利的环境铜绿假单胞菌。生理效应的厚厚的分泌物,脱水上皮表面和伴随粘液堵塞允许生物建立殖民地。有一个正在进行的辩论关于雌性生殖道突变是否本身炎性或过度的炎症是否继发性细菌感染。雌性生殖道本身的缺陷可能促进感染铜绿假单胞菌通过增加依从性(18)或减少间隙的生物18,19]。铜绿假单胞菌无处不在的环境和CF肺体现生物成为理想的利基致病性(4),这种生物产生显著的福祉CF患者负担。
抗生素治疗的最新进展
近年来抗生素新剂型的开发和发展管道内。妥布霉素吸入的解决方案(TIS)介绍了长期慢性的管理铜绿假单胞菌感染,Cochrane综述(20.暗示一些受益于这方面的肺功能和肺恶化率也关注关于抗生素耐药性的增加。注册中心最近的一项研究检查囊性纤维化基金会的病人注册中心的数据表明,这是利用与降低死亡率(21]。这也被证明是有效的在那些早期的推迟再次感染铜绿假单胞菌感染(22]。妥布霉素的干粉配方吸入已经被开发出来,它不需要nebuliser似乎更方便,但像这一样有效(23,24]。建议这可能提高坚持治疗。Aztreonam赖氨酸最近批准的吸入铜绿假单胞菌感染的好处这似乎好痰渗透,延迟时间下恶化和改善肺功能(25]。
抗生素的发展包括阿米卡星脂质体制剂和环丙沙星26)和左氧氟沙星吸入解决方案的第一次审判是最近报道与有利的结果(27]。peptidomimetics产生了兴奋的新家庭在体外和动物模型表明效力还特异性铜绿假单胞菌(28]。
ANTI-VIRULENCE策略
生物体的毒性的能力,抗生素耐药性和逃避宿主的免疫系统是由复杂的化学信号机制。这些机制提供了开发潜力的治疗靶点开发新型抗菌药物(表1)。
QS抑制
铜绿假单胞菌调节的毒性通过群体感应(QS)。QS细菌是一种机制,个体通过相互通信的生产和检测小信号分子。在他们的环境中信号分子的浓度增加符合内细菌菌落的数量产生信号。最终这个浓度达到一个阈值,激活毒性基因表达细菌社区内以协调的方式(47]。这些信号可能会被其他细菌物种,导致竞争相同的利基(31日真核宿主细胞),甚至导致还是跨生物界信息传递(32,46]。
铜绿假单胞菌使用至少三个QS信号通路(图1)。拉斯维加斯和生殖卫生图书馆途径利用N-acylhomoserine内酯(ahl分子)N——(3-oxo-dodecanoyl) -L-homoserine内酯(3 oc12-hsl)N分别-butanoyl-L-homoserine内酯(C4-HSL) (48]。alkylquinoline通路使用2-heptyl-3-hydroxy-4-quinolone,也被称为假单胞菌喹诺酮信号(pq),及其生物合成的前体2-heptyl-4-quinolone (HHQ) [49]。这些QS分子被释放到环境中通过自由扩散(C4-HSL) [50),通过射流泵(3 oc12-hsl) (50)和嵌入micro-vesicles (pq) [51]。一旦细胞内信号分子的浓度达到一个阈值绑定到其同源转录因子;3 oc12-hsl LasR, C4-HSL RhlR和pq / HHQ PqsR。随后激活导致多个毒力基因的诱导表达和信号的upregulation生物合成的基因导致生产更多的信号(autoinduction) [52]。
QS调节多种毒性产品的生产(表1),包括鼠李糖脂(抑制多形核白细胞(PMNLs))主机的功能。野生型生物膜对妥布霉素有抗性的作用和PMNLs然而QS-deficient生物膜对妥布霉素的作用更敏感和PMNLs53]。QS有一个重要的角色在抗生素耐药的形成铜绿假单胞菌生物膜与QS-negative突变体形成异常、平面和biocide-sensitive生物膜54),添加pq大大提高生物膜发展(55]。QS的关键作用在生物膜的形成是在鼠标异物感染模型,硅胶植入物感染了野生型和QS-deficient细菌。QS-deficient细菌快速清除细菌与野生型相比,只有清除与QS抑制剂治疗后(56]。
QS,关键的毒性的规定铜绿假单胞菌因此,主要的治疗目标。QS抑制(或“群体淬火”)AHL信号途径可以实现在不同层次包括信号产生的干扰,信号分子的降解,防止他们的积累,和行动的对抗信号模式(57]。在信号的情况下退化,许多酶的细菌来源,能够降解AHL分子和衰减细菌毒力基因表达已确定(57]。
QS信号分子已确定在CF患者的痰铜绿假单胞菌感染(58,59]。许多潜在的QS抑制剂(QSI)显示相似的信号分子发现了高通量技术。群体淬火活动被发现在许多食物包括洋甘菊、胡萝卜和大蒜也在藻类。一些最强有力的候选人,比如海藻furanones,有毒男人但提供化学依据开发无毒QSIs [60,61年]。
大蒜(大蒜)是一种天然QSIs更有效。大蒜提取物已被证明的易感性增加铜绿假单胞菌生物膜对抗生素在体外和促进的间隙铜绿假单胞菌在慢性感染小鼠模型(62年]。然而,直接从动物模型外推到人是不可能的,因为剂量小鼠在这个模型中被大大大于那些可以容忍人类[62年]。在一个小飞行员商业大蒜的随机对照试验配方与CF和慢性成人和儿童铜绿假单胞菌感染,临床参数和无意义的改善可以检测QS分子在这些患者的血浆和口水指示QS活动(63年]。因此目前的挑战是确定有效的策略来翻译QSIs从自然资源使用在诊所。
常用的抗生素包括阿奇霉素、头孢他啶、环丙沙星对QS-dependent已被证明有一个负面影响毒力因子生产(64年]。有趣的是,阿奇霉素作为QSI浓度低于其最低抑制浓度(64年,65年]。小鼠慢性感染模型展示了更多的间隙在那些用阿奇霉素治疗与控制(65年]。
凝集素抑制剂
凝集素是外膜蛋白识别糖残基,让细菌细胞交叉链接,聚合和所以形成生物膜的结构38,66年]。凝集素也可能干扰正常的人类呼吸道纤毛跳动(39),形成另一个障碍host-mediated间隙的有机体。
这两个特定的凝集素,LecA和LecB fucose-specific galactose-specific结合位点,所以可能会被竞争抑制剂(分别岩藻糖和半乳糖根)。研究执行在体外表明,这些抑制剂自己或伴随着一种抗生素,促进生物膜的溶解或防止其形成66年- - - - - -68年]。
小CF患者的随机试验,没有对照组,表现出积极的趋势改善那些收到岩藻糖/半乳糖吸入治疗(69年]。慢性患者铜绿假单胞菌感染被招募在感染恶化,随机接受吸入糖单独或吸入伴随着静脉注射抗生素。两组显著减少痰铜绿假单胞菌的集落形成单位和肿瘤坏死factor-α水平。最近,多价与这些糖树枝状分子附加表明亲和力高于单价岩藻糖,显示潜在的治疗药物(70年]。
铁螯合
铁代谢在呼吸道很复杂71年),只有免费的微量铁肺健康,因为它通常是受铁蛋白和转铁蛋白。然而,相比之下,non-CF痰,痰的CF患者是一个富有的铁源,并与慢性铜绿假单胞菌感染(72年]。收购铁对这种细菌的生存至关重要。还能储备铁主要从它的环境,但不仅限于[73年)使用含铁细胞pyoverdin和pyochelin74年]。人类的先天免疫系统已经开发了识别和阻止生物膜发展通过乳铁蛋白的作用,在sub-bacteriocidal浓度(75年]。乳铁蛋白铁螯合物促使细菌活性增加,而不是形成生物膜。然而,在CF气道这些含铁细胞的亲和力高于血清铁蛋白的蛋白结合的铁可能是直接由pyoverdin(隔离76年)或通过蛋白水解乳沟解放(77年),看到我阿蒙山崖等。(78年)的详细审查。
镓和desferrioxamine都在临床用于non-bacteriological迹象。然而他们的铁螯合活动感兴趣的,因为这可能会干扰细菌的铁代谢。Gallium-gentamicin脂质体co-encapsulation准备一直在提高在体外活动庆大霉素对CF的临床分离株铜绿假单胞菌(43]。CF患者的药代动力学和安全的研究正在进行中(Clinicaltrial.gov标识符NCT01093521)。组合管理desferrioxamine和妥布霉素已被证明在体外显著减少生物膜生物量的预制和防止生物膜的形成对CF上皮细胞(79年]。
ANTI-RESISTANCE策略
射流泵
射流泵允许有机体调节其内部环境通过消除有毒物质,包括抗生素(36),代谢物和QS信号分子(50]。他们也与主机入侵。元素的多药耐药性是归功于五个家庭的射流泵铜绿假单胞菌有许多感兴趣的内部阻力有节部门(RND)家庭参与抵抗许多抗生素环丙沙星、头孢他啶和妥布霉素80年]。
一些表达的射流泵铜绿假单胞菌只活跃在特定的增长条件下,如遇到在生物膜81年]。事实上,QS部分依赖于流出,如信号分子3 oc12-hsl不是扩散穿过细胞膜,需要主动运输涉及射流泵(50]。结果在临床菌株一致表达某些射流泵增加抗生素耐药性(82年),但也可以降低毒性(83年]。在一定程度上这可能是相关影响QS,增加射流射流pump-dependent QS分子的活动可能会增加运输(pro-virulent),但其他QS分子可能从细胞内防止出口这些分子的浓度达到法定人数(所以抑制毒性)。有趣的是,这些减毒株过度表达射流泵形成更好的生物膜(83年]。看起来抗生素耐药性和毒性可能成本竞争生物体,干预的水平射流泵可能产生不同的后果。
外排泵抑制剂的使用(epi)透露,内在抗药性可能克服,获得性耐药可能逆转,和新的耐药菌株的出现流行性流感减毒活疫苗抗生素可能会减少(84年]。确实有epi可改善临床菌株耐氟喹诺酮类(37]。屏幕EPI候选人透露Phe-Arg-β-naphthylamide充当一个EPI [77年]然而进展的药物开发管道停止是因为光毒性(85年]。而现有的药物,如选择性血清素再吸收抑制剂,在的情况下金黄色葡萄球菌似乎EPI活动,代理行为铜绿假单胞菌尚未发表的(85年]。Mpex制药(美国圣地亚哥,CA)正在开发一个EPI代理与葛兰素史克由于潜在的这种类型的治疗诊所。Mpex制药也发展左氧氟沙星吸入的解决方案,它们显示的效果是增加了8倍的候选人EPI [86年),所以可想而知,EPI的产品开发将流行性流感减毒活疫苗。
代理,减少射流泵的影响可能是有用的治疗和抗生素导致一个更有效的行动。然而,这种方法可能是复杂的反对行为毒性,增长和电阻(83年)和各种各样的射流泵主持铜绿假单胞菌(36]。
耐药机制的基因“抑制剂”
反义或antigene策略已经被提议作为抑制剂耐药机制的核酸水平,针对DNA和信使rna来防止特定基因的转录和翻译(33]。通过这样做抗生素抗性基因的表达被阻塞和基因产品不会产生产生抗性。
这种方法已经成功在体外在恢复耐药菌株敏感的表型。交付的反义代理感染的网站是一个可以克服的挑战将反义分子cell-permeabilising肽。这已经实现了大肠杆菌(87年),但当考虑的不渗透性铜绿假单胞菌这可能是相当不同的任务。尽管处于勘探阶段交付策略使用噬菌体向量(33]或共轭的代理人与交付肽,最近调查中所描述的活动的代理在抗生素耐药革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌物种,可能(88年]。
噬菌体
噬菌体是自然产生的病毒感染细菌细胞,在很多情况下导致细菌的溶菌作用。他们出现在所有环境中,我们不断接触到他们。利用噬菌体杀死细菌的优点是,只有一个特定的细菌会被杀死,病毒复制的网站(描述的感染,很少有副作用89年]。
研究使用铜绿假单胞菌在体外细菌生物膜一直在鼓励,展示噬菌体的能力穿透生物膜并杀死细菌(90年]。在小鼠腹腔内的模型铜绿假单胞菌感染,non-replicating噬菌体产生了70%的存活率在第七天存活率20%在未经处理的小鼠(第二天91年]。
噬菌体疗法已经被经常用于候选国,格鲁吉亚虽然小同行评议的数据(92年]。最近的人类临床试验的噬菌体治疗的耐火材料铜绿假单胞菌有关的慢性外耳道炎症进一步证明潜在好处(93年]。这个随机双盲安慰剂对照试验使用六个噬菌体菌株制备招募患者以前慢性和反应迟钝的外耳炎。这些患者被选为他们的感染证实展览在体外细菌对噬菌体的准备。显著减少患者和医师评估成绩在所有领域直接相关的治疗组显著降低铜绿假单胞菌计数。噬菌体复制的平均持续时间是23天治疗组患者完全清除他们铜绿假单胞菌感染噬菌体不可能是孤立的。一个随机临床试验评估噬菌体治疗下肢静脉溃疡的疗效最近完成并等待结果(94年]。
有多个与翻译有前途的挑战在体外研究与广泛的临床使用噬菌体。而最近的临床试验显示移动的监管当局考虑和批准这样的研究,获得了广泛的临床使用的监督管理机构将是困难的。也有重大技术挑战与噬菌体选择、净化、储存和不育控制(95年]。困难与噬菌体疗法,然而,包括他们的个别菌株的特异性,防止使用一个噬菌体治疗涉及多个菌株的感染。在慢性中耳炎的研究中,那些被筛选,86.2%是敏感six-phage混合。噬菌体毒性剂量,以及带来的挑战哺乳动物宿主的免疫系统还必须考虑这种治疗(90年]。这是特别相关的肺部感染在CF。可能危害评估时必须考虑潜在的治疗使用噬菌体,如受感染的可能性从噬菌体生物获得毒性特征,像最近被证实96年]。
Endolysins
噬菌体产生endolysins发挥他们在细胞壁肽聚糖水解酶作用导致生物体的细胞溶解。endolysins治疗感染的潜在已经在动物疾病模型和测试发现成功地清楚链球菌引起的肺炎从殖民粘膜表面97年]。
虽然翻译的可能不太复杂的革兰氏阳性细菌,交付一个endolysin的挑战,或所谓的“enzybiotic”通过革兰氏阴性细菌外膜的渗透性降低的是更复杂的98年]。然而,结合代理管理渗透外膜,这种方法可能是可能的,然而在发展的早期(99年]。
免疫和免疫疗法
原发感染的预防免疫是一个雄心勃勃的目标考虑机制使用的生物的多样性导致疾病和它们表达的变化。使用外毒素类毒素和脂多糖抗原显示降低死亡率在小鼠模型44]。其他策略包括免疫原性细菌的蛋白质,包括鞭毛蛋白、高免疫原性蛋白,由鞭毛,目前正在发展。虽然有一些疫苗的临床试验准备发表建议的积极效果,很少有高质量的随机和设计。三个试验包括在Cochrane综述(One hundred.)有996名患者随访2到12岁的作者得出结论,当前不能推荐接种疫苗。
尽管免疫策略继续发展,免疫疗法也提供了类似的方法来增加传统抗生素的有效性通过人为地刺激免疫系统。免疫疗法的研究在很大程度上是受到类似的批评没有或随机和non-contemporaneous控制不佳。然而目前的作者的研究表明,免疫球蛋白(Ig) Y预防可能会增加时间第一次感染,减少感染事件的数量,减少时间建立慢性感染和延迟转换黏液状的应变(101年]。这些结果促使其许可在瑞典(102年)和其指定一个孤儿药物。第三阶段双盲随机对照试验的180名患者正在(Clinicaltrial.gov标识符NCT01455675)招聘那些有铜绿假单胞菌感染的主要测量结果被时间从开始第一隔离治疗铜绿假单胞菌从痰文化或咽喉拭子。本研究的完成预计在2014年12月。阶段活动花絮开放的试点试验单克隆anti-lipopolysaccharide IgM抗体等呼吸机相关肺炎患者建议治疗是安全的,并建议一定程度的功效在少数患者(103年]。
抗体也被用来对付III型分泌器的特定元素铜绿假单胞菌。这些改善感染小鼠肺炎模型与随后的减少死亡率和细菌负荷(104年]。初步报告I / II期研究的CF患者建议剂量依赖性降低痰炎症标记物虽然完整报告等待(45]I / II期研究结果的患者呼吸机相关肺炎。
总结
铜绿假单胞菌利用多个逃避宿主的免疫反应机制和传统抗生素的作用。频繁而持久广泛的课程注射。鼓励抗生素耐药性的出现。
传统的抗生素,如阿奇霉素,可能有一些流出和QS抑制效应可能振兴工作发展现有类的抗生素,有额外的影响(107年]。然而这种方法的寿命可能是有限的生物进化来克服这种效果。除了新一代peptidomimetic抗生素在发现过程的早期(28小说),新的抗生素利用机制的行动似乎没有管道。因此,上述目标可以作为有用的佐剂,提高抗生素在我们处理的有效性。的最佳时机使用这些代理仍不确定,但是,很可能有些方法可能更适合预防,而其他人可能会延长早期感染的机会消灭或可能使慢性感染的治疗策略。然而,这将是一段时间这种治疗方法达到的床边。这些方法的新颖性质表明,这些疗法的临床应用可能是缓慢的和进步的限制缺乏经验的类似的方法来满足监管机构。此外,有限的市场具体CF-applied治疗意味着生物技术公司可能会限制策略没有兴趣广泛的应用程序。然而,新方法要求限制铜绿假单胞菌对抗生素的耐药性和宿主的免疫系统,治疗这种多功能生物可能是成功的。
确认
境史密斯属于Cochrane囊性纤维化和遗传疾病组和MCRN-East(国立卫生研究所的一部分,儿童药物研究网络)。
脚注
支持声明
M.N.赫尔利由威康信托基金会资助的临床研究培训奖学金(WT092295MA)。
感兴趣的语句
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这篇文章是修改后的2016年4月来纠正错误的许可证信息。
- 收到了2012年3月8日。
- 接受2012年5月10日。
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