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抗生素诱导细菌内毒素释放的研究概况
徐彦贵 天津市第一中心医院药学部
内毒素(Endotoxin)，又名脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS），主要是革兰氏阴性细菌（Gram-Negative
Bacterial，GNB）合成的一种毒素，是细菌细胞壁的外部结构由O-特异性侧链、核心多糖、类脂A组成。其中核心多糖分为连接O-特异链的外核部分和连接类脂A的内核部分，内核部分含有庚糖的2-酮基-3-脱氧辛酸（KDO）两种特殊的糖类分子，而KDO和类脂A具有毒性［1］。这些成分性质稳定，耐热、毒性较外毒素弱，对组织器官无选择性［2］。人们已逐渐认识到感染状态所致的全身炎性反应综合征（SIRS）以及进一步恶化发展成为多器官功能障碍综合征（MODS）使严重感染患者走向死亡的主要途径，而该恶性进展的关键启动因子即为内毒素［4］。内毒素可直接和一系列宿主炎性细胞如单核细胞、中性粘细胞、内质细胞相互作用，刺激其释放肿瘤坏死因子（TNF）和白介素1（IL-1）等细胞因子。当机体接受大量的内毒素刺激时，将触发强力的炎症反应，最终导致败血性休克［3］。
在目前应用的不同种类的抗生素中，由于其作用机理不同，作用时间及浓度不同，对GNB的内毒素释放有明显的差异，本文对目前国内外对抗生素诱导细菌内毒素释放的研究现状给与综合的评述。
1
不同种类抗生素诱导细菌内毒素的释放
GNB在很多情况下可以释放游离的内毒素（FLPS），在未加入抗生素时,随时间的延长，也会有FLPS的释放。当向培养基中加入含有补体的人血清时，也会使内毒素从外膜上脱落下来形成FLPS。另外，当加入EDTA时可以与外膜的Ca＋＋、Mg＋＋等阳离子螯合，破坏膜的稳定性，而释放出来FLPS［7］。
1.1
β-内酰胺类抗生素诱导GNB释放内毒素的结果与机制
β-内酰胺类抗生素可分为青霉素类、头孢菌素类、碳青霉烯类、单环β-内酰胺类、氧头孢烯类和β-内酰胺酶抑制剂［5］。其作用机制是β-内酰胺环与细菌胞壁内的肽聚糖形成肽桥的转肽酶的活性?quot;D-丙氨酰-D-丙氨酰"发生竞争，从而干扰胞壁的合成，使细菌细胞的渗透压增高，裂解而亡，还可与细菌细胞上的青霉素结合蛋白（PBPs）结合而妨碍细胞壁粘肽的合成，使之不能交联而造成细胞壁的缺损，使破裂而亡［5］。其中GNB的PBPs有9种之多，而实际影响细菌的生长、形状或溶解的PBPs只有3种：PBPs-1、PBPs-2、PBPS-3［15］。
王顺宾等［6］人曾用几种不同的β-内酰胺类药物以亚抑菌浓度作用于酮绿假单胞菌PA103和大肠埃希氏菌V517的实验，表现了β-内酰胺类药物作用的区别和内毒素诱导释放的差异，总结出一种抗生素可以作用于几种PBPs，但以一种为主。当作用于PBPs-1时，可引起细胞壁裂解，菌体溶解，细菌没有继续合成细胞壁，所以释放内毒素较少，这可能与快速杀菌防止细菌生物量增加有关。此类药物有：头孢哌酮、头孢噻啶、头孢磺啶等。当作用于PBPs-2使其失活时，使细菌形成原生质球，胞壁的合成受到抑制，则内毒素的释放也相对较少，这类药物有：亚胺培南、美西林、克拉维酸等。当作用于PBPs-3使其失活时，能抑制细菌赖以分裂的中隔的合成，而不能抑制细胞侧壁的合成，所以细菌不会破裂分解，而是逐渐形成长链的杆状，不断的释放内毒素，这类药物有：哌拉西林、头孢他啶、头孢三嗪、头孢噻肟、美罗西林、氨曲南、低剂量的头孢氨苄、头孢呋新等。对PBPs-1和PBPs-3，PBPs-2和PBPs-3的综合抑制效应取决于各种抑制效应的总和［6,8,1］。在国外Jackson等［9］人在体外观察实验也发现相似的结果。梁存河［10］认为β－内酰胺类抗生素还作用于菌壁粘肽合成第三步的两种水解酶：内肽酶和糖苷酶。前者的活性受抑制，细胞分裂受阻，但菌体仍可延长，形成丝状；后者受抑制则形成球状体。日本学者Horii
T等［11］用碳青酶烯类的亚胺培南（imipenem），帕尼培南(panipenem)，美罗培南（meropenem），比阿培南（biapenem）作用细菌，发现内毒素的时间过程及数量与菌体形态学的改变有关系。美罗培南和比阿培南在细胞的溶解和胞壁的瓦解期可以显著的引起内毒素的释放，另二者引起少量的释放。另外徐能武等［14］人发现头孢他啶和亚胺培南在杀菌方面无差异，但诱导内舅厥头拍芰ν锋咚ぴ对洞笥谘前放嗄稀Ｍ庋д咭灿型谋ǖ溃?2,13］。周向东等［4］人将β－内酰胺类分为高释放类：氨曲南、头孢他啶、头孢唑啉、头孢呋新、氨苄西林。低释放类：阿莫西林，克拉维酸，亚胺培南。这些差异主要与前所述的PBPs机制有关，应当在临床治疗GNB感染时加以注意。值得注意的是Ishikawa
M等［20］人对部分肝切除的病人，以对PBPs-2和PBPs-2+PBPs-3作用的抗生素治疗发现二者没有显著性差异，不管抗生素的作用如何，临床上抗生素诱导内毒素释放将在肝切除患者中不会发生。这一点与其他学者有一定性差异，是不是与肝脏的解毒功能有关，有待进一步的证明。
1.2
氨基糖苷类抗生素诱导GNB释放内毒素的结果与机制
此类药物主要是抑制细菌蛋白质合成，导致细菌生长停止，增值减慢而死亡，因而其对内毒素的释放是缓慢而少量的。由前EDTA的作用机制可知，因为庆大霉素有类似EDTA的作用，可与Ca＋＋络合，而增加内毒素的释放，这种作用可用Mg＋＋所抑制，另外氨基糖苷类药物可以使细胞成分改变，造成膜的损伤［16］。王顺宾［17］也曾总结过庆大霉素、阿米卡星、妥布霉毒等抗生素能抑制内毒素的合成，且发现庆大霉素、阿米卡星和西索米星具有明显的抗内毒素活性和减弱小鼠全身性斯氏反应的能力，所以此类药物诱导内毒素的释放较少。
在以往氨基糖苷类药物的研究中，普遍认为此类药物个品种间无明显差异，均为中等释放内毒素的品种［4,6］。Sjolin
J等［18］在对大肠埃希氏菌Escerichia
Coli内毒素释放的研究实验中，发现妥布霉素（tobramycin）的加入使其对每个已杀死的细菌的内毒素诱导释放减少到比妥布霉素单独使用还低的水平，且增加了杀菌率。国外学者Kishi
K等［19］人发现单用头孢他啶对大肠埃希氏菌实验中内毒素，TNF-α和IL-1-β的浓度显著增加，用clindamycin预砗螅上灾跎偃叩呐ǘ取Ａ硗猓琧lindamycin可以抑制由头孢他啶引起杆型向丝型的转化过程，这点可能与前述的作用机制有关。
1.3
喹诺酮类抗生素诱导GNB释放内毒素的结果与机制
喹诺酮类抗生素是DNA回旋酶抑制剂，抑制DNA解旋、复制，从而使细菌蛋白质合成受限制。王顺宾［17］认为它除了作用于DNA回旋酶时才可以抑制细菌蛋白质合成，导致细菌生长停止，增殖减弱而死亡，此类药物使GNB释放内毒素缓慢，量低的特点，但环丙沙星由于能引起细菌丝状改变，仍可导致内毒素的大量释放［1］。其诱导释放内毒素的量还与药物浓度有关，高浓度时释放内毒素量较少［17］。环丙沙星也可与膜表面的Ca＋＋结合而引起内毒素释放［1］。梁晋全［15］认为头孢菌素和喹诺酮类可导致细菌快速溶解，致使内毒素释放，而氨基糖苷类则引起细胞的缓慢死亡，使内毒素不断释放出来。梁存河等［21］人则认为喹诺酮类抗生素大多使细菌形成丝状体，致内毒素释放增加，环丙沙星尽管使细菌形成丝状体，而由于迅速杀菌作用可使内毒素释放较少。
1.4
其他类抗生素诱导GNB释放内毒素的结果与机制
氯霉素可以抑制细菌蛋白质的合成，使细胞损伤，膜的成分改变，使细菌壁丧失了内毒素的结合能力所致［1］，动物实验表明由于氯霉素是非针对细胞壁起作用的药物，故其对内毒素释放水平小于头孢噻肟，引起脑水肿的程度也较头孢噻肟低［16］。
多粘菌素B等多肽类抗菌药物，结构中有游离的NH3可与内毒素中类脂A上的PO43－结合中和内毒素，可以减慢、缓和内毒素的释放，所以在所有抗生素中，它导致的内毒素释放最低［4］。同时多粘菌素B能抑制内毒素刺激单核巨噬细胞释放TNF-α［1］。
2
浓度与时间对细菌内毒素释放的影响
抗生素诱导内毒素释放的作用，也与抗生素的浓度及作用时间有关。梁存河等［10］认为低剂量的头孢呋肟，头孢他啶可致细菌内毒素释放较多，而大剂量则使其释放减少，主要是由浓度的不同作用于不同的PBPs有关。王顺宾等［21］人用半量最低抑菌浓度（MICs）作用于酮绿假单胞菌PA103和大肠埃希氏菌V517，发现抗生素作用后3h或5h菌量达最小值，以后开始升高，而内毒素水平是持续升高的，同时菌的形态也发生了丝状和球状的变化，机制可能与PBPs-2和PBPs-3结合有关。美罗培南［7］在低浓度时可使酮绿假单胞菌呈丝状生长，高浓度时成球形生长，中浓度时细菌成中间为球形，两翼为丝状生长，且需抗生素作用6～8h后才出现显著的形态变化，同时碳青酶烯类的亚胺培南［17］浓度>100μg/ml方有抑制诱导内毒素释放的作用。可见抗生素诱导内毒素的释放不仅仅是因为抗生素杀灭细菌后，胞壁破裂而释放的，还可能是细菌在低浓度抗生素作用下通过某种机制逐渐释放出来的。Rotimi
Vo等［22］发现在4倍MICs下头孢西丁和哌拉西林接触后在48h后诱导产生很微量的内毒素，而trovafloxacin、亚胺培南、美罗培南、诱导高水平的内毒素释放。另外一个值得注意的现象是Sjolin
J等［18］发现在每个抗生素组中（头孢呋肟、妥布霉素、头＋妥）每个浓度水平时内毒素的释放与被杀死的菌的数量成正比，潜在的调整这个浓度，内毒素当细菌被杀死时才被释放出来，这种表现与菌体的接种量无关。
3
抗生素诱导内毒素释放与抗生素疗效间的关系
本文开头已阐述了GNB产生内毒素在人体内的生理活性。内毒素一旦入血，可以迅速活化巨噬细胞，并分泌出一系列的炎性介质，同时还可激活内皮细胞和凝血过程以及补体系统，表现为发热或不发热，心动过速，呼吸急促，白细胞减少或增多，血压下降，甚至休克或死亡［23］。
在GNB感染中，抗生素的应用会导致内毒素的迅速释放，使机体进入休克期，这是值得警惕的。有人曾用各种抗生素对大肠杆菌性脑膜炎兔模型进行试验，发现脑脊液内毒素2h内升高2～10倍，说明菌被杀死后内毒素会大量释放，总结出头孢菌素和喹诺酮类可导致细菌快速溶解，促进内毒素释放，而氨基糖苷类则引起细胞的缓慢死亡，使内毒素不断释放出来，引起生理反应［15］。对头孢呋肟及氨曲南进行观察发现细菌内毒素释放量异常升高，分别为116和221倍，显微观察呈丝状，机制如前所述。
抗生素疗效与其诱导内毒素的释放存在紧密关系。头孢他啶、头孢噻肟和氨曲南产生TNF的水平高，丁胺卡那、亚胺培南产生TNF低，而环丙沙星在二者之间［7］。国外学者Ardit［24］和Moshe［25］等分别发现头孢三嗪和美罗培南的IL-6水平明显高于亚胺培南，TNF水平是头孢三嗪组明显高于亚胺培南组。这些表明抗生素诱导GNB产生内毒素能力不同，从而使机体免疫反应及炎症反应状态也有差异。由研究发现［3］用抗生素对脑膜炎球菌感染的患者进行研究中，发现同时有休克和脑膜炎感染组患者，其血清中关键的炎性细胞因子TNF和IL-10明显高于仅有脑膜炎感染而无休克组患者，而仅有休克组其细胞因子水平均较前两者高，此外，在败血性休克时血清中细胞因子IL-6的水平亦和疾病的严重程度密切相关。此结果表明抗生素的应用、内毒素释放、细胞因子的数量和生理效应之间是密切相关的。
综篇所述，抗生素诱导GNB内毒素释放的现象是非常值得注意的，研究它对临床合理应用抗生素有着指导意义。我们应尽量选用对内毒素诱导少的抗生素。由于多粘菌素B的抗菌谱窄和严重的肾毒性，所以与PBPs-2结合的药物是一个重要的研究方向。从文献［18,13,19］等，也可以发现合理的配伍用药，可使内毒素的释放量减少，也应引起研究人员的努力。另外，由于不同的测定方法有可能影响结果［13］，所以一项合理准确的测定方法，有待我们的共同努力。
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