微生物来源的抗真菌抗生素的研究进展及未来展望
自20世纪70年代以来，在临床治疗过程中，真菌感染疾病和由于无法控制真菌感染而造成的死亡率逐渐提高，这与广泛使用对人体免疫系统有损害的药物和大量使用广谱抗菌药物有直接的关系。另外，与临床使用体内植入物和像艾滋病这样的慢性免疫抑制病毒的感染有关。因此，研究开发安全、新型和有效的抗真菌药物显得非常重要。尽管通过化学合成的方法获得了大量临床有效的抗真菌药物，但是，从微生物次级代谢产物中发现新型抗真菌抗生素，一直是人们所关心并取得显著成果的另一条有效途径。抗真菌抗生素根据作用靶位分为抑制细胞膜合成、抑制细胞壁合成、抑制蛋白质合成、抑制电子传递和抑制核酸合成的抗真菌抗生素。现对微生物来源的抗真菌抗生素的研究进展作一简要阐述。
1 抑制细胞膜合成
1.1 以细胞膜中甾醇为作用靶位
从20世纪50年代到发现唑类抗真菌药物的这段时间内，临床上一直用两性霉素B治疗系统性真菌感染疾病。这类抗生素发挥作用时首先与膜结合，其结合程度与膜内甾醇含量成正比。结合后生成的膜棗抗生素复合物，使细胞质膜结构发生改变，在膜脂质双层中形成由多烯大环内酯抗生素与胆固醇结合的环状化合物，构成亲水通道，致使细胞内容物向胞外泄漏。所泄漏的物质种类与抗生素的性质、浓度及作用时间有关，如钾离子、无机磷、有机磷、氨基酸、磷酸酯直至核酸、蛋白等，从而产生杀菌作用。利用这一特性，结合使用一些原先不能通过真菌胞膜的药物，使其发挥作用。这类抗生素的不良反应是由于其对细胞质膜脂质双层中的固醇类结合专一性不强而损伤正常人体细胞所引起的。
耐药性白假丝酵母对多烯类药物结合量降低的原因可能在于：一是细胞合成麦角甾醇的量降低，但其甾醇的组成没有发生改变；二是所有与多烯类药物具有亲和力的甾醇被其他低亲和力的甾醇所替代，如以3-羟基或3-氧代-甾醇来替代麦角甾醇、胆甾醇或豆甾醇；三是麦角甾醇在细胞膜上的位置发生了变化或被遮盖，从而不利于药物与之结合。
尽管两性霉素B是一个最为重要的抗真菌药物，但由于其较窄的治疗指数，使其在临床应用上受到了一定的限制。为了改变这一不足，近年来，对两性霉素B脂质体的研究取得了很大的成功。目前已经有多种两性霉素B脂质体剂型被用于临床，从而有效地克服了高剂量使用时对哺乳细胞的毒性。因为在脂质体中，药物能够走向到达真菌细胞膜，与细胞膜中麦角甾醇发生作用。除了临床普遍应用的两性霉素B外，临床应用比较广泛的还有制霉菌素（nystatin）。制霉菌素除在临床上应用外，在农业上可用于植物霜霉病的防治；也可用于家畜真菌病，并在食品保藏和运输中可用作防腐剂，以及还能用于珍贵书籍的长期保存防霉。
另外，其他一些多烯类抗真菌抗生素还包括有：四烯类的匹马菌素（pimaricin ）和金褐霉素（aureofuscin）、五烯类的戍霉素（ cogomycin）、七烯类的杀假丝菌素（candicidin）、克念菌素（cannitracin）和曲古霉素（tricomycin和八丈岛霉素（hachimycin）等。
1.2 以细胞膜中鞘磷脂为作用靶位
鞘磷脂是真菌和哺乳动物细胞膜必要的组成成分，借其信号传导来控制细胞的分裂、增殖和凋亡1。已经发现的这类抗真菌抗生素有：来源于出芽短梗霉（Aureobasidium pullulans）代谢产物的短柄霉素（aureobasid ins）、来源于小单胞菌的rustmicin（galbonolide A）和galbonolide B、来源于哥斯达黎加植物真菌的khafrefungin，以及来源于其他微生物代谢产物的多球壳菌素（myriocin）、脂黄菌素（lipoxamycin）、鞘脂菌素（sphingofungins）和绿啶菌素（vindofungins），另外，由真菌代谢产物分离得到的澳苍螺菌素（austr alifungin）可以抑制神经鞘氨醇N-乙酰转移酶（此酶使神经鞘氨醇酯化为神经酰胺）。
1.3 以真菌细胞表面结构为作用靶位
Bacillomycin F，ba cillomycin L和iturin A等的作用机制为影响细胞膜表面张力，形成膜表面小孔，从而导致胞内钾离子和其他有用离子的泄露。
Syringomycin E（SE），sy ringostantin A和syringotoxin B的作用机制为增加钾、氢和钙等离子的转膜流出，以及增加植物和酵母质膜的膜电位。SE形成电位敏感的离子通道，改变蛋白磷酸化和H+-ATP酶活性。Syringomycins对酵母的结合位点为麦角甾醇。
很多细菌和真菌能够产生许多具有抗真菌活性的肽类化合物。这些肽类抗真菌抗生素的主要作用机制是干扰真菌细胞的表面结构。另外，最近几年的研究发现，在一些哺乳类和昆虫的细胞中存有被称为抗菌肽的一类物质，具有很强的抗细菌和抗真菌活性。有些已经能够通过基因工程技术在微生物系统中制备。这些抗菌肽对真菌的主要作用机制是溶解细胞壁，从而达到抗菌作用。（
2 抑制细胞壁合成
2.1 以细胞壁中葡聚糖合成酶为作用靶位
真菌细胞壁中含有特殊的甘露聚糖、几丁质、α-和 β-葡聚糖成分，这就为寻找具有毒性差异抗真菌药物提供了基本思路和方法。尤其是对β-葡聚糖合成酶抑制剂的研究取得了显著的成果。但在很长一段时间内，仅发现脂肪类如刺白菌素类（echinocandins）和阜孢杀菌素类（papulacandins）2类结构的化合物具有抑制 β-1,3-葡聚糖合成酶的活性。最近以来，从微生物发酵代谢产物中陆续发现了多种不同结构的化合物具有这一生物活性，如pneumocandins类、牟伦多菌素类（mu lundocandins）和萜类化合物等，但目前研究最多且最具有成效的是刺白菌素类化合物。
刺白菌素类是20世纪70年代发现的一种天然产物，能够非竞争性地抑制β-1,3-葡聚糖合成酶的活性。Echinocandin这一名称最初指的是一类具有相同的环状多肽核心和不同的脂肪酸侧链的环状脂肽类天然抗真菌产物。由于天然的此类药物具有较大的毒性，因此人们通过对其进行结构改造，获得了一些具有抗真菌活性的echinocandin衍生物。其中最主要的是LY 121019（cilofungin）和LY30 3366（anidulafungin）。前者由于毒性和溶解性问题，以及对卡氏肺囊虫肺炎（ PCP）的活性较低，目前已经终止了研究开发；后者已经进人注册前。
Pne umocandins是由Zalerion Arboricola（ATCC20868广生的一类天然产物。由于这类药物对卡氏肺囊虫（Pneumocystis carinii）有效而被命名Pneumocandins。Zale rion Arboricola最初是在1972年由Buczacki从受伤或者腐烂的松树伤口处分离得到的，这种菌能够抑制引起树干溃烂的Trichoscyphella wilkommii的生长，后来默克公司的研究人员又从西班牙马德里附近的池塘中分离得到这种菌，最终从其代谢产物中获得了pneumocandis类化合物。其中A0，A1，A3，A4和B0 5种成分是由野生型菌株ATCC 20868产生的。ATCC20868经NMU诱变处理之后得到1株能够产生A2的突变株ATCC 20958。另外，由野生型菌株经NMU诱变处理得到的突变株ATCC 20957 再经过NTG处理后可得到突变株ATCC 74030，其能够产生B2组分。
Pneumoc andins按其结构中脯氨酸上取代基的不同，主要分为3大类：A0（3-羟基-4-甲基脯氨酸）。B0（3-羟基脯氨酸）和C0（4-羟基脯氨酸）；此外，根据环状多肽上取代基的不同Pneumocandin A0又可以分为A0，A1，A2，A3，A4五小类；B0又可以分为 B0和B2两小类。其中Pneumocandin A0（Micafungin）是这一组中最主要的成员，目前此药已经于2002年9月由日本藤泽公司在日本上市。PneumocandinB0的半合成衍生物卡泊芬净（caspofungin，L743872，Mk-0991），已经于2001年由默克公司上市（主要治疗曲霉感染疾病）。
Corynecandin是一个结构与阜孢杀菌素相似的抗真菌抗生素，其由Coryneum modonium的发酵代谢产物中分离得到。Mer- WF3010是阜孢杀菌素类家族中的又一个新成员，其化学结构与阜孢杀菌素B类似，由Phialophora cyclaminis的发酵代谢产物中分离得到。Fusacandin和pyochelin 分别来自Fusarium sambucinum和Pseudomonas的发酵代谢产物。
刺孢曲菌素类（aculeacins）是一组由刺孢曲霉（Aspergillus aculeatus）产生的代谢产物，其中刺孢曲菌素A对念珠菌属的IC50为0.008～0.62μg·mL-1，对黑曲霉（A.niger）和烟曲霉（A.fumigatus）的IC50均为2.5μg·mL-1。刺孢曲菌素类A，B，C，D，F和G在体外对白念珠菌和酿酒酵母具有很好的抗菌活性，对少数几种丝状真菌有抑菌作用。
牟伦多菌素类是一组由ASpergll us syndowivar mulundenis产生的代谢产物，其化学结构与刺白菌素类的区别仅在于用丝氨酸线基来代替其中一个苏氨酸，以及在亲脂侧链的12位是甲基肉豆蔻酰基而不是lineoyl。牟伦多菌素和其脱氧产物具有抗白念珠菌和黑曲霉的活性。
WF11899 A，B和C是由Cleophoma empetri F11899产生的一组水溶性脂肽类化合物。其对白念珠菌的IC50为0.4～30ng·mL-1，对小鼠系统性感染的抗菌活性高于氟康唑和cliofungin，但这类化合物在体外溶鼠红细胞的浓度为62μg ·mL-1。
最近筛选获得的一些具有两类结构的β-1,3-D-葡聚糖合成酶抑制剂，其体外抗菌活性和抗菌谱可以与已经上市的具有脂肽类结构的半合成刺白菌素卡泊芬净相媲美。
2.2 以细胞壁中几了质合成酶为作用靶位
许多能作为抗病原真菌的或杀虫的抗生素，多半具有抑制几丁质生物合成的作用。多氧霉素和日光霉素都能抑制真菌细胞壁的合成，其中多氧霉素D是真菌细胞壁几丁质合成酶最有效的抑制剂，它的化学结构与合成几丁质的二磷酸尿嘧啶核苷-N-乙酰葡萄糖胺（UDP-NAG）相类似，是一个极强的竞争性抑制剂。日光霉素是由唐德链霉菌（S.tendae）产生的、结构类似于多氧霉素的核着类抗生素。它通过二肽渗透酶进入靶细胞，能抑制真菌几丁质的合成，是一个很有前途的杀虫杀菌农用抗生素，近期研究表明其有可能作为抗真菌药用于临床。FR900403的化学结构不同于多氧菌素和日光霉素，其为腺昔，且肽结构部分与核苷的C-3，残基相连接。其对白念珠菌有效，但对丝状真菌无活性。
最近，从Arlhrinium phaeo spermum发酵液中分离得到的环状depeptide化合物arthrichitin，以及从海洋真菌 Hypoxylon oceanicum发酵液中分离得到的LL15G256γ，都具有抑制真菌见丁质合成的能力，具有广谱抗真菌的活性。
2.3 以细胞壁申甘露聚糖为作用靶位
甘露聚糖是真菌壁中含量最多的一类多糖，它主要是通过N-乙酰-葡糖胺残基上的β-（1,4）二糖共价地连接在蛋白质上形成甘露蛋白复合物。在细胞膜的糖化合物中，甘露聚糖的含量高达50％以上，在真菌细胞壁的外周，这种糖蛋白的含量最高，是构成这种细胞的主要抗原，它可以作为抗菌药物的作用靶位。已经发现的benanomycins和普那米星（pradimicins），被认为是作用于甘露蛋白的抗真菌抗生素。其作用机制是：首先在钙离子存在时，这类抗生素游离的羧基与细胞表面甘露蛋白的糖部分形成复合物，接着对细胞壁产生作用，引起胞内钾离子的流逝，最终使真菌细胞溶解。但是，至今还没有发现单一甘露蛋白的缺失会导致细胞的死亡，提示以此作为抗真菌药物的筛选靶位值得进一步研究。
3 抑制蛋白质合成
粪壳菌素（sordarin）早在1971年就作为抗真菌抗生素从Sordaria a raneosa代谢产物中分离获得，但其作用机制在20多年后，从Graphium putredini s代谢产物和Penicillium minioluteum代谢产物中，分别分离获得结构类似物GR1 35402和BE31405后才得以了解。来源于Bacillus cereus代谢产物的cispentacin和 Streptomyces setonii代谢产物的FR109615，以及它们的结构类似物如BAY108888 似乎具有双重作用模式。Cispentacin既能够干扰氨基酸的传输，也能够干扰氨基酸代谢的调节。
4 抑制电子传递
抗霉素A和来源于Streptomyces s p.517-02代谢产物的UK2A和UK3A，是一类具有广谱抗真菌活性的抗生素。它们对线粒体呼吸链的电子传递具有抑制作用，从而干扰线粒体的有氧呼吸，引起真菌细胞的死亡。已经从粘细菌的代谢产物中发现了20多种具有这种作用机制的抗真菌化合物。来源于海洋粘细菌Haliangium luteum代谢产物的haliangicin，能够专一性地在呼吸链复合物Ⅲ内抑制电子的传递。
5 抑制核酸合成
灰黄霉素（griseofulvin）是由Oxford等于1939年首先发现，从而开创了抗真菌抗生素的历史。灰黄霉素能够有效地抑制表皮癣菌、小孢子菌和毛发癣菌等的生长。其作用机制可能是具有鸟嘌呤相似结构的灰黄霉素以竞争性抑制作用干扰真菌细胞的DNA 合成，从而抑制其生长。它作用于敏感真菌后可致菌丝肿胀成球形，细胞壁丧失其完整性，胞浆膜则近乎消失，仅遗留少量皱缩的残余物和巨大的脂类贮存颗粒。它对生长期的真菌菌丝作用更强。
利福霉素类抗生素可通过抑制依赖DNA的R NA多聚酶的活性来影响蛋白质合成的启动，尽管这类抗生素在体外并未显示抗真菌活性，但利福霉素S衍生物利福布汀的体外试验显示：其与两性霉素B具有协同抗真菌作用，且组织穿透性强。
6展望
做生物的多样性和微生物代谢产物的多样性，永远是发现新药的无穷宝藏。随着生命科学的发展，一些新的抗真菌药物作用靶点的发现，必将有更多更有效的抗真菌抗生素被发现和应用。在过去的 20年间，刺白菌素类抗生素的发现和应用，更增强了从微生物代谢产物中寻找抗真菌抗生素的信心。在今后的若干年间，将会有更多的作用靶位用于抗真菌抗生素的筛选，并一定能够由此获得更多更有效的抗生素。这些筛选靶位包括：①针对胞内代谢的中间产物如核酸、氨基酸和多胺代谢。②针对微管功能如影响微管聚集或干扰微管结构完整性。③针对细胞信号传导如影响蛋白激酶和磷酸酶系统。④针对真菌繁殖周期如影响细胞分裂等。⑤针对真菌毒力如改变毒力基因调节等。
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