氨基糖苷類藥物耳毒性機(jī)制及耳保護(hù)策略研究進(jìn)展

李熙星 張光遠(yuǎn) 陳雨濛 崔衛(wèi)娜

河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科（河北 050000）

目前已知有150多種藥物具有耳毒性，這些藥物包括氨基糖苷類、糖肽類和大環(huán)內(nèi)酯類抗生素、鉑類抗癌藥物、環(huán)利尿劑、奎寧和水楊酸鎮(zhèn)痛劑等。雖然許多藥物的耳毒性在停藥后會(huì)消退，但氨基糖苷類抗生素(aminoglycoside antibiotic，AmAn)的使用可導(dǎo)致永久性聽力喪失。在我國(guó)，AmAn致聾位于國(guó)內(nèi)藥物致聾的首位。據(jù)報(bào)道，一些氨基糖苷類藥物對(duì)耳蝸毒性更強(qiáng)，而另一些則對(duì)前庭毒性更強(qiáng)[1]。藥物的耳毒性將影響患者治療后的生活質(zhì)量，尤其是對(duì)具有遺傳易感性的患者造成極重度且不可逆轉(zhuǎn)的耳聾；對(duì)于兒童而言，即使輕度聽力損失也會(huì)對(duì)其言語(yǔ)發(fā)育及心理社會(huì)發(fā)育產(chǎn)生不良影響。

目前，對(duì)AmAn的內(nèi)耳毒性過程以及如何在細(xì)胞水平上對(duì)其預(yù)防的認(rèn)識(shí)有了極大的提高，并在藥物治療AmAn所致耳蝸毒性和預(yù)防耳蝸損傷上有所進(jìn)展。迄今為止，尚無(wú)被美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)用于保護(hù)內(nèi)耳免受損害和預(yù)防相關(guān)聽力損失的藥物。然而，各種臨床前研究都顯示出了希望，目前也有一些臨床試驗(yàn)的支持?jǐn)?shù)據(jù)。迫切需要在這一有希望的領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行更多的研究。本文重點(diǎn)對(duì)AmAn耳毒性的作用機(jī)制、影響因素以及當(dāng)前的耳保護(hù)策略作一綜述。

1 AmAn的耳毒性機(jī)制

AmAn損傷內(nèi)耳的確切機(jī)制尚未完全闡明。大量證據(jù)表明氧化應(yīng)激誘導(dǎo)耳蝸毛細(xì)胞和血管紋邊緣細(xì)胞凋亡壞死[2]，其中活性氧（reactive oxygen species,ROS）常作為凋亡通路的催化劑。AmAn的作用是與細(xì)菌核糖體結(jié)合，抑制細(xì)菌蛋白的合成，而線粒體核糖體在結(jié)構(gòu)上比真核核糖體更接近細(xì)菌核糖體[3]，AmAn通過抑制線粒體蛋白生物合成來(lái)抑制順烏頭酸酶，該酶是線粒體呼吸鏈的重要組分，其活性喪失使呼吸鏈功能出現(xiàn)異常，氧自由基增多，導(dǎo)致鐵離子的積累，使這些鐵離子絡(luò)合，通過芬頓反應(yīng) (Fenton reaction)生成ROS[4]。此外，F(xiàn)e2+/3+-AmAn-絡(luò)合物與花生四烯酸形成三元絡(luò)合物，通過脂質(zhì)過氧化促進(jìn)ROS的形成[5]。如果ROS的產(chǎn)生超過了固有的抗氧化能力負(fù)荷，并觸發(fā)耳蝸內(nèi)細(xì)胞死亡通路，就會(huì)發(fā)生細(xì)胞死亡，降低聽覺和/或前庭功能[6]。

那么AmAn又是如何進(jìn)入內(nèi)耳組織及毛細(xì)胞來(lái)發(fā)揮細(xì)胞毒性呢？首先，其通過主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制穿過血-迷路屏障（BLB）進(jìn)入內(nèi)耳[6]，早期的耳蝸研究表明，外淋巴液中的AmAn含量高于內(nèi)淋巴液，提示外淋巴液中的AmAn是毛細(xì)胞毒性的主要來(lái)源[7]。盡管AmAn在全身給藥后進(jìn)入外淋巴液，但它們不容易通過這種途徑進(jìn)入毛細(xì)胞[8]。用熒光標(biāo)記的慶大霉素（GTTR）進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，在鼠耳蝸中，GTTR優(yōu)先被血管紋狀體吸收，且紋狀體邊緣細(xì)胞顯示出更高的GTTR熒光強(qiáng)度[9]。耳蝸中慶大霉素的免疫熒光檢測(cè)還揭示了整個(gè)耳蝸中廣泛的細(xì)胞標(biāo)記，優(yōu)先標(biāo)記了邊緣細(xì)胞[9,10]。這些數(shù)據(jù)表明，全身應(yīng)用的AmAn從毛細(xì)血管運(yùn)輸?shù)竭吘壖?xì)胞，然后被清除進(jìn)入內(nèi)淋巴，即血管紋-內(nèi)淋巴液途徑[11]。AmAn主要通過立體纖毛機(jī)械電傳導(dǎo)（MET）通道進(jìn)入毛細(xì)胞，此通道隨著聲音或加速度的變化而打開和關(guān)閉[12]。MET通道是大的、非選擇性陽(yáng)離子通道，對(duì)Ca2+離子具有較高的滲透性[13]。來(lái)自內(nèi)淋巴液的Ca2+離子被認(rèn)為在含有帶負(fù)電殘基的前庭濃縮，進(jìn)一步被選擇性過濾器內(nèi)其它帶負(fù)電的殘基吸引，從而進(jìn)入毛細(xì)胞[13]。最新研究表明，MET通道是由TMC蛋白二聚體形成的，有兩個(gè)孔，每個(gè)孔對(duì)應(yīng)10個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)的TMC分子[14,15]。在孔隙區(qū)存在幾種帶負(fù)電荷的氨基酸，也存在幾種帶正電荷的氨基酸，這些氨基酸可以形成進(jìn)入和退出的屏障[14]。MET通道孔隙非常大，最窄處的直徑至少為1.25～1.5 nm[16]，足以允許AmAn和其他大型陽(yáng)離子進(jìn)入毛細(xì)胞胞漿。AmAn進(jìn)入毛細(xì)胞的其他途徑也存在，其中一種是毛細(xì)胞頂端和突觸極的內(nèi)吞作用，盡管還沒有發(fā)現(xiàn)其參與細(xì)胞毒性的直接證據(jù)[12,16]。另外，瞬時(shí)感受器電位(TRP)通道作為非選擇性陽(yáng)離子滲透通道家族，與MET通道一樣，對(duì)Ca2+離子具有很大的通透性[17]。TRPA1被認(rèn)為是一種化學(xué)傳感器，由炎癥、氧化應(yīng)激和組織損傷過程中釋放的各種刺激性化合物以及細(xì)菌內(nèi)毒素激活[17]。TRPA1通過內(nèi)毛細(xì)胞(IHCs)和外毛細(xì)胞(OHCs)表達(dá)，并被認(rèn)為存在于OHCs的基底外側(cè)膜上。實(shí)驗(yàn)證實(shí)經(jīng)螯合劑BAPTA預(yù)處理使MET通道失活后，激活的TRPA1通道促進(jìn)了AmAn的吸收[18]。激活后，TRPA1的孔徑可以從1.1 nm擴(kuò)大到1.4 nm，這表明TRPA1通道可以在耳蝸應(yīng)激(例如，噪音暴露)時(shí)激活，可能增加AmAn進(jìn)入OHCs[19]。TRPV1和TRPV4是另外的候選AmAn滲透通道，兩者都在血管紋和毛細(xì)胞中表達(dá)。最新研究表明，TRPV1參與了AmAn誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性，且炎癥可上調(diào)TRPV1的耳蝸表達(dá)，從而加重藥物引起的聽力損失[20]。

2 AmAn的耳毒性影響因素

AmAn耳毒性的個(gè)體差異和易感性常表現(xiàn)有家族遺傳性，線粒體核糖體RNA中選擇性的基因突變(主要是A1555G)導(dǎo)致與氨基糖苷類化合物具有更高的結(jié)合力，并可導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成過程中mRNA的誤譯，導(dǎo)致細(xì)胞死亡[21]。這些易感患者即使用常規(guī)劑量或極小劑量的AmAn即可發(fā)生耳毒性反應(yīng)。線粒體基因組中還發(fā)現(xiàn)了其他突變，這也容易導(dǎo)致AmAn引起的聽力損傷[22]。

血清中較高的藥物濃度、給藥間隔縮短、給藥次數(shù)增多、累積給藥劑量增加等是引起AmAn耳毒性的重要因素[23]。最近一項(xiàng)大型研究報(bào)道，通過短期治療、監(jiān)測(cè)藥物水平及調(diào)整劑量，可以使慶大霉素對(duì)聽力末梢器官的影響最小化[24]。另外，給藥途徑及局部給藥部位對(duì)AmAn耳毒性作用亦有影響，椎管內(nèi)給藥最危險(xiǎn)，其次為靜脈和肌肉注射[25]。鼓室給藥時(shí)，藥物也可通過圓窗膜或經(jīng)中耳血管進(jìn)入內(nèi)耳發(fā)生中毒，且中耳存在炎癥時(shí)更能增加藥物的耳毒性[26]。

AmAn也可經(jīng)胎盤進(jìn)入胎兒血循環(huán)，造成胎兒耳蝸螺旋器損害，尤其在妊娠早期（最初3個(gè)月）更為明顯，這與機(jī)體發(fā)育不全、生理病理變化有關(guān)。另外，嬰幼兒和老年人對(duì)AmAn的耳毒性具有高風(fēng)險(xiǎn)性[26]。

此外，噪聲、炎癥、與一些藥物的聯(lián)合使用（如萬(wàn)古霉素等）等均可誘導(dǎo)AmAn的耳毒性[27]。最近，還有報(bào)告指出艾滋病毒合并感染與AmAn誘導(dǎo)的聽力損失的高發(fā)生率相關(guān)[28]。

3 AmAn的耳毒性防護(hù)策略

迄今為止，AmAn尚不能完全被同樣有效且耳毒性較小的藥物所替代。因此，考慮到其耳毒性的風(fēng)險(xiǎn)，定期行聽力檢測(cè)是必須的。通過適當(dāng)?shù)母哳l聽力測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)早期損傷，并考慮替代治療。此外，記錄和考慮個(gè)別危險(xiǎn)因素（如年齡、先前存在的聽力損失、腎功能不全和經(jīng)驗(yàn)證的藥物基因組標(biāo)記）對(duì)于識(shí)別需要更密切監(jiān)測(cè)的高危患者，選擇可能的替代藥物或耳保護(hù)劑至關(guān)重要。針對(duì)AmAn的耳毒性，目前已提出兩種主要的耳保護(hù)策略。一是減少內(nèi)耳細(xì)胞對(duì)藥物的吸收，以防止細(xì)胞毒性；另一種是干擾AmAn誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性的機(jī)制。

3.1 減少AmAn的細(xì)胞攝取

斑馬魚側(cè)線（zebrafish lateral line）是一個(gè)很好的模型，可以高通量篩選使毛細(xì)胞免受耳毒性的化合物。最近一項(xiàng)對(duì)500多種天然化合物的篩選發(fā)現(xiàn)，四種新的雙芐基異喹啉衍生物（Berbamine，E6 Berbamine，Hernandezine，Isotetrandrine）是降低毛細(xì)胞對(duì)AmAn攝取的耳保護(hù)劑[29]。另外，ORC-13661作為是一種由Oricula制藥公司最新開發(fā)的口服藥物，是一種高親和力的外毛細(xì)胞機(jī)電換能器（MET）通道的滲透阻滯劑，它可以可逆地阻斷毛細(xì)胞MET通道來(lái)降低AmAn耳毒性[30]。但MET通道阻滯是否是這些化合物的主要耳保護(hù)機(jī)制還有待驗(yàn)證，因?yàn)槠渲杏袔追N也會(huì)影響其他離子通道[31]。在局部或全身給藥后進(jìn)行體內(nèi)試驗(yàn)，以確保這些化合物能夠進(jìn)入分隔的內(nèi)淋巴液，這一點(diǎn)也至關(guān)重要。目前，Etimicin（ETM）作為第四代氨基糖苷（AGs），由于其高效和低毒的特點(diǎn)，已在臨床應(yīng)用。其耳毒性的機(jī)制仍不清楚，但對(duì)大鼠耳蝸毛細(xì)胞進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)表明，ETM最小的耳毒性是由于它在靶細(xì)胞線粒體中積累較少，隨后對(duì)線粒體功能的抑制也較少[32]。這些結(jié)果為發(fā)現(xiàn)高效低毒的新型AGs提供了新的策略。由嚴(yán)重細(xì)菌感染引起的炎癥也增加了AmAn的耳蝸攝取和隨后的耳毒性[33]。在AmAn治療之前或期間給予抗炎藥對(duì)于依那西普（一種阻斷促炎信號(hào)傳導(dǎo)受體TNFα的抗體）在改善噪聲誘導(dǎo)的聽力損失方面可能是有效的[34]。依那西普和其他抗炎藥可以減輕耳蝸炎癥并且還可以減少氨基糖苷類的耳蝸攝取，以更好地保持聽覺功能[35]。

在新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房（NICU），AmAn通常是治療危及生命的敗血癥的必需品[36]。NICU環(huán)境噪聲很高，并且NICU的工作人員的聽力損失發(fā)生率顯著增加[37]，可能是由于環(huán)境聲級(jí)的協(xié)同效應(yīng)增加了AmAn的耳蝸攝取[38]。因此，降低NICU中的環(huán)境噪音是一項(xiàng)刻不容緩的工作。

3.2 降低AmAn的細(xì)胞毒性

N-乙酰半胱氨酸和D-蛋氨酸等抗氧化劑可在臨床前模型中降低AmAn誘導(dǎo)的耳蝸毒性[39]，支持藥物誘導(dǎo)產(chǎn)生活性氧導(dǎo)致耳毒性的觀點(diǎn)。一些抗氧化劑對(duì)AmAn和順鉑均表現(xiàn)出耳蝸保護(hù)作用，提示氧化應(yīng)激誘導(dǎo)是這些耳毒性藥物細(xì)胞毒性的共同機(jī)制[40]。假若如此，那么減少順鉑耳毒性的劑量方案也可以轉(zhuǎn)化為對(duì)AmAn引起的耳毒性的耳保護(hù)方案。

組蛋白的乙?；欣诟鞣N轉(zhuǎn)錄因子和協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子能與DNA結(jié)合位點(diǎn)特異性結(jié)合，激活基因的轉(zhuǎn)錄，組蛋白去乙?；?histone deacetylases,HDACs)則發(fā)揮著相反的作用。AmAn治療還導(dǎo)致核組蛋白的低乙酰化，減少與DNA結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，降低基因表達(dá)[40]。HDACs的特異性抑制劑在耳蝸外植體中具有耳保護(hù)作用[41]，但在體內(nèi)往往不具有耳保護(hù)作用[42]。因此，候選耳保護(hù)劑的有效性必須在體內(nèi)進(jìn)行驗(yàn)證。

另外一個(gè)創(chuàng)新的策略是開發(fā)像安普霉素（apramycin）這樣的AmAn，它對(duì)真核生物線粒體核糖體的親和力最小，同時(shí)對(duì)臨床病原體保持強(qiáng)大的活性[43]。最新研究報(bào)道，阿普霉素在一定濃度下未觀察到隱性聽力損失的跡象，被認(rèn)為是臨床使用的有希望的抗生素[44]。此外，對(duì)西索米星（慶大霉素的生物合成前體）的特定胺基團(tuán)進(jìn)行修飾，生成了一種改進(jìn)型AmAn即N1MS，研究表明感染大腸桿菌膀胱的小鼠經(jīng)西索米星治療后毛細(xì)胞減少75%至85%，聽力嚴(yán)重受損，而N1MS治療既消除了尿路的細(xì)菌感染，又保留了毛細(xì)胞，同時(shí)不損害聽覺和腎臟功能[45]。研究結(jié)果確立了N1MS作為非毒性AmAn，并支持靶向修飾作為產(chǎn)生非毒性抗生素的有希望的方法[45]。

另一個(gè)有希望的方法是激活熱休克蛋白（HSPs），包括HSP70，以促進(jìn)毛細(xì)胞對(duì)抗AmAn的耳毒性而存活。熱休克通過誘導(dǎo)支持細(xì)胞表達(dá)和分泌HSP70起到對(duì)內(nèi)耳毛細(xì)胞的保護(hù)作用。有趣的是，在臨床前模型中，暴露于足以對(duì)耳蝸產(chǎn)生短暫壓力的聲音中，HSP7和HSP32表達(dá)上調(diào)，從而顯著降低AmAn引起的聽力損失[46]。

盡管上述兩種耳保護(hù)策略是可行的，但通過在臨床環(huán)境中的仔細(xì)監(jiān)測(cè)來(lái)識(shí)別有危險(xiǎn)的病人仍是至關(guān)重要的。最有希望的治療可能是精準(zhǔn)醫(yī)療，它將在分子水平上選擇性地診斷和/或治愈患者。目前認(rèn)為12S rRNA基因突變?cè)黾恿薃mAn耳毒性的敏感性，大約17%的耳毒性受試者的12S rRNA基因發(fā)生突變[47]。為了減輕氨基糖苷類藥物的負(fù)面影響，我們可以通過評(píng)估其家系或在使用AmAn之前篩選其12S rRNA基因來(lái)預(yù)測(cè)個(gè)體的耳毒性風(fēng)險(xiǎn)。醫(yī)務(wù)人員應(yīng)詢問患者是否有類似家族史，并篩選患者或其家屬的12S rRNA基因突變。該基因的突變攜帶者應(yīng)避免接觸AmAn，并使用替代藥物進(jìn)行治療，以減少誘發(fā)耳毒性聽力損失的可能性，這將降低耳毒性的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

在過去的70余年，自從AmAn的發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用到臨床，其耳毒性等副作用也逐漸引起了人們的關(guān)注。在應(yīng)用其控制感染的同時(shí)，也應(yīng)注重對(duì)其耳毒性機(jī)制的深入研究并開發(fā)有效的耳保護(hù)策略。目前正在進(jìn)行或即將進(jìn)行的臨床試驗(yàn)中用于預(yù)防AmAn耳毒性的藥劑數(shù)量令人鼓舞。盡管FDA的藥品審批過程是嚴(yán)格的，但是臨床前和臨床試驗(yàn)表明，在不遠(yuǎn)的將來(lái)，一種或多種有效的耳保護(hù)劑將有望獲得FDA批準(zhǔn)應(yīng)用到臨床[6]。關(guān)于AmAn耳毒性機(jī)制及耳保護(hù)機(jī)制的研究已獲得了大量的信息，為制定新的耳保護(hù)策略奠定了基礎(chǔ)，也為學(xué)術(shù)界和生物技術(shù)公司提供了前所未有的機(jī)會(huì)，從遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、流行病學(xué)到藥物研發(fā)，在多個(gè)層面進(jìn)行合作，以防止藥物導(dǎo)致的聽力損失，提高患者生活質(zhì)量，并獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。