抗生素藥物抗體與易感基因研究進(jìn)展

葉水文，饒美英，余 玲

南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院輸血科，江西 南昌 330006

1 國(guó)內(nèi)外抗生素使用現(xiàn)狀

隨著科技進(jìn)步和醫(yī)學(xué)發(fā)展，市場(chǎng)上各種藥物層出不窮。其中，抗生素應(yīng)對(duì)各種感染功不可沒(méi)?？股厥怯晌⑸铮ò?xì)菌、真菌、放線菌屬）或高等動(dòng)植物在生活過(guò)程中所產(chǎn)生的具有抗病原體或其他活性的一類次級(jí)代謝產(chǎn)物，分為天然品和人工合成品，天然品由微生物直接產(chǎn)生，人工合成品是在天然抗生素的基礎(chǔ)上進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)改造獲得的產(chǎn)品，往往具有更好的治療效果?？股氐挠盟幏秶軓V，對(duì)許多細(xì)菌、衣原體、支原體、螺旋體以及惡性腫瘤細(xì)胞都有抑殺作用，對(duì)人類戰(zhàn)勝疾病起著舉足輕重的作用［1］。目前上市的抗生素已有14 大類、上千個(gè)品種。按照其用途不同可分為：①抗細(xì)菌抗生素：對(duì)革蘭陰性或陽(yáng)性細(xì)菌有抗菌活性的藥物，臨床使用的大部分抗生素均為此類；②抗真菌抗生素：包括灰黃霉素、兩性霉素B、制霉素，咪唑類；③抗腫瘤抗生素：更生霉素、博來(lái)霉素、阿霉素及米托蒽醌等；④抗病毒抗生素：阿糖腺苷；⑤抗結(jié)核抗生素：鏈霉素；⑥畜用農(nóng)用抗生素；⑦其他微生物藥物。常用的抗細(xì)菌抗生素包括：β?內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、喹諾酮類、氨基糖苷類、糖肽類等。其中使用頻率最高的β?內(nèi)酰胺類抗生素主要有：①青霉素類：青霉素、阿莫西林、氨芐西林；②頭孢菌素類：頭孢拉定、頭孢呋辛、頭孢他啶、頭孢噻肟、頭孢哌酮等。

雖然抗生素在應(yīng)用初期挽救了許多生命，但隨著越來(lái)越多的抗生素類藥物上市，這把“雙刃劍”正在顯示出它令人擔(dān)憂的一面。自上世紀(jì)起，世界各地出現(xiàn)不同程度的抗生素不合理使用現(xiàn)象［2-3］，如在食物和水中長(zhǎng)期添加抗生素，在動(dòng)物飼料中添加抗生素作為家禽的生長(zhǎng)促進(jìn)劑［4-5］，根據(jù)美國(guó)疾病控制與預(yù)防中心（CDC）報(bào)道，每5人中就有4人在1年之內(nèi)使用過(guò)抗生素［6］。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格管控，2011—2014年，全美門診部、醫(yī)生辦公室和急診室等門診機(jī)構(gòu)的抗生素處方減少了5%，但處方仍然存在改進(jìn)空間，并且CDC 估計(jì)門診處方中有30%的抗生素是不必要的。即使在需要抗生素的情況下，醫(yī)生并未開具國(guó)家指南推薦的更具針對(duì)性的一線藥物，這種情況在美國(guó)南部更為多見(jiàn)［7］。此外，根據(jù)2018年歐盟公共醫(yī)療數(shù)據(jù)報(bào)告顯示，經(jīng)過(guò)用量調(diào)控后，歐盟/歐洲經(jīng)濟(jì)區(qū)系統(tǒng)使用抗菌藥物的平均總量（社區(qū)和醫(yī)院部門總和）為每1 000名居民每天20.1 DDD（限定日劑量，de?fined daily dose），處于正常范圍。2009—2018 年期間，多數(shù)歐洲國(guó)家對(duì)抗生素使用情況進(jìn)行了嚴(yán)格控制，使得抗生素使用量出現(xiàn)顯著下降［8］。

在我國(guó)，抗生素藥物的人均消耗量巨大：平均每人每年約140 g，抗生素類藥物在醫(yī)院的應(yīng)用率達(dá)到80%以上；在禽類飼養(yǎng)和水產(chǎn)養(yǎng)殖方面，抗生素濫用的問(wèn)題則更為嚴(yán)重。1996 年，歐盟由于在我國(guó)出口的雞肉中檢測(cè)出抗生素藥物殘留，從而發(fā)布禁令禁止從中國(guó)進(jìn)口禽類肉，此禁令長(zhǎng)達(dá)5年，我國(guó)由此損失了4萬(wàn)噸/年出口量的巨大市場(chǎng)，造成近7 000萬(wàn)美元的外匯損失［9］。近年來(lái)，在我國(guó)多個(gè)區(qū)域，如天津的海河流域、長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲等地區(qū)都檢測(cè)到了抗生素環(huán)境殘留。除此之外，國(guó)產(chǎn)奶粉和牛奶檢出陽(yáng)性率分別為57%和31%，但是作為對(duì)照的進(jìn)口產(chǎn)品陽(yáng)性率均為0［10］。由此可見(jiàn)，我國(guó)抗生素使用情況不容樂(lè)觀，盲目使用抗生素的現(xiàn)象頻發(fā)，各行各業(yè)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量均使用了超劑量抗生素，對(duì)人民生命健康、自然環(huán)境平衡乃至物種進(jìn)化都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

因此，我國(guó)已出臺(tái)多項(xiàng)“限抗”政策［11］，國(guó)家衛(wèi)健委聯(lián)合國(guó)家發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部、教育部等14 部門聯(lián)合制定了《遏制細(xì)菌耐藥國(guó)家行動(dòng)計(jì)劃（2016—2020年）》［12］，對(duì)醫(yī)療和養(yǎng)殖業(yè)的抗生素使用實(shí)行嚴(yán)格監(jiān)督監(jiān)管。據(jù)國(guó)家衛(wèi)健委官方信息顯示，我國(guó)各地區(qū)抗生素使用量逐年減少，2018年監(jiān)測(cè)網(wǎng)中心成員單位的住院患者抗菌藥物使用率降低了7.84 個(gè)百分點(diǎn)；門診處方抗菌藥物使用率降低了6.2個(gè)百分點(diǎn)；住院患者平均抗菌藥物使用強(qiáng)度下降了17.8個(gè)百分點(diǎn)。2012—2016 年我國(guó)綜合性醫(yī)院門診患者抗生素使用率整體呈下降趨勢(shì)，二級(jí)醫(yī)院的抗生素使用率普遍高于三級(jí)醫(yī)院。截至目前，β?內(nèi)酰胺類抗菌藥的使用量最高［13］，我國(guó)13種主要耐藥菌有8種檢出率下降，3種相對(duì)穩(wěn)定，2種略有上升。

抗生素作為常用藥，其產(chǎn)生的不良反應(yīng)已成為全球公共健康領(lǐng)域面臨的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。世界衛(wèi)生組織、世界動(dòng)物衛(wèi)生組織，以及美國(guó)、歐盟、英國(guó)、中國(guó)等國(guó)際組織、國(guó)家和地區(qū)紛紛采取了積極措施加以應(yīng)對(duì)。動(dòng)物體內(nèi)的一些抗藥菌可以通過(guò)肉類和其他動(dòng)物來(lái)源的食物傳播給人類，或通過(guò)直接接觸動(dòng)物傳播造成耐藥抗藥［14-15］。第一批耐藥菌株從醫(yī)院迅速蔓延到社區(qū)，并且在世界各地毫無(wú)邊際地傳播［16］，加速了抗生素抗性基因在環(huán)境以及生物體內(nèi)的傳播和擴(kuò)散，造成群體耐藥，當(dāng)藥物研發(fā)速度追趕不上耐藥菌株的生長(zhǎng)速度時(shí)，最終可能導(dǎo)致無(wú)藥可用。

2 抗生素不良反應(yīng)與藥物抗體

抗生素不良反應(yīng)主要包括：過(guò)敏反應(yīng)（血管神經(jīng)性水腫、皮膚過(guò)敏［17］、休克［18］等）、耐藥抗藥、產(chǎn)生藥物抗體［19］、肝腎毒性、耳毒性（耳蝸及前庭損傷）、胃腸道反應(yīng)（食欲低下、惡心、嘔吐、腹瀉、偽膜性腸炎等）、骨骼肌反應(yīng)（關(guān)節(jié)痛、肌肉痛等）、中樞神經(jīng)系統(tǒng)反應(yīng)（頭暈、嗜睡、肢體麻木等）、血管反應(yīng)（血栓性靜脈炎）、血液系統(tǒng)反應(yīng)（粒細(xì)胞缺乏、白細(xì)胞減少、骨髓抑制、溶血以及免疫性溶血性貧血［20］等）、一過(guò)性視物模糊、灰嬰綜合征等，另外抗生素對(duì)血糖也有一定影響。一些抗生素需要嚴(yán)格控制使用天數(shù)，一旦使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成二重感染。其中抗生素的耐藥抗藥是最為棘手的問(wèn)題之一，可分為獲得性耐藥和基因突變?cè)斐傻哪退帲?1］。獲得性耐藥涉及到入侵人體的病原體種群等外部影響因素［22］，而后者往往是以漸進(jìn)、逐步的方式發(fā)展的，通常是由基因突變的積累而產(chǎn)生［23］，這些突變以適度的增量降低了易感性［24］，所以，抗生素耐藥與其易感基因的突變密不可分。其中涉及許多生物學(xué)、社會(huì)學(xué)和心理學(xué)因素，對(duì)人類健康具有深遠(yuǎn)影響［25］。

抗生素臨床應(yīng)用廣泛、品種最多、進(jìn)展最快，其產(chǎn)生的藥物?藥物、藥物?機(jī)體的相互作用十分復(fù)雜。因此，醫(yī)療機(jī)構(gòu)建立了嚴(yán)格的抗生素分級(jí)使用原則，嚴(yán)格控制抗生素使用，開展抗生素使用情況調(diào)查和報(bào)告，并進(jìn)行相關(guān)藥物抗體的檢測(cè)。藥物抗體是指患者在服用藥物之后，導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生的抗藥物的抗體并引起發(fā)熱、疼痛、血壓降低、呼吸困難、藥物誘導(dǎo)的免疫性溶血性貧血（DIIHA）等癥狀?？股仡愃幬铮ㄇ嗝顾丶捌溲苌锖皖^孢菌素類）是導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生抗體的常用藥物之一。在一項(xiàng)針對(duì)哌拉西林藥物抗體的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，病例組產(chǎn)生藥物抗體的陽(yáng)性率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照組，入院后接受哌拉西林治療的病例組患者新增抗體陽(yáng)性率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)照組，且用藥后出現(xiàn)血紅蛋白明顯下降，說(shuō)明使用哌拉西林易產(chǎn)生藥物抗體。因此，有必要對(duì)抗生素藥物抗體進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，監(jiān)督臨床合理用藥［26］。除此之外，哌拉西林可誘導(dǎo)產(chǎn)生免疫性溶血性貧血，早在1994 年就報(bào)告第1 例哌拉西林致敏溶血性貧血，此后哌拉西林的不良反應(yīng)有許多研究報(bào)道［27-28］，包括全身性系統(tǒng)反應(yīng)（含過(guò)敏性休克）、皮膚黏膜過(guò)敏［29］、神經(jīng)系統(tǒng)反應(yīng)、消化系統(tǒng)反應(yīng)［30］、紅細(xì)胞破壞、粒細(xì)胞減少、關(guān)節(jié)酸痛等不良反應(yīng)［31］。另外，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，在181例樣本中檢測(cè)到抗青霉素類抗體8例，其中4例有明顯溶血反應(yīng)［32］。針對(duì)使用過(guò)抗生素藥物的327 例樣本檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，13 例檢出存在抗藥物抗體，占4.0%，有4例出現(xiàn)明顯溶血反應(yīng)［33］。

藥物抗體的產(chǎn)生有多種機(jī)制，藥物在初次進(jìn)入機(jī)體時(shí)，即可與血清蛋白結(jié)合成為完全抗原，刺激機(jī)體產(chǎn)生抗體（多為IgG 或IgM）。再次使用該藥物時(shí)，藥物就會(huì)與藥物抗體形成免疫復(fù)合物，然后被非特異地吸附到紅細(xì)胞，并激活補(bǔ)體，破壞紅細(xì)胞，產(chǎn)生血管內(nèi)溶血［34］；或者通過(guò)半抗原機(jī)制，藥物進(jìn)入機(jī)體后，β?內(nèi)酰胺環(huán)打開，然后與血漿和組織蛋白結(jié)構(gòu)中的氨基以共價(jià)結(jié)合，由半抗原變成全抗原，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生IgG 抗體，隨后與表面吸附有青霉素的紅細(xì)胞相互作用，造成紅細(xì)胞破壞溶解而導(dǎo)致貧血。因此，藥物誘導(dǎo)的DIIHA 與藥物抗體的產(chǎn)生存在密切關(guān)系，作為抗生素類藥物引起的不良反應(yīng)之一，應(yīng)引起高度重視。

3 產(chǎn)生藥物抗體的影響因素

我國(guó)是世界上最大的抗生素生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)之一，其在醫(yī)藥、畜牧和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的盲目隨意用藥、交叉用藥、長(zhǎng)期過(guò)量使用和違法使用未經(jīng)批準(zhǔn)的抗生素等現(xiàn)象，造成了環(huán)境中抗生素污染日益增多，藥物導(dǎo)致的不良反應(yīng)也日益增多并廣泛蔓延，對(duì)疾病治療造成極大障礙，加上使用抗生素時(shí)患者教育不足、缺乏治療和控制感染指南、醫(yī)生在合理使用抗生素方面缺乏科學(xué)的信息、政府缺乏關(guān)于合理使用抗生素的官方政策等都成為影響藥物合理使用和產(chǎn)生藥物抗體的重要因素［35］。在抗生素使用過(guò)程中，有些患者用藥后產(chǎn)生的藥物抗體可在一段時(shí)間后消除，而另一些患者則會(huì)一直攜帶該藥物抗體，這兩種患者再次用藥時(shí)都會(huì)出現(xiàn)不同程度的不良反應(yīng)，造成這種現(xiàn)象的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

在腫瘤及炎癥性疾病中的研究發(fā)現(xiàn)，藥物抗體的存在大大減弱了藥物的治療作用，且這種藥物抗體的產(chǎn)生與相關(guān)基因的缺失或變異有關(guān)［36］，這一思路同時(shí)也對(duì)研究抗生素耐藥抗藥和藥物抗體的產(chǎn)生指明了方向。因此，抗生素不良反應(yīng)的出現(xiàn)以及藥物抗體的產(chǎn)生均與基因突變有關(guān)，三者之間存在一定調(diào)控關(guān)系。我們認(rèn)為某些基因具有調(diào)控藥物抗體產(chǎn)生和誘導(dǎo)不良反應(yīng)的作用，找到調(diào)控藥物抗體易感性的開關(guān)——易感基因，阻斷藥物抗體產(chǎn)生，就有望遏制抗生素不良反應(yīng)，對(duì)疾病的治療起到積極作用。

4 抗生素抗體易感性與易感基因

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，大多數(shù)疾病是多種環(huán)境因素和遺傳體質(zhì)共同作用的結(jié)果，對(duì)健康不利的遺傳體質(zhì)所對(duì)應(yīng)的一些與疾病發(fā)生相關(guān)的基因型稱為疾病易感基因，這些基因也可能調(diào)控機(jī)體對(duì)藥物的敏感性，從而影響藥物療效。

前期研究發(fā)現(xiàn)，抗生素藥物抗體檢出率主要集中在β?內(nèi)酰胺類藥物中，且多數(shù)患者可在用藥后產(chǎn)生并攜帶藥物抗體［37］，患者再次用藥時(shí)會(huì)導(dǎo)致DIIHA等不良反應(yīng)，因此需要避免再次使用該種抗生素［38］。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)抗生素使用的監(jiān)管力度逐漸加大，避免預(yù)防性用藥等不必要的抗生素使用［39］，有效遏制了抗生素引起的藥物不良反應(yīng)，但無(wú)法從根本上杜絕藥物不良反應(yīng)。

我國(guó)對(duì)于藥物不良反應(yīng)的研究，也僅僅停留在觀察藥品與其不良反應(yīng)的因果關(guān)系上，而研究疾病表型與基因型之間的關(guān)系，可以揭示藥物不良反應(yīng)的發(fā)生機(jī)制，調(diào)整臨床治療方案。因此，抗生素藥物抗體的產(chǎn)生與其內(nèi)在基因型的關(guān)系成為解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵，鑒定易感基因可以揭示抗生素抗體產(chǎn)生、抗生素耐藥和引起DIIHA 機(jī)制的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)于指導(dǎo)抗生素類藥物合理使用具有重要意義。但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)抗生素藥物抗體相關(guān)易感基因鑒定鮮有研究，故開展此研究可以進(jìn)一步揭示抗生素藥物抗體相關(guān)易感基因，明確抗生素藥物抗體產(chǎn)生機(jī)制。

5 抗生素藥物抗體易感基因的篩查鑒定

一般認(rèn)為基因不穩(wěn)定的串聯(lián)擴(kuò)增會(huì)導(dǎo)致抗性的發(fā)生。由于其不穩(wěn)定性、低頻率和短暫性，給檢測(cè)和研究造成了巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的研究方法往往通過(guò)復(fù)雜的體外實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)模型、動(dòng)物感染模型和臨床研究來(lái)揭示抗生素暴露產(chǎn)生的影響。這種方法無(wú)法應(yīng)對(duì)復(fù)雜的環(huán)境污染和抗生素濫用導(dǎo)致的嚴(yán)重交叉耐藥和異質(zhì)耐藥。近年來(lái)，出現(xiàn)了許多鑒定基因功能的新興技術(shù)手段，如全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）、宏基因組學(xué)（metagenomics）、高通量測(cè)序（HTS）等，樣本經(jīng)處理后進(jìn)行測(cè)序、表型與基因型的分析與研究。不少國(guó)內(nèi)外學(xué)者已確定了諸多炎癥性疾病［40］、腫瘤［41］和感染性疾?。?2］的易感基因，這為抗生素藥物抗體易感基因的篩查鑒定，以及研究藥物不良反應(yīng)與易感基因的調(diào)控關(guān)系提供了有效的技術(shù)方法［43-44］。有報(bào)道稱，研究人員應(yīng)用宏基因組學(xué)［45］、GWAS［46-47］等實(shí)現(xiàn)了多種抗生素抗性基因的鑒定，其中包括β?內(nèi)酰胺類抗生素［48］。研究表明，

CYP3A4 rs2242480/CT、IFNGR1、IL?4Rα rs1801275、rs20541、rs1881457 和rs1800925（單 倍 型CCT 和CAC）與β?內(nèi)酰胺類抗生素過(guò)敏有關(guān)［49］。因此，抗生素藥物抗體易感基因篩查可以將以上基因作為候選靶標(biāo)，一方面鑒定已有的抗生素易感基因與抗生素抗體易感性之間的關(guān)聯(lián)，另外一方面也便于定位和鑒定新發(fā)現(xiàn)的抗生素抗體易感基因，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合全轉(zhuǎn)錄組學(xué)（RNA?seq）、全基因組學(xué)（WES）和單細(xì)胞測(cè)序（scRNA?seq）等分析方法，進(jìn)一步研究導(dǎo)致藥物易感性下降的突變位點(diǎn)、突變方式、突變結(jié)果、疾病顯著性關(guān)聯(lián)位點(diǎn)與誘導(dǎo)因素之間的關(guān)系，通過(guò)對(duì)突變基因單核苷酸多態(tài)性進(jìn)行連鎖不平衡（LD）分析，構(gòu)建單倍型（haplotype），將耐藥抗藥表型與基因型聯(lián)系起來(lái)，篩查鑒定出導(dǎo)致抗生素藥物抗體的新的易感基因，明確藥物抗體的易感基因與年齡、性別、遺傳易感性以及調(diào)控異質(zhì)不良反應(yīng)之間的關(guān)系，從基因水平闡明抗生素藥物抗體產(chǎn)生的機(jī)制及藥物抗體與易感基因多態(tài)性的關(guān)聯(lián)。

6 小結(jié)與展望

抗生素類藥物作為目前占據(jù)市場(chǎng)份額較大的常用藥之一，未來(lái)在各行各業(yè)的使用可能取決于其耐藥抗藥和使用模式的變化［50］，其使用情況仍然是臨床合理用藥和處方審核的重點(diǎn)?；颊邔?duì)抗生素的誤解、醫(yī)生診療習(xí)慣、醫(yī)療機(jī)構(gòu)缺少用藥前的體外診斷方法、抗生素導(dǎo)致藥物抗體機(jī)制不明確等都對(duì)抗生素的合理使用產(chǎn)生了很大影響。雖然國(guó)內(nèi)已研發(fā)出藥物致敏紅細(xì)胞技術(shù)與微柱凝膠檢測(cè)體系相結(jié)合的檢測(cè)方法，可有效檢測(cè)人體部分藥物抗體，但針對(duì)已上市的多種抗生素而言還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，無(wú)法為臨床用藥預(yù)警和抗生素不良反應(yīng)的應(yīng)對(duì)提供滿意的解決方案。在以往研究中，多數(shù)都集中于對(duì)細(xì)菌耐藥基因的研究，而甚少對(duì)人體與細(xì)菌之間發(fā)生反應(yīng)的機(jī)制進(jìn)行深入探討，這種異質(zhì)性恰恰是主導(dǎo)人體在使用抗生素類藥物后是否發(fā)生不良反應(yīng)的關(guān)鍵。因此，我們認(rèn)為解決抗生素不良反應(yīng)問(wèn)題應(yīng)從兩方面著手：一是加強(qiáng)患者用藥宣傳與指導(dǎo)，避免不必要的抗生素使用，利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法指導(dǎo)臨床用藥，通過(guò)藥師干預(yù)，加強(qiáng)臨床醫(yī)師抗生素類藥物使用的宣教和管理，不能僅通過(guò)皮試以及藥物過(guò)敏史判斷是否用藥；二是鑒定抗生素藥物抗體易感基因，明確調(diào)控抗生素耐藥抗藥、溶血、產(chǎn)生藥物抗體以及調(diào)節(jié)藥物易感性的易感基因，提供有效的干預(yù)方式，這對(duì)于深入探討抗生素不良反應(yīng)的機(jī)制、指導(dǎo)抗生素合理使用和抗生素藥物研發(fā)等具有重要意義。未來(lái)，患者通過(guò)血液檢測(cè)易感基因來(lái)獲知適合自身的用藥信息將成為可能，不僅能夠在一定程度上推動(dòng)新一代基于基因檢測(cè)的體外診斷方法的建立和完善，還能為用藥預(yù)警、精準(zhǔn)醫(yī)療和疾病預(yù)防提供多方位的幫助。