论文部分内容阅读
金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus,金葡菌)是一种常见的条件致病菌,其感染具有高发病率和高致死率的特点,且糖尿病等患者更易被感染。金葡菌分泌的多种毒力因子中α-溶血素的毒力更强,以其为靶标进行干预细菌而不易产生耐药性。糖尿病是一种临床上常见的慢性代谢性疾病,容易并发下呼吸道感染。在高糖环境的病理状态下中,由于体内免疫力下降以及肺功能损伤,高血糖本身也有利于体内致病菌的生长繁殖速度加快,糖尿病者比血糖正常者被金葡菌感染的风险增加。目前,糖尿病在家养动物中越来越普遍,由于患病动物免疫力低下和呼吸结构的特殊性,导致出现感染的几率显著提高,故糖尿病合并金葡菌肺炎的病例也在增加。金葡菌侵入机体时,肺泡巨噬细胞在肺部进行抗金葡菌等病原体,TLR2、MAPKs和NLRP3炎性小体家族是主要参与者。在本研究中,为了探讨高糖、金葡菌及α-溶血素的体内外药效学,也考虑将该病机制相关的TLR2、MAPKs和NLRP3通路进行探索,我们将携带α-溶血素(8325-4)与α-溶血素缺失(DU1090)的金葡菌进行相关试验研究,为糖尿病肺炎的降糖、抗菌和抑制α-溶血素活性的药物组合发现奠定基础。抗毒力因子治疗是通过抑制金葡菌α-溶血素活性的一种炎症治疗途径,已有报道表明,在治疗糖尿病者肺部细菌感染时采用抗菌药联合降糖药治疗,效果更佳。胰岛素(Insulin,INS)是机体内的一种蛋白质激素,是体内唯一能降低血糖的蛋白质激素,外源性胰岛素主要用于糖尿病治疗并可作用于肺部,故本研究首选胰岛素作为降糖药物。利奈唑胺(Linezolid,LZD)是一种由人工合成的噁唑烷酮类抗革兰氏阳性细菌药,对多重耐药金葡菌也具有较强的抗菌活性,在体外诱导时也不易产生细菌耐药性,具有较高组织穿透力,可在肺泡上皮衬液、肺间质液内发挥药效,现广泛地用于革兰氏阳性细菌肺炎的临床治疗,故本研究选择利奈唑胺为抗菌药物。本研究通过体内外试验以及初步临床病例分析,探讨药物组合(胰岛素+利奈唑胺)对与高血糖、金葡菌及α-溶血素相关的糖尿病并发金葡菌肺炎的体内外模型以及临床病例的炎症反应的抑制效果以及治疗效果。首先,为了考查药物组合(胰岛素+利奈唑胺)降糖、抗金葡菌和抑制α-溶血素的体外药效学研究,我们从药物作用于金葡菌的最小抑菌浓度(MIC值)、生长曲线以及其α-溶血素活性,药物在体内外的安全性等方面进行研究。结果显示:通过微量肉汤稀释法和棋盘法确定药物组合抗金葡菌的MIC值为0.5 mg/kg;利奈唑胺在亚抑制浓度(1/2 MIC)时可有效抑制金葡菌的生长;1/2 MIC利奈唑胺可以完全抑制α-溶血素活性且药物组合还可以完全抑菌;CCK-8测出药物组合可有效降低高糖引起的细胞损伤。故后续试验以1/2 MIC利奈唑胺(0.25μg/mL)和胰岛素(50 nmol/L)进行研究。以上结果表明,药物组合可以降糖、抗金葡菌和抑制α-溶血素活性,且在体外具有极高的安全性且提供细胞存活率。通过构建体外高糖、金葡菌和α-溶血素共同诱导小鼠肺泡巨噬细胞(MH-S)炎症模型,进一步考查药物组合抑制相关炎症通路的能力。利用Western blot技术进行检测和分析药物组合对8325-4菌株诱导MH-S细胞中TLR2、MAPKs、NLRP3炎性小体相关蛋白表达水平的抑制效果。结果显示,高糖、金葡菌及α-溶血素可激活TLR2、MAPKs、NLRP3炎性小体通路并显著上调蛋白的表达水平,利奈唑胺和药物组合均可显著下调这些蛋白的表达水平,且药物组合较利奈唑胺单独使用时抑制效果更显著,胰岛素单独使用抑制这些蛋白的效果不明显。综上所述,药物组合通过降糖、抗金葡菌和抑制α-溶血素活性可显著下调并抑制TLR2、MAPKs、NLRP3炎症通路激活,从而发挥抗炎作用。其次,为验证药物组合在体内的降糖、抗金葡菌和抑制α-溶血素活性能力,我们对药物组合(胰岛素+利奈唑胺)在糖尿病小鼠合并金葡菌肺炎的体内药效学进行考察。首先,进行毒性试验评估体内安全性,利奈唑胺给药浓度为25mg/kg、80 mg/kg和160 mg/kg及胰岛素为(1 U/kg)时没有引起小鼠死亡,即未检测出其半数致死量(LD50),使用最大剂量(Cmax160 mg/kg,Vmax0.4 mL)进行灌胃也无死亡现象。其次,构建糖尿病小鼠金葡菌(8325-4菌株)感染肺炎模型,通过7 d给药【胰岛素(1 U/kg/12h)+利奈唑胺(25 mg/kg/12h)、胰岛素(1U/kg/12h)+利奈唑胺(80 mg/kg/12h)、胰岛素(1 U/kg/12h)+利奈唑胺(160mg/kg/12h)】并结合建模及给药前后的糖尿病小鼠体重和血糖水平以及肺内CFUs和肺H.E,确定药物组合的体内最适给药浓度为胰岛素1 U/kg/12h、利奈唑胺80 mg/kg/12h并进行相关试验。为进一步考查药物在体内对高糖金葡菌和α-溶血素感染所致糖尿病小鼠金葡菌(8325-4菌株、DU1090菌株)感染性肺炎的保护情况。通过7 d给药,结合建模及给药前后的糖尿病小鼠体重和血糖水平、肺内CFUs、肺脏W/D、肺脏H.E以及ELISA等方面,进行分析药物组合在体内通过降糖、抗金葡菌、α-溶血素活性治疗糖尿病小鼠金葡菌肺炎的效果。结果表明,药物组合在体内具有极高的安全性;8325-4菌株引起的炎症反应较DU1090强,持续高血糖和金葡菌感染逐渐减轻体重;胰岛素单独使用可显著降低高血糖水平,减缓糖尿病肺炎小鼠的体重下降,对糖尿病小鼠其他指标没有明显作用;利奈唑胺单独使用不能降低血糖水平,但对糖尿病小鼠金葡菌感染的肺部CFUs和病变情况以及炎性细胞因子水平(如TNF-α、IL-1β、IL-10和IL-18)具有明显的抗金葡菌和抗炎作用;药物组合在体内针对糖尿病小鼠肺炎的血糖和体重有良好的治疗和恢复效果,可显著减少糖尿病小鼠肺炎模型组中金葡菌感染的菌落数,也能降低炎症病理变化和炎性细胞因子水平且其治疗效果优于利奈唑胺单独使用。综上结果表明,药物组合对糖尿病小鼠金葡菌感染所致的肺炎且右良好的治疗效果。最后,对来自动物医院的5只已确诊患有糖尿病合并金葡菌肺炎病例的犬进行病例分析以及药物组合(胰岛素+利奈唑胺)的临床治疗。首先对病犬进行常规检查、血液学检查、细菌学检查、影像学检查,确诊为犬糖尿病并发金葡菌肺炎。其次我们在增加病犬抵抗力的同时,采用本研究前期体外研究开发的药物组合【注射短效胰岛素(0.3 U/kg~0.5 U/kg,每天2次)+长效胰岛素(0.4 U/kg,每天2次)+利奈唑胺(50 mg/kg)】进行治疗,通过14 d治疗,与病犬治疗前后的常规检查、血液学检查、尿液检查、影像学检查进行对比,发现病犬白细胞数由下降到正常水平,尿液中的葡萄糖和酮体含量均回归隐性,各项指标均处于正常水平,多饮、多尿、多食、体重下降基本消失,X光检查肺部炎症消失,病情好转。病犬糖尿病金葡菌肺炎症状明显改善,并恢复肺功能。综上研究结果表明,本研究开发的药物组合(胰岛素·+利奈唑胺)对犬糖尿病金葡菌肺炎具有良好的临床治疗效果。总之,本研究不仅开发了一种在体内外、临床实践中均对具有良好效果的糖尿病合并金葡菌肺炎药物组方(胰岛素+利奈唑胺),而且阐明了其作用机制是通过降糖、抗金葡菌和抑制α-溶血素的表达来抑制TLR2、MAPKs、NLRP3炎性通路的激活,这为有效治疗糖尿病合并金葡菌肺炎奠定坚实的物质和基础理论。