郑璐瑶 陆宇 陈效友

目前，非结核分枝杆菌(non-tuberculous mycobacteria，NTM)肺病的年患病率逐年增加，据Ratnatunga等[1]预测，2020—2040年NTM感染患者将上升至6446例/年。截至目前已经鉴定的NTM有190余种，其中有数十种可使人体致病[2]。NTM对经典的抗结核分枝杆菌药物反应欠佳，总体应答率大约为50%[3]，常常导致疾病进展和扩散。目前临床上常用的治疗方案通常是基于大环内酯类药物的三药及三药以上联合治疗方案，治疗18～24个月[2]，但治疗成功率平均也只有66%[4]，并且有一定的复发率和转为耐药的概率[5]。因此，我们仍需不断探索与研究新的可用于抗NTM的药物及治疗方案。寻找新的药物和方案有两条途径：第一条途径是在目前已有的抗菌药物中寻找对NTM具有杀灭作用的药物或化合物，但它们中仅有少部分药物具有抗NTM活性，且这些药物或化合物大多还处于临床前阶段，进入临床研究阶段的较少。第二条途径就是开发新的针对NTM特有靶点的药物，但由于NTM具有自身特殊的生理特点，且开发过程也存在重重困难，新药研发仍面临诸多挑战。

NTM肺病治疗药物的研发情况

虽然美国胸科学会和英国胸科学会已经出版了NTM诊疗指南，但其中推荐的药物或治疗方案在很大程度上还是经验性的[5-6]，且没有针对不同NTM的标准治疗方案或有效药物。所以，我们还需要不断探索新的可用于NTM肺病的有效药物并加入到化疗方案中。

一、临床阶段药物

1.利福布汀(rifabutin，Rfb)：Rfb在体外及巨噬细胞内对包括耐药株在内的脓肿分枝杆菌(MABS)[最低抑菌浓度(MIC)为3 μg/ml，最低杀菌浓度(MBC)为6 μg/ml][7]、堪萨斯分枝杆菌和鸟分枝杆菌(MAC)均有抗菌活性[8-9]，它和克拉霉素(clarithromycin，Clr)、替加环素、乙胺丁醇及亚胺培南具有协同杀伤作用[10-11]，或许可以组成新的联合用药方案。在MAC小鼠模型中，Rfb并没有增加莫西沙星、阿奇霉素和乙胺丁醇单药或药物联合方案的杀菌作用[12]，但在MABS小鼠模型中，Rfb在低浓度时就可以达到与Clr相同的杀菌效果[13]。此外，Ramis等[14]发现，Rfb的衍生物Rfb4、Rfb10、Rfb11同样具有抗MABS的活性，可作为未来药物研发的候选化合物。目前，国内外正在进行几项Ⅲ期临床试验(NCT00001030、NCT00002101、NCT00001047、NCT04310930、NCT00002122)，评价Rfb对鸟分枝杆菌肺病(MAC-PD)和脓肿分枝杆菌肺病(MABS-PD)的治疗效果。

2.氯法齐明(clofazimine，Cfz)：近年的体外研究表明，Cfz对多种NTM具有抗菌活性，其作用机制被认为是抑制分枝杆菌的氧化还原链或破坏菌体细胞膜。大多数临床分离株MIC≤1 mg/L(对于快生长群MIC≤1 mg/L；慢生长群MIC≤0.25 mg/L)[15]，并且Cfz可预防阿米卡星(amikacin，Am)或Clr单药引起的复发。在小鼠模型研究中，Cfz治疗能够显著降低小鼠肺组织中的细菌负荷[16]。在MAC-PD和MABS-PD患者中，联合Cfz的治疗方案痰培养阴转率比单药治疗方案高60%以上[17]，在使用过程中几乎不需要监测[18]，故未来或许可以成为NTM治疗方案中的一员。目前有两项临床试验(NCT02968212和NCT04310930)分别评估其对MAC-PD和MABS-PD的治疗效果。

3.贝达喹啉(bedaquiline，Bdq)：Bdq属于一种二芳基喹啉类药物，通过靶向作用于分枝杆菌的ATP合成酶，阻止分枝杆菌利用ATP产生能量而发挥抗菌作用。多项体外研究显示，Bdq在体外环境下对快速生长和缓慢生长的分枝杆菌均有较好的抗菌活性(MIC在0.03～0.5 μg/ml之间)[19-20]。与单药相比，Bdq和Cfz的联合用药对MABS和MAC的体外杀菌作用更强[21]。Bdq在小鼠模型中表现为抑菌效果[22]，但Philley等[23]在对难治性MAC-PD和MABS-PD患者的评估中发现，含Bdq的治疗方案在治疗后6个月有良好的临床反应。目前关于Bdq对MABS的作用已进行到了Ⅲ期临床试验(NCT04310930)，今后或许可以作为强有力的抗菌药物加入到NTM肺病的治疗方案中。

4.Am：相比其他氨基糖苷类抗生素而言，Am可以以更小的剂量达到同样的杀菌效能，并且作用时间也更长，它对MAC、MABS和其他NTM菌种的临床分离株显示出很好的体外活性[24-25]。在C57BL/6J小鼠模型中，Am相比Clr、Bdq、Clr+Am+Bdq三联剂具有更强的杀菌活性[22]。临床试验(NCT01315236和NCT02344004)证明在NTM肺病患者的基线治疗方案中加入脂质体Am痰菌阴转率更高(32%vs. 9%)[26-27]。目前两项临床试验(NCT00000641和NCT04310930)正在进行，以评估其对HIV感染者的弥散性NTM或MABS感染患者的疗效。

二、临床前阶段药物

1.PIPD1和吲哚-2-甲酰胺：PIPD1和吲哚-2-甲酰胺都是分枝杆菌膜蛋白3(mycobacterial membrane protein large 3，MmpL3)的抑制剂，可干扰分枝杆菌细胞壁的合成。PIPD1对MABS和耻垢分枝杆菌均具有较高活性(MIC为0.125～1 μg/ml，MBC为0.125～0.5 μg/ml)[28-29]；此外，PIPD1还能够进入小鼠和人类巨噬细胞并阻止细菌复制[28]。而在Kozikowski等[30]的研究中，吲哚-2-甲酰胺及其部分先导化合物对MABS的MIC可达到0.125 μg/ml。目前二者还处于临床前阶段，其治疗潜力有待于进一步发掘。

2.恶唑烷酮类抗生素：泰地唑利(tedizolid，TR-700)是一种新型的甲基四唑基恶唑烷酮，它对线粒体蛋白合成有更强的抑制作用[31]，MIC是利奈唑胺的1/2～1/16[32-33]，对一些利奈唑胺耐药菌株也具有杀菌活性[34]，同时由于利奈唑胺的长期应用会导致骨髓毒性增加，故TR-700可能是利奈唑胺的良好替代品[35]。

LCB01-0371是新型恶唑烷酮类抗生素，它在体内具有较高的水溶性，并具有良好的吸收、分布、代谢、排泄和较低的毒性。Kim等[36]发现，LCB01-0371在体外和巨噬细胞感染模型中对脓肿分枝杆菌有效，同时LCB01-0371还可以抑制Am、头孢西丁和Clr耐药的MABS菌株的生长。DA-7867 和DA-7157也是恶唑烷酮类化合物，二者对快生长菌群和慢生长菌群的所有测试菌种的MIC90均<8 μg/ml。对于堪萨斯分枝杆菌和海藻分枝杆菌，二者的MIC90均<0.5 μg/ml[32]。这些结果证明了这些化合物的抗NTM潜力。

3.β-内酰胺类抗生素及β-内酰胺酶抑制剂：β-内酰胺类抗生素或β-内酰胺酶抑制剂中仅有包括亚胺培南、头孢西丁及阿维巴坦在内的少数药物对NTM有体外抗菌效果。在体外实验中，亚胺培南及头孢西丁均对MABS有杀伤效应[37]，而阿维巴坦(4 μg/ml)可将碳青霉烯类抗生素对MABS的MIC降低至1/2～1/32[38-39]。在斑马鱼动物模型中，阿维巴坦也可有效抑制MABS的生长[40]。可见，二者联合或开发二者的联合制剂治疗NTM肺病具有很好的研究价值。

4.SQ-641：是所有新型核苷抗生素capuramycin的类似物中杀菌活性最强的化合物，对于MAC和MABS的MIC均小于1 μg/ml。对于耻垢分枝杆菌、溃疡分枝杆菌和堪萨斯分枝杆菌的MIC在1～4 μg/ml之间[41]。Dubuisson等[42]还证明，SQ-641与乙胺丁醇在MAC和耻垢分枝杆菌中存在协同作用，其与Rfb和链霉素在MABS中存在协同作用。但目前尚无SQ-641的体内杀菌作用的数据。

5.CPZEN-45：CPZEN-45可以靶向作用于十一烯基磷酸-GlcNAc-1-磷酸转移酶(TagO)，从而抑制细菌细胞壁合成。研究表明，CPZEN-45对于NTM有一定的活性，尤其是缓慢生长型，如MAC，其MIC在0.2～1.56 μg/ml之间[43]。目前关于CPZEN-45的研究虽然还处于临床前阶段，但是它存在很大的开发潜能[44-46]，有望在未来成为抗分枝杆菌的新型药物选择。

6.D-环丝氨酸：D-环丝氨酸是一种氨基酸衍生物，通过抑制细菌细胞壁肽聚糖的合成，造成细菌细胞壁缺损。在Cowman等[47]的研究中，2637株NTM分离株98%以上均对D-环丝氨酸敏感，Khosravi等[48]发现D-环丝氨酸对MABS及偶发分枝杆菌感染有较好的疗效，且可能与Clr存在协同作用，或许可作为MABS感染治疗方案的候选药物之一。

7.普托马尼(pretomanid，PA-824)：PA-824是结构上与Bdq相似的前体药物，它可以同时作用于分枝杆菌细胞壁及呼吸链，对复制型和非复制型、厌氧及顽固性分枝杆菌都有抗菌作用[49-50]。但目前PA-824的体外药效学评价结果并不满意(对堪萨斯分枝杆菌的MIC为12.5 mg/L，溃疡分枝杆菌为16 mg/L，而对MAC、MABS均大于100 mg/L)[51]，目前也无相关临床研究。

8.DC-159a：DC-159a是新一代8-甲氧基氟喹诺酮，它的抗NTM活性是目前可用的氟喹诺酮类药物中最好的，对堪萨斯分枝杆菌和福特分枝杆菌，MIC分别为0.125 μg/ml和0.25 μg/ml[51]，对MAC的MIC通常是其他氟喹诺酮类药物的1/2～1/16[52]。但是，它对其他类型的NTM抗菌作用欠佳，并且尚无针对NTM感染的体内药效数据。

9.TP-271：TP-271是由Tetraphase Pharmaceuticals(USA)研发的四环素类抗生素，具有强大的抗NTM活性，MABS的MIC为0.5 μg/ml；偶发分枝杆菌的MIC为0.03～0.06 μg/ml[53-54]。但是尚无针对NTM的体内疗效数据。

NTM肺病治疗药物研发的挑战

目前，临床上亟需找到更有效、更安全的药物或方案，包括具有广谱抗NTM活性、理想生物利用度的药物。然而，NTM种类繁多，它们由于自身结构的特点普遍存在抗药性，又在致病性、毒力、传播方式和抗生素敏感性方面各有不同，这些差异甚至可以存在于同一种NTM的不同亚种中。对于这些微生物和它们与人体相互作用机制的研究尚不充分。由于NTM菌体的特殊性和新药研发的诸多难点，这种目标并不容易实现。

一、NTM菌体的特殊性

1.生物膜：NTM会形成一层生物膜，这层生物膜是细菌附着在体外或体内固体表面时形成的膜状的自我保护的三维结构[55]，由细胞外基质和微菌落组成[56]。生物膜的存在，给予了细菌抵御外界不良环境的屏障，也使得细菌具备了一定的免疫逃逸能力，即它可以避免细菌受到宿主的防御系统反应和化学药物的攻击，与游离细菌相比，生物膜内细菌的MIC可高出102～103倍[57]。Fux等[58]研究表明，分枝杆菌在生物膜形成的不均匀的微环境中异步生长，即存在不对称细胞分裂和细胞间随机基因传播而发生耐药。此外，NTM在体内生长时，细胞酪状碎屑、机体呼吸系统分泌的黏液及生物膜混合物导致作用于NTM菌体的药物浓度极低，且促进“饥饿”状态的NTM减慢代谢甚至休眠，使其对抗菌药物敏感性进一步下降。

2.细胞壁：同结核分枝杆菌类似，NTM有复杂的富含脂质的细胞壁，导致其疏水性强，不利于水溶性药物进入，且细胞壁上的孔蛋白少，导致细菌营养供给欠佳、代谢不活跃而对抗生素反应差[59]。NTM细胞壁上还存在可以修饰抗菌药物及其靶点的系统，以及大量的药物外排泵，如efp A(RFP)、Ifr A、efp A、Pst B(FQs)、tet V、tap (AGs)等[60-61]，这种内在的转运系统可在生理上保护细菌免受有毒分子的侵害。

3.其他特点：NTM还有一些特点导致药物疗效不佳。(1)获得性耐药和诱导耐药：获得性耐药的分子基础是基因突变，突变基因编码的各种酶可通过药物靶点修饰等途径来降解抗生素或降低药物亲和力。诱导耐药的最经典的例子就是在一些NTM如MABS中，红霉素核糖体甲基化酶(erm)可被大环内酯类抗生素诱导表达，erm能特异性地甲基化23S rRNA的2058位腺嘌呤，导致菌体对大环内酯类抗生素耐药[60]；(2)在低营养、低氧条件下，NTM可改变为非增殖状态，而对药物呈高耐受性，抗生素不能破坏其细胞内成份[61]；(3)NTM常与HIV等其他病原体合并感染。

二、新药研发的挑战

与结核病相比，NTM药品管道非常空缺，迫切需要开发抗NTM药品[3]。但是从最初的筛选到最终产品上市是一个复杂的过程，一种新药上市平均需要10～15年的时间，超过10亿美元才能进入药房[62]，可见，抗NTM的新药研发仍存在诸多挑战。

1.重视和投入不足：NTM感染后起病隐匿，症状多类似结核病或者其他呼吸系统疾病，患者在被诊断为NTM肺病之前通常会有数年的症状，且由于检测设备和条件等限制，存在较高的误诊率[63]，故大多数流行病学专家对NTM肺病的流行调查结果也仅报告了不完全的患病率数据[64]。流行病学证据的不足，导致对NTM肺病的重视度和投入还远远不够。

2.药物作用靶点筛选困难：开发新药最重要的步骤之一就是作用靶点的识别和验证，也就是说要发现对NTM有活性的化合物，需要进行全基因组测序、突变的筛选和生化分析，并检索包括出版物和专利信息、基因表达数据、蛋白质组学数据、转基因表型和化合物谱数据在内的各种生物学信息[65]，以发现有效、安全，同时还要满足临床和商业需求的命中物。当药物作用靶点确定以后，还需要通过化学基因组学、转基因、反义核酸技术等方法对该靶点进行验证[62]。而NTM的致病菌种/亚种数目庞大，想要对每一种菌都进行靶点筛选是不可能的，但即使只对高致病率的菌种进行筛选也需要投入大量的人力和物力。

3.化合物筛选命中率低：作用靶点验证后就是化合物的筛选环节，即从化合物库中筛选出具有抗NTM活性并且可重复验证其活性的化合物。筛选方法包括高通量筛选(HTS)、虚拟药物筛选、结构辅助药物设计、分割片段筛选等[62, 66]，但是命中率却很低。最近Aziz等[67]对2700种FDA批准的针对脓肿支原体的药物进行筛选，仅有约1%的命中率。

4.药理学评价困难：确定候选药物以后，就需要在体外和体内进行药代动力学和药效学的评价，这在抗NTM药物研发过程中又是一大难题。首先，对于NTM来说，评价药物的杀菌活性时菌种选择、培养条件等都会影响最终的结果[68]，并且目前还没有成熟的体外药效学评价方法，利用结核分枝杆菌体外MIC测定方法来评价抗NTM药物的药效学结果与实际临床疗效之间相关性差。其次，药物发现和开发最重要的先决条件之一是能够获得模拟人类疾病状况的动物模型。目前并没有稳定的模型建立方法，使得我们无法通过动物模型评估各种药物或化合物在NTM感染中的药效学。

5.成药困难：NTM肺病的治疗疗程一般在1年以上，为了使患者有足够的依从性，通常最好为口服剂型，还要满足足够高的生物利用度及胃肠耐受性。与此同时，大部分抗菌药物都是经肝脏P450酶代谢，为了减少药物间相互作用及竞争抑制，候选化合物还要根据代谢途径进行挑选。

展 望

近年来，NTM肺病的发病率逐渐上升，目前临床推荐的治疗方案虽然总体疗效要优于经典的抗结核治疗方案，但成功率仍然很低，因此需要找到更有效的药物或药物组合来对抗NTM感染。若现有药物不能达到这些要求，那么就需要研发新的药物。目前抗NTM新药研发的挑战主要在于克服NTM先天遗传和生理特性导致的耐药现象和研发过程中的种种困难。面对这些挑战，一个可能的解决办法是寻找新的具有协同作用的药物组合，但更多的是需要政府部门加大对新药研发的投入和科研人员对NTM的生理特性和耐药机制的进一步研究。虽然目前克服这些挑战似乎是一项艰巨的任务，但是不同医药领域的技术都在不断进步，我们相信，随着人们对NTM的了解不断加深，越来越多的研究正在进行中，对NTM肺病的重大治疗进展将在未来几年中实现。