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《自然》：重大突破！专抽真菌的“筋”，不伤人类的肾！近70年后，抗真菌感染最后一道防线终于迎来重磅升级丨科学大发现

来源：花匠小妙招时间：2025-01-05 06:30

*仅供医学专业人士阅读参考

据统计，在全球范围内，每年约有150万人死于真菌感染。

遗憾的是，抗真菌药物不但非常匮乏（只有三类），而且每一类都面临存在人体毒性、抗药性增加或疗效有限等问题[1]。

1955年发现的抗真菌药物两性霉素B（AmB），是一种强大的抗真菌药物，且不易产生抗药性。然而，AmB的肾毒性也很强，因此被作为人类抗真菌感染的最后一道防线[2]。

近日，由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Martin D. Burke和威斯康星大学麦迪逊分校Chad M. Rienstra领衔的研究团队，在顶级期刊《自然》上发表了一项重磅研究成果[3]。

他们经过十余年的探索，终于找到了改进AmB的方法，他们改造出来的AM-2-19可以杀死超过500种真菌，治疗效果与AmB相当或超越了AmB。更重要的是，即使采用最大给药剂量，AM-2-19对肾脏也没有任何伤害。

据了解，目前AM-2-19正在开展临床试验。一旦试验成功，抗真菌领域必将发生革命性的变化。

论文首页截图

正如前文所言，AmB是一种使用历史比较长久的抗真菌药物，它在1959年就作为抗真菌药物用于临床治疗了[4]。

尽管如此，在接下来的近半个世纪里，科学家对于AmB的作用机制仍没有搞清楚。主流观点认为，AmB穿过真菌细胞壁之后，与真菌细胞膜中的麦角固醇结合，在细胞膜上形成孔洞，使得真菌细胞质中的物质外渗，进而导致真菌死亡[4]。

不过，Burke团队于2012年初发表的一篇研究论文表明，在AmB的杀菌过程中，细胞膜上的孔洞根本就不重要，重要的是AmB与麦角固醇结合[5]。

在随后的几年里，Burke团队与Rienstra团队合作，进一步完善了他们的AmB杀菌模型。他们的研究表明，AmB会像磁铁一样抽吸走真菌细胞膜中的麦角固醇（抽筋），使得细胞膜通透性变化，进而促进真菌的死亡[6-8]。

于此同时，AmB肾毒性的机制也浮出水面。原来与真菌细胞膜中的麦角固醇一样，咱们人体细胞膜中的胆固醇也会被AmB吸走[5-8]。

AmB抽走细胞膜中麦角固醇和胆固醇示意图

发现这个秘密之后，Burke团队也尝试过改造AmB，他们做了很多变体出来了，但是没有一种安全有效。

就在Burke团队一筹莫展的时候，Rienstra团队传来了好消息。作为固态核磁共振领域的专家，Rienstra和他的团队得到了AmB与麦角固醇和胆固醇结合的高分辨率图像。

原子级别分辨率的模型图，让研究团队得以看清AmB与麦角固醇和胆固醇结合的真面目。原来，麦角固醇和胆固醇与AmB结合构象高度相似，难怪之前的尝试都失败了。好消息是，AmB对麦角固醇的亲和力高于胆固醇。这意味着，还是有希望阻止AmB与胆固醇结合的。

在深入分析成像数据之后，他们发现只要将AmB的一个氢原子和一个羟基位置对调（C2′epiAmB），就可以阻止AmB与胆固醇的结合。实验结果显示，这个新的化合物确实不再与胆固醇结合，而保留了与麦角固醇结合的能力。即使使用最高给药剂量，对肾脏也没有任何伤害。

新的化合物（C2′epiAmB）不会导致肾细胞死亡

遗憾的是，成功并没有很快来临。

Burke和Rienstra团队发现，AmB与麦角固醇的结合能力也减弱了。这种减弱会导致AmB从真菌细胞膜中“抽筋”的速度变慢，对于合成麦角固醇较快的真菌而言，AmB的抗真菌能力就减弱了。

为了不让前面做的工作白费，Burke和Rienstra团队尝试在现阶段的基础上，提升AmB抽吸麦角固醇的速度。这样的话，就可以在不提高二者亲和力的情况下，破话真菌细胞膜中麦角固醇的平衡，进而达到破坏细胞膜的效果。

于是，他们又回过头分析高清图像。

功夫不负有心人，他们发现只要再调整一个羧酸基团，就可以加快AmB衍生物抽吸麦角固醇的速度。于是，Am-2-19就诞生了。

Am-2-19本尊

实验数据显示，AM-2-19能与麦角固醇结合，但不能与胆醇结合，能更快地抽提真菌细胞膜中的麦角固醇，并杀死真菌。此外，AM-2-19对原代人肾脏细胞和其他哺乳动物细胞无毒，不会损伤小鼠肾脏。

抽提速度快才能破坏真菌细胞膜

在得到上述研究结果之后，Burke和Rienstra团队又将AM-2-19送到了另外4个实验室检验它的抗真菌效果。

实验结果显示，AM-2-19对超过500种致病真菌具有抗真菌活性。AM-2-19的药效和抗菌谱总体上与两性霉素B脂质体安必素（AmBisome）相当或超过安必素。值得注意的是，AM-2-19对几种对安必素耐药的菌株也有活性。

实验室内效果比较

总的来说，Burke和Rienstra团队经过十余年的努力，终于让AmB的疗效与毒性脱钩，升级了人类抗真菌感染的最后一道防线，让这道防线变得更有效、更安全。

未来，相关临床试验的成功，必将挽救更多感染者的生命。

参考文献：

[1].https://www.science.org/content/article/new-antifungal-kills-without-toxic-side-effects

[2].https://medicine.illinois.edu/news/new-antifungal-molecule-kills-fungi-without-toxicity-in-human-cells-mice

[5].Gray KC, Palacios DS, Dailey I, et al. Amphotericin primarily kills yeast by simply binding ergosterol. Proc Natl Acad Sci U S A. 2012;109(7):2234-2239. doi:10.1073/pnas.1117280109

[6].Anderson TM, Clay MC, Cioffi AG, et al. Amphotericin forms an extramembranous and fungicidal sterol sponge. Nat Chem Biol. 2014;10(5):400-406. doi:10.1038/nchembio.1496

[8].Guo X, Zhang J, Li X, et al. Sterol Sponge Mechanism Is Conserved for Glycosylated Polyene Macrolides. ACS Cent Sci. 2021;7(5):781-791. doi:10.1021/acscentsci.1c00148

本文作者丨BioTalker