王兴梅 综述 刘亚君，陈涛 审校
遵义医科大学附属医院重症医学科，贵州 遵义 563003
感染性疾病是指病原微生物如细菌、病毒、真菌、寄生虫等侵袭人体引起的局部或全身炎症反应，威胁人类健康，严重感染甚至可危及生命；
而其中细菌感染最为常见，且近年来细菌感染引起的死亡率在全球范围内显著提高[1-2]。1928年，青霉素的发现和临床应用成为了现代抗感染的基石，此后，多种抗生素被发现和应用于临床。但抗生素的广泛应用使得多种耐药细菌如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)、耐万古霉素肠球菌(VRE)、耐碳青霉烯肠杆菌科细菌(CRE)等出现，进而导致侵袭性、危及生命的感染性疾病急剧增加[2-3]。因此，新型抗生素的发现及运用仍是抗感染治疗的关键，21 世纪初，研究人员发现衣康酸具有抗菌作用并对其进行深入研究，发现衣康酸可通过多种机制发挥抑菌或杀菌作用，本文就衣康酸对细菌感染的抗感染机制及研究进展进行综述，以期为临床抗感染治疗提供新策略。
衣康酸亦称亚甲基琥珀酸，是一种白色结晶状的有机不饱和二羧酸，具有极性高、不易渗透细胞膜的特点，由瑞士化学家Samuel Baup 于1836 年在柠檬酸蒸馏过程中首次发现，随后在1840年首次经化学合成途径由顺乌头酸脱羧反应获得，被广泛应用于乳胶、塑料、树脂等工业材料的生产；
我国于20世纪60 年代初开始生产衣康酸，利用土曲霉、黑粉菌等微生物的发酵生成，主要运用于工业生产[4-6]。随着对衣康酸研究的深入，有研究发现衣康酸不仅可作为工业化合物生产的前体，而且可应用于医疗及制药。2011 年，Strelko等[7]指出具有顺乌头酸脱羧酶活性的微生物是自然界衣康酸形成的一般途径；
相比较之下，只有具有顺乌头酸脱羧酶活性或者可产生顺乌头酸脱羧酶同系物的哺乳动物细胞，才具有从头形成衣康酸能力，同年，研究人员首次在哺乳动物免疫细胞中发现衣康酸的生物合成；
2013 年，研究人员揭示出哺乳动物衣康酸的生物合成途径。
衣康酸为无色、无臭的白色晶体，密度为1.632，熔点为167℃~168℃，在真空下能升华，溶于水、乙醇、丙酮，微溶于氯仿、苯和乙醚。衣康酸的分子结构式为CH2=C(COOH)CH2COOH，其分子内部含有一个乙烯基和两个羧基，性质非常活泼，可进行自身间的聚合，也能与其他单体如丙烯腈等聚合；
具有可再生的特点，在加工过程中不会产生刺激性气味[8-9]。
衣康酸是线粒体三羧酸(TCA)循环产生的重要代谢产物，可作为酶抑制剂，通过直接抑制细菌异柠檬酸裂解酶发挥杀菌作用，同时也可作为宿主细胞免疫应答基因1(immune-responsive gene 1，IRG1)、琥珀酸脱氢酶、Rab23、活性氧(reactive oxygen，ROS)的辅助因子，发挥抑菌或杀菌作用；
除此之外，衣康酸可作为激活剂的一种，促进ROS、一氧化氮(nitric oxide，NO)等抗炎症因子的释放[10-12]。同时有报道称，高浓度衣康酸在海洋软体动物中可通过某种特有的机制破坏相关病原体的中心碳代谢，由此完全或部分抑制病原体的生长，以确保海洋软体动物，如贻贝等生长[13]。
3.1 衣康酸与细菌异柠檬酸裂解酶在细菌感染中的相关性 异柠檬酸裂解酶存在于植物细胞、某些微生物细胞及一些无脊椎动物细胞中，是参与细胞内乙醛酸循环的关键酶之一。乙醛酸循环是脂类转化为糖类的关键途径，对结核分枝杆菌、大肠杆菌、靛蓝假单胞菌等以脂肪酸或醋酸盐等为限制碳源的细菌生存至关重要，在慢性感染阶段，以脂肪酸或醋酸盐等为限制碳源细菌内的乙醛酸循环将显著上调，通过脂肪酸β-氧化代谢产生C2底物，维持三羧酸循环[14-16]。研究表明，靛蓝假单胞菌在仅以乙醇为限制碳源的生长情况下，需通过驱动乙醛酸循环将脂类转化为糖提供能量，而异柠檬酸裂解酶为乙醛酸循环的关键酶，此时加入外源性衣康酸可抑制靛蓝假单胞菌生长；
因此衣康酸可通过抑制异柠檬酸裂解酶在细菌感染中发挥杀菌作用[10，14，17]。但在异柠檬酸裂解酶活性较低的条件下，衣康酸的释放增加不影响鼠疫杆菌的生长，表明衣康酸在细菌感染中作用与细菌异柠檬酸裂解酶机制有关，衣康酸的杀菌作用具有一定局限性，仅针对可驱动乙醛酸循环的细菌有效[15]。
3.2 衣康酸与宿主巨噬细胞免疫应答基1 在细菌感染中相关性 免疫应答基1 (immune-responsive gene 1，IRG1)是顺乌头酸脱羧酶同系物的编码基因，这种酶可催化顺乌头酸转变为衣康酸，与土曲霉生产衣康酸中催化顺乌头酸的顺乌头酸脱羧功能相近。研究发现IRG1主要存在于哺乳动物巨噬细胞线粒体中，细菌感染时哺乳动物巨噬细胞中IRG1 基因表达高度上调[14，18]。细菌感染机体后被体内巨噬细胞吞噬，此时许多细胞内细菌会建立起细胞内膜结合区，以此来抵抗溶酶体的降解和体液免疫反应的作用。而作为共同进化的结果，巨噬细胞发展了针对细菌膜结合物及内部细菌的策略，从而控制细菌感染[19-21]。嗜肺军团菌感染后被巨噬细胞吞噬，在细胞形成表皮细胞液泡(legionella-containing vacuole，LCV)，使嗜肺军团菌避免受到溶酶体等的攻击；
同时感染刺激脊椎动物细胞内免疫的有效诱导剂I 型干扰素分泌增加，不断诱导IRG1 的表达，此时含有IRG1 基因的线粒体在某种机制的作用下不断向LCV靠近，并附着在LCV表面；
IRG1 表达生成具有顺乌头酸脱羧酶活性的酶，催化衣康酸的产生，并通过某种机制将衣康酸输送到LCV 内，在衣康酸的作用下，靶向杀死LCV 内细菌或抑制其复制生长[14，22-23]。
3.3 衣康酸与宿主细胞琥珀酸脱氢酶在细菌感染中的相关性 琥珀酸脱氢酶是一种存在于线粒体内膜上的结合酶，同时也是线粒体的标志酶之一，属于黄素酶类，是连接氧化磷酸化和电子传递的枢纽之一，主要为真核细胞线粒体及多种原核细胞需氧和产能的呼吸链提供电子[24-25]。细菌感染时，衣康酸作为细胞内高度上调的细胞代谢产物，不仅可直接作用于异柠檬酸裂解酶来发挥杀菌作用，也可以同时通过抑制线粒体三羧酸循环中琥珀酸脱氢酶，从而间接抑制乙醛酸循环帮助溶酶体发挥杀菌作用。有研究报道衣康酸抑制琥珀酸脱氢酶时对宿主细胞本身可能存在毒性作用。同时研究人员发现，衣康酸在宿主细胞内排泄率很低，在脓毒症患者的血浆或尿液中，或在肺部感染患者的支气管肺泡灌洗液中，衣康酸的排泄量均无法检测到；
且研究人员通过测量线粒体呼吸时的特异性底物发现衣康酸对琥珀酸脱氢酶的抑制作用与衣康酸剂量有关[14，26]。
3.4 衣康酸与宿主细胞Rab32 在细菌感染中的相关性 Rab32 是细胞内的一种宿主防御机制，存在于线粒体和细菌细胞液泡(Legionella-containing vacuole，SCV)中，Rab32GTP 酶构成Rab32-BLOC3 代谢物传输途径，有助于IRG1 酶转运载体的形及衣康酸的传递，也有助于线粒体与SCV 之间的附着[27-29]。伤寒沙门氏菌细菌毒素在宿主细胞中的表达需要建立SCV的环境。研究发现由于Rab32-BLOC3途径的存在，限制了小鼠巨噬细胞中伤寒沙门氏菌的复制。在沙门氏菌感染时Rab32 与IRG1 通过某种特有机制相互作用，驱使细胞内线粒体通过Rab32-BLOC3 通路与SCV 紧密附着，并将所生产的衣康酸通过此通路输送到含伤寒沙门氏菌的液泡中，发挥抑菌或杀菌作用[30-32]。此外，Chen 等[32]在研究中发现如果损坏此通路情况下，衣康酸表达水平降低，表明在衣康酸发挥抗感染作用中Rab32的存在必不可少。
3.5 衣康酸与宿主细胞活性氧产生在细菌感染中的相关性 在衣康酸的刺激下，活性氧(reactive oxygen，ROS)是由磷酸戊糖途径生成的用于合成核苷酸的前体，在NADPH 氧化酶的催化下生成ROS，同时NADPH 作为磷酸戊糖途径的中间代谢产物，也可被用作产生ROS的底物[33-34]；
在功能上，ROS在细菌感染中不仅可作为信号分子传递信息，而且可抑制细菌，甚至病毒、日本血吸虫卵的感染。研究发现，日本血吸虫和鼠伤寒沙门氏菌共同感染小鼠情况下，衣康酸激活NADPH氧化酶活性，催化ROS水平升高，发现细胞中鼠伤寒沙门氏菌的生长明显受到抑制，同时与其共同寄生的日本血吸虫及虫卵负担减少，且衣康酸抑制寄生生长的作用更明显，即使在非常低的浓度下也能够产生抑制[14，33]；
推测抑制寄生生长可能的机制主要还是与鼠伤寒沙门氏菌感染刺激小鼠巨噬细胞产生衣康酸及ROS有关[35]。
3.6 衣康酸与细菌中心碳代谢在细菌感染中的相关性 在某些细菌中，如海洋弧菌等，其存活所需能量来源主要与乙醛酸循环途径作用有关，也是其碳代谢的中心。而乙醛酸循环是一种允许微生物利用醋酸盐或脂肪酸等作为不同条件下生长所需的碳源，一种能量产生途径；
已知在宿主发生感染期间，某些病原菌会上调此循环[15，36]。
研究发现，在海洋软体动物与海洋相关病原体接触时，海洋软体动物体内会合成大量衣康酸，这与哺乳动物体内衣康酸的产生不同；
采用非靶向气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometry，GC-Ms)法来鉴定弧菌DO1(海洋弧菌中的一种)在较高浓度衣康酸作用下所产生的代谢变化，发现乙醛酸、顺乌头酸、异柠檬酸、富马酸等均增加，这些均为乙醛酸循环所需的中间代谢产物，同时在此浓度衣康酸的作用下，海洋弧菌DO1 生长完全或部分被抑制，研究表明衣康酸通过破坏其中心碳代谢抑制了海洋弧菌DO1的生长。其中最令人惊讶的是，在抑制细菌生长的过程中，细菌异柠檬酸裂解酶活性是增加的，未受到高浓度衣康酸的影响，表明在海洋软体动物中衣康酸发挥抗菌作用的机制与哺乳动物中不同[13，37-38]。但此类衣康酸抗菌机制目前只在海洋软体动物研究中发现。对于此种机制研究可能会使衣康酸作为一种新型抗菌化合物用于水产养殖。
目前研究发现，衣康酸在抗菌方面可发挥作用的机制相对较广，衣康酸可通过不同代谢途径影响细菌的生存与生长，具有一定靶向性，衣康酸在未来的临床医学应用中能否作为新型抗生素运用于临床还有待进一步研究。衣康酸除抗菌作用外，其在抗真菌、病毒、甚至是支原体方面也有一定作用，但目前国内外对衣康酸抗感染的机制研究主要集中于某个酶或某种细胞因子，其具体机制还有待进一步研究。
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