Фторованих хінолонів

Хінолони є синтетичними препаратами, які беруть свій початок від хлорохіну.

Один із побічних продуктів його виробництва мав антибактеріальну дію, що призвело до появи в 1962 р. першого хінолону – налідиксової кислоти. Цей препарат був низькоактивним по відношенню до грамнегативних бактерій, з субоптимальними фармакокінетичними характеристиками (біодоступністю, сироватковою концентрацією), тому використовувався тільки для лікування інфекцій сечовивідних шляхів і шлунково-кишкового тракту.

Проривом у розвитку цієї групи препаратів став випуск на ринок ципрофлоксацину в 1981 р. Наступним кроком стало створення препаратів левофлоксацину та моксифлоксацину з покращеними фармакодинамічними і фармакокінетичними властивостями: високою біодоступністю та можливістю одноразового прийому.

Як і для інших класів препаратів, ріст застосування цих антимікробних засобів призвів до розвитку резистентності.

Основним механізмом резитентності до нефторованих і фторованих хінолонів є модифікація мішені – двох бактеріальних ферментів ДНК-гірази (також відомої як топоізомераза II) і топоізомерази IV [17].

Ці ферменти каталізують конформаційні зміни в молекулі бактеріальної ДНК, необхідні для її нормальної реплікації. Кожен фермент складається з чотирьох субодиниць. ДНК-гіраза складається з двох gyrА і двох gyrB субодиниць. Топоізомераза IV – із субодиниць parC і parE. Гени обох ферментів локалізовані на бактеріальній хромосомі [17].

У механізмі дії хінолонів по відношенню до грампозитивних і грам негативних мікроорганізмів є деякі особливості. Основною мішенню дії хінолонів у грамнегативних мікроорганізмів є ДНК-гіраза, а топоізомераза IV має менше значення, у грампозитивних – ситуація менш однозначна, що пов’язано з наявністю суттєвих протиріч між результатами, отриманими біохімічними та генетичними методами. Із результатів біохімічних досліджень випливає, що у S. pneumoniae первинною мішенню дії для більшості хінолонів є топоізомераза IV. Сітафлоксацин і клінафлоксацин мають приблизно однакову афінність до обох ферментів.

За даними отриманими за допомогою генетичних методів, у спарфлоксацину, моксифлоксацину і гатифлоксацину первинною мішенню є ДНК-гіраза. Геміфлоксацин, сітафлоксацин і клінафлоксацин мають приблизно однакову спорідненість до обох ферментів. Більшість нефторованих і фторованих хінолонів мають значну спорідненість до ДНК-гірази, що пояснює їх переважну активність до грамнегативних мікроорганізмів. Проте, нові фторхінолони (спарфлоксацин, грепафлоксацин, тровафлоксацин, моксифлоксацин) високоактивні по відношенню до грампозитивних мікроорганізмів, що, скоріш за все, пояснюється їх високою спорідненістю до топоізомерази IV.

Фторхінолони, що мають приблизно однакову спорідненість до обох топоізомераз, вірогідно, найменше сприяють селекції резистентності. Це пов’язано з тим, що для формування стійкості штаму, мутації повинні відбутися одночасно в генах обох ферментів, а вірогідність виникнення подвійних мутацій істотно нижча, ніж одиничних.

Для дії хінолонів необхідне утворення потрійного комплексу ДНК-фермент-хінолон. Утворення такого комплексу як результат ряду досить складних перетворень призводить до загибелі мікробної клітини. Ділянка поліпептидного ланцюга ДНК-гірази чи топоізомерази IV, в якій відбувається зв’язування хінолону і ферменту, отримала назву “хінолонової кишені”.
Резистентність до хінолінів формується на основі мутацій (амінокислотних замін) в ділянці " хінолонової кишені" чутливих ферментів, і призводять до зниження їх афінності до хінолонів. Залежно від того, в якій точці " хінолонової кишені" відбулась амінокислотна заміна, спостерігається виражене в тому чи іншому ступені підвищення МПК. При деяких із описаних мутацій МПК підвищується в 2 – 4 рази, при інших – більш, ніж у 100 разів. Основне практичне значення мають мутації в генах gyrA та parC.

Принципово важливим моментом як для теорії, так і для практики є те, що у одного і того ж мікроорганізму мутації в одному чи двох генах можуть накопичуватись, що супроводжується ступінчастим зниженням афінності ферментів до хінолонів і підвищенням МПК. Якщо одиничні мутації супроводжуються незначним підвищенням МПК (в 2 – 4 рази), то такий рівень резистентності може не мати клінічного значення, тобто мікроорганізм залишиться чутливим.

Закономірності перехресної резистентності мікроорганізмів до окремих хінолонів є досить простими в порівнянні з антибіотиками інших класів. Оскільки підвищення рівня і спектру активності кожної нової генерації хінолонів пов’язано з підвищенням їх спорідненості до чутливих ферментів, то і розвиток резистентності також носить ступінчастий характер.
Одиничні мутації призводять до клінічно значущої резистентності, або тільки до налідиксової кислоти, чи до налідиксової кислоти і норфлоксацину. Накопичення мутацій зумовлює розповсюдження стійкості до пефлоксацину і далі на групу ципрофлоксацину, офлоксацину і ломефлоксацину.

Високий рівень стійкості грамнегативних мікроорганізмів до фторхінолонів (МПК < 64, 0 мкг/мл) звичайно пов’язаний з двома мутаціями і більше в одному чи обох чутливих ферментах.

Серед грампозитивних мікроорганізмів можливе збереження чутливості до, більш нових препаратів (спарфлоксацин та інші) при стійкості до решти хінолонів. Варто підкреслити, що до цього часу не відомі достовірні випадки стійкості до ципрофлоксацину при чутливості до більш ранніх хінолонів.
Найбільше практичне значення на сьогоднішній день має стійкість до фторхінолонів серед збудників госпітальних інфекцій, частіше всього серед P. aeruginosa, Acinetobacter spp., Serratia spp., Citrobacter spp. За даними кількох досліджень хінолони можуть викликати селекцію множинно-резистентних фенотипів як in vitro, так і in vivo [18] [19]. Найбільш частими причинами цього є мутації nalB, nfxB та nfxC генів, що призводять до гіперекспресії MexA-MexB-OprM, MexC-MexD-OprJ та MexE-MexF-OprN ефлюкс-помп відповідно. Фторхінолони останніх поколінь селекціонують переважно nfxB мутантів P.

В 2003 р. у P. aeruginosa виявлена нова ефлюксна помпа MexV-MexW-OprM, що забезпечує резистентність до фторхінолонів, тетрациклінів, хлорамфеніколу, еритроміцину, етидію броміду та акрифлавіну [24]. Особливо високий рівень резистентності у синьогнійної палички до фторхінолонів зумовлений взаємодією систем активного ефлюксу и мутаціями генів, що кодують ДНК-гіразу і топоізомеразу IV [25] [26].

Досить цікавий механізм стійкості до антибіотиків групи хінолонів за рахунок імітації молекули-мішені був виявлений у Mycobacterium smegmatis та Mycobacterium bovis. У цих двох видів був знайдений білок родини «пентапептидних повторів», що кодується хромосомним геном mfpA [2] [3]. Було показано, що даний білок після закінчення фолдингу набуває надзвичайно схожої до подвійної спіралі ДНК структури. Тандемні повтори п’яти амінокислот утворюють правозакручену спіраль такої ж ширини, як і спіраль ДНК. Більше того, показано, що сумарний заряд поверхні такої молекули і спектр поглинання світла також практично ідентичні ДНК [4]. Таким чином, MfpA симулює структуру ДНК завдяки чому слугує мішенню для фторхінолонів, що захищає клітину від згубної дії антибіотика з ДНК-гіразним комплексом [3].

Стійкість до фторхінолонів може бути також пов’язана з активним виведенням цих препаратів. Активне виведеня антибактеріальних препаратів (в тому числі фторхінолонів) із внутрішнього середовища бактерій здійснюють складні білкові структури (транспортні системи, ефлюксні насоси – efflux pumps), локалізовані в цитоплазматичній і зовнішній мембранах мікробної клітини.

Стійкість такого типу отримала широке розповсюдження серед грамнегативних бактерій. У грампозитивних вона зустрічається рідше і, як правило, не досягає високого рівня. Найбільш активно виводиться норфлоксацин, в меншій мірі ципрофлоксацин і офлоксацин. Левофлоксацин, спарфлоксацин та інші нові фторхінолони практично не виводяться [35].

Безпосередньо після введення до клінічної практики фторхінолони розглядали як засоби для лікування інфекцій, що викликані метицилінрезистентними стафілококами. Однак, після початку їх застосування наростання резистентності до хінолонів серед метицилінрезистентних стафілококів відбувається досить швидко наприклад, у деяких медичних закладах резистентність досягає 36%.