喹诺酮类药物对关节软骨的影响

喹诺酮类药物对关节软骨的影响

标签：喹诺酮类药物；关节软骨；影响

随着喹诺酮类（quinolones,QNs）药物的临床长期广泛应用，QNs引起的临床副作用逐渐表现出来，尤其是对儿童关节软骨的损伤越来越受到研究者们的关注。本文就喹诺酮的一般性状与关节软骨的关系及其引起关节软骨损伤的一些假说作以下阐述。

1 喹诺酮类药物的性质与结构

喹诺酮类药物是一类全化学合成的抗菌药，具有抗菌谱广，抗菌作用强，生物利用度高，组织细胞内渗透性好，价格便宜，用药方便，不良反应少等特点[1]。该类药为杀菌剂，其抗菌的作用机制是通过抑制细菌DNA螺旋酶而影响细胞DNA的正常形态与功能，从而达到杀菌的目的[3，4]。临床上可用于急、慢性，全身和局部细菌性感染患者，尤其在治疗囊性纤维化时疗效较显著。目前在临床上广泛使用的代表药物有环丙沙星、氧氟沙星等。

喹诺酮的化学结构不仅决定了它们的抗菌活性，而且与其不良反应密切相关，因此，弄清其构-效关系和结构-不良反应关系是十分有意义的。其最主要的母核结构有二种:喹诺酮核和1,8-萘啶酮核(图1)。目前临床上所用的氟喹诺酮都是在此双环结构的基础上发展起来的。1-氮是必需的。它们的结构共同点是3-羧基、4-氧代和6-氟取代，其他位置可连接不同的取代基。母核各位上的取代基与喹诺酮的抗菌活性、对细菌的DNA螺旋酶的结合及其药动学等相关[2]。总之，氟喹诺酮的抗菌活性是由喹诺酮核或萘啶酮核及其各位置上的取代基共同决定的。取代基通常可增强或降低药物的抗菌活性，改变药物动力学性质或生物利用度。

2 关节软骨的基本结构

关节软骨由软骨细胞(chondrocyte)和细胞外基质(matrix)组成，从物理形态上可分为两部分：一部分是固态物质，包括软骨细胞、胶原、蛋白多糖和其他的糖蛋白；另一部分是液态物质，包括水和离子。细胞外基质占总体积的98%~99%，主要由胶原、蛋白多糖和水组成，还有少量的糖蛋白和其他蛋白。

软骨细胞与基质是关节软骨的两个基本组成，软骨细胞赋予软骨以结构，基质则围绕在软骨细胞周围，使软骨具有弹性和张力强度。

3 喹诺酮类药物对关节软骨的影响

有关QNs的不良反应，文献也有较全面的报道。主要有消化道反应，中枢毒性，心脏毒性，皮肤反应和光毒性，血液毒性，肝、肾毒性等，均属A型不良反应，与剂量关系较大，停药后一般可恢复，合理用药可减少不良反应的发生

率[5，6]。对软骨的毒性作用也有较全面的报道，国内众多的动物实验结果表明QNs确实对幼龄动物负重关节有损伤作用，其损伤程度与动物的年龄和药物浓度有关系，年龄越小浓度越大，关节软骨损伤越严重[7]；国外也有报道临床上对幼儿应用QNs治疗后，未见有关节异常，这部分学者认为人和动物存在种属差异性，人的关节软骨对QNs不敏感，而且临床治疗剂量远低于实验剂量，主张临床可用于儿科治疗[8，9]。

当前，对QNs的软骨毒性是否会影响儿童生长发育，仍是个争议较大的问题。

刘明亮的动物实验结果表明[10]，所有喹诺酮类药物均具有潜在的关节毒性，但它们诱发幼龄动物关节病(特别是负重关节)的危险大于成年动物。不同种类动物的一些研究显示，尽管观察到的临床症状表现出可逆性(如步态改变)，但组织形态学的变化是完全不可逆的[11]。目前还不知道动物中关节软骨早期的改变是否可逆。

刘晓岩等[12]对用喹诺酮后的软骨做组织学检查结果显示：

光镜:正常对照组可见软骨表面光滑，软骨细胞排列及其基质正常。给药组可见软骨层变薄，软骨细胞数量及其基质减少，胶原纤维增生，血管增生，部分软骨可见软骨膜增厚，停药4周后可见软骨囊钙化。

以上变化为同一停药时间，不同剂量组间存在差异，高、中剂量组较重，低剂量组较轻，而不同的停药时间，同一剂量组间无明显差异。

电镜：正常对照组软骨细胞及其胞浆形态基本正常。给药组部分软骨细胞核固缩，染色质消失，细胞器崩解，细胞膜部分区域消失，细胞周围透亮区消失，只见细胞残影。

上述这些改变在不同停药时间，同一剂量组间有显著性差异。刚停药时，病变严重，随着停药时间的延长，病变有所减轻。停药4周时，病变仍未完全恢复；在同一停药时间，不同剂量组间并无明显的差异，光、电镜结果表明，大、中、小剂量都可造成软骨细胞的损伤。

同时Nagai[13]也称QNs引起关节软骨损害特征的形态学改变是关节软骨糜烂、水泡样变性、关节腔非炎症渗出和细胞浸润；软骨基质丢失，形成裂缝和空腔，软骨细胞坏死、减少或消失；非硫酸盐软骨素完全消失，Ⅱ型胶原含量下降；软骨细胞核固缩，细胞内粗面内质网和线粒体肿胀。

关于临床应用QNs出现关节病变也有报道，但发生率不高，且大多是可逆的，一般在给药后数日或数周内出现，症状为关节肿胀或仅表现为疼痛。如：Bertino报道[14]，634例3 d～17年的未成年患者(主要为CF疾病患者)用环丙沙星治疗，8例(1.3％)出现可逆性关节痛，均为女性，停药后均恢复，但部分患者再次用药后未出现同样的症状。Hampel称[15]，1 795例2 030次使用环丙沙星

的病例报道中，31例出现关节疼痛，发生率为1．5％。Burkhardt综述了临床个案报道[16]，10例14～17年的未成年人使用QNs后发生了关节疼痛或肿胀，其中7例是用培氟沙星，2例是用环丙沙星，1例是用萘啶酸，其中9例X线片检查软骨组织未发现异常，临床症状在停药一段时间后消失，只有1例17岁患心内膜炎、脑脓肿患者用培氟沙星4周后出现双侧膝关节肿胀。X线片检查有软骨破坏，后行双侧膝关节置换术。病理检查骨骺坏死，滑膜、软骨纤维化。在国内，根据曲芬[11]等报道，中、晚期孕妇引产前因感染口服QNs，引产后胎儿软骨药物浓度大于血药浓度，且电镜下发现关节软骨细胞肿胀，线粒体、内质网扩张，这也是很好的QNs对胎儿软骨细胞损伤的证据。

当然也有一些用喹诺酮药后对关节没有影响的学者报道。如Martell报道[17]，7例年龄＜32周龄幼儿，2例使用环丙沙星，5例使用培氟沙星，均无不良反应发生。与正常幼儿相比，体重、身长、头围没有区别。另外，Richard报道[18],108例未成年CF疾病患者，采用随机对照试验，将环丙沙星与传统治疗相比较，2组关节软骨在治疗前后磁共振、超声波的诊断方面无统计学差异。

因此，面对众多学者的临床報道不同结果的争论，喹诺酮药物是否对关节软骨有影响还有待于做进一步的探讨和研究。

4 喹诺酮类药物对关节软骨影响机制的假说

4.1 游离镁离子的减少

目前对这方面的研究颇多，可能与3位羧基和4位羰基有关。

从1950年起就有资料显示，在镁缺乏饮食喂养的幼狗中，步态改变与给予喹诺酮类药物后所观察的描述非常相似。在鼠中，镁缺乏饮食喂养9 d或更长时间后，观察到关节软骨损伤不能与喹诺酮类药物引起的损伤相区别[20]。QNs是镁离子螯合剂，造成局部镁离子的缺乏，影响了镁离子依赖的整合素的功能，阻碍了整合素与细胞基质的信号转导，导致了细胞基质的退变，进而损伤了软骨细胞；实验也发现损伤部位的整合素表达是降低的[21]。

研究还发现，QNs的使用与低镁饮食对软骨损伤有协同作用,而在体外实验中，细胞培养液中加入镁离子可部分对抗由给予QNs引起的毒性[22]。根据这些发现，假定在关节软骨中镁的螯合作用可能是重要的导致随后不良反应的因素，包括最终引起不可逆的软骨损伤的形成，这是因为其在细胞表面受体水平上阻滞了软骨细胞整合的传导信号，后者具有保持软骨基质的作用。

通过补充镁制剂或维生素E可降低喹诺酮诱发的软骨损伤，这一事实进一步证实了喹诺酮的螯合活性与其软骨毒性之间的相关性。

4.2 活性氧的产生

应用流式细胞仪检测体外培养的软骨细胞的氧化，结果氧氟沙星和诺氟沙星