SINTEZE

Antibiotice antifungice: clasificare, mecanisme de acţiune și mecanisme de rezistenţă

 Antifungal antibiotics: classification, mechanisms of action and resistance mechanisms

First published: 20 noiembrie 2016

Editorial Group: MEDICHUB MEDIA

Abstract

After the1980s, the fungal infection rate increased significantly due to the widespread use of antibiotics, corticosteroids, cytostatic and immunosuppressive agents, becoming a frequent problem difficult to manage, especially in intensive care units. Currently, there is a wide range of antifungal antibiotics generally classified after the action mechanism, as follows: antifungal antibiotics interfering with the sterol synthesis path from the cell membrane – azoles (e.g. clotrimazole, fluconazole, voriconazole); allylamines (e.g. naphtifine, terbinafine); polyenes (e.g. amphotericin B, nystatin); inhibitors of the synthesis of glucan fungal cell wall composition (e.g. caspofungin); antimetabolites (e.g. flucytosine); antifungals acting on the mitotic spindle (e.g. griseofulvin).
In 1980, first cases of antifungal resistance were reported in patients with chronic muco-cutaneous candidiasis resistant to antifungal, who were following treatment with azoles. The phenomenon has intensified from 1990 along with the increasing incidence of fungal infections, and the diversity of etiological agents. The molecular mechanisms of resistance to antifungal agents are not fully understood, but resistance to a certain antifungal is a complex process involving factors of the microorganism (cellular and humoral) and factors regarding the host (the degree of immunosuppression, location and severity of the infection). 

Keywords
fungi, antifungals, resistence mechanisms

Rezumat

După anii 1980, incidența infecțiilor fungice a crescut considerabil ca urmare a utilizării pe scară largă a antibioticelor, corticosteroizilor, citostaticelor și medicamentelor imunosupresoare, devenind o problemă frecventă și dificil de gestionat mai ales în secțiile de terapie intensivă. 
În prezent, există o gamă variată de antibiotice antifungice clasificate, în general, după modul de acțiune, după cum urmează: antibiotice antifungice cu acțiune la nivelul căilor de sinteză a sterolilor din membrana celulară – azoli (de exemplu, clotrimazol, fluconazol, voriconazol); alilamine (de exemplu, naftifin, terbinafin); poliene (de exemplu, amfotericina B, nistatin); inhibitorii sintezei glucanului din compoziția peretelui celular fungic (de exemplu, caspofungin); antimetaboliți (de exemplu, flucitozina); antifungice care acționează la nivelul fusului mitotic (de exemplu, griseofulvina). 
În 1980 au fost semnalate primele cazuri de rezistență la antifungice la pacienți cu candidoze mucocutanate cronice, aflați sub tratament cu azoli. Fenomenul a luat amploare din anii 1990, odată cu creșterea atât a incidenței infecțiilor fungice, cât și a diversității agenților etiologici. Încă nu se cunosc pe deplin mecanismele moleculare ale rezistenței la antifungice, însă rezistența la un anumit antifungic este un proces complex, care implică atât factori dependenți de microorganism (celulari și umorali), cât și factori dependenți de organismul-gazdă (gradul de imunosupresie, localizarea și gravitatea infecției).

Introducere

Infecțiile fungice reprezintă un capitol important al patologiei infecțioase, după anii 1980 incidența acestora crescănd considerabil ca urmare a utilizării pe scară largă a antibioticelor, corticosteroizilor, citostaticelor și a medicamentelor imunosupresoare. Aceste infecții sunt, în prezent, o problemă din ce în ce mai frecventă și mai dificil de gestionat, mai ales în secțiile de terapie intensivă, fiind grevate de o serie de dificultăți de diagnostic, de tratament și de o rată de mortalitate foarte ridicată (Alexander și Pfaller, 2006).

Studiul substanțelor antibiotice antifungice este un domeniu în plină dezvoltare, datorită necesității de a combate infecțiile micotice, în ultimii ani apărând în terapie noi compuși chimici, cu toxicitate mai mică, dar cu acțiune antifungică semnificativă, cum ar fi: voriconazolul, micafunginul, caspofunginul, formulările lipidice ale amfotericinei B (Zhang și colab., 2007, Herbrecht și colab., 2007).

Clasificarea și mecanismele de acțiune ale antibioticelor antifungice

În prezent, există o gamă variată de antibiotice antifungice, clasificate, în general, după modul de acțiune, după cum urmează:

1. Azoli – acționează asupra căii de sinteză a ergosterolului prin blocarea activități 14‑a dimetilazei, determinând modificarea structurii și a permeabilității membranei fungice prin inhibarea selectivă a 14‑a-demetilării lanosterolului dependentă de citocromul P450 (de exemplu, clotrimazol, fluconazol, voriconazol).

2. Inhibitori ai biosintezei ergosterolului de tipul alilaminelor (de exemplu, naftifin, terbinafin).

3. Poliene – acționează prin legare la nivelul membranei celulare, determinând modificarea structurii și a permeabilității membranei fungice prin legarea selectivă de ergosterol (de exemplu, amfotericina B, nistatin).

4. Antimetaboliți – reprezentați de molecule mici analoage matriței ADN, determinând o sinteză incorectă a moleculelor de ADN (de exemplu, flucitozina).

5. Inhibitorii sintezei glucanului din compoziția peretelui celular fungic (de exemplu, caspofungin).

6. Alte antibiotice antifungice sistemice – din această clasă face parte griseofulvina, care acționează la nivelul fusului mitotic, determinând alterarea polimerizării microtubulilor citoscheletului fungic.

După modul și locul de acțiune, aceste substanțe pot fi împărțite în antibiotice antifungice care acționează local și cele care pot acționa și sistemic (Coman și colab., 2012).

1.1. Antibiotice antifungice cu acțiune la nivelul căilor de sinteză a sterolilor din membrana celulară

1.1.1. Azolii

Această clasă este constituită din antibiotice antifungice care au o largă utilizare în tratamentul infecțiilor fungice superficiale, profunde și sistemice. În funcție de numărul atomilor din inelul azolic, aceste structuri au fost clasificate în două clase distincte:

  • imidazolii, cu doi atomi de azot
  • triazolii, cu trei atomi de azot

Clasa imidazolilor cuprinde clotrimazolul, ketoconazolul, econazolul, miconazolul, oxiconazolul, care sunt folosiți frecvent pentru tratamentul infecțiilor fungice superficiale de la nivelul tegumentului, părului, unghiilor și mucoaselor.

Triazolii – această clasă include fluconazolul, itraconazolul, posoconazolul, ravuconazolul, voriconazolul; sunt medicamente recomandate pentru terapia infecțiilor fungice profunde/sistemice.

Ținta de elecție a azolilor este membrana celulară fungică, la nivelul căreia aceste antibiotice antifungice inhibă sinteza ergosterolului, component esențial al membranei celulare fungice, cu rol în asigurarea integrității și creșterii fungilor, prin blocarea acțiunii lanosterolui 14-a-dimetilazei și a citocromului P450, implicat în transformarea lanosterolului în dimetillanosterol, precursor al ergosterolului, inhibând astfel formarea ergosterolului. Inhibarea enzimei determină depleția ergosterolului la nivelul membranei celulare și acumularea în exces a sterolilor 14-a-metilați, ducând la creșterea permeabilității și rigidității membranei celulare fungice și la disfuncții enzimatice care conduc la stoparea creșterii celulare. La unele specii fungice, aceste antifungice pot inhiba, de asemenea, și reacția Δ 22-desaturazei (Zhang și colab., 2007). Afinitatea azolilor asupra enzimei 14-a-dimetilaza este variabilă, explicând varietatea potențialului lor antifungic și spectrul de acțiune al acestora (Coman și colab., 2012).

Clotrimazol

Primul compus imidazolic, clotrimazolul (1-[(2-clorofenil)-difenil-metil]imidazol) (figura 1), a fost descoperit în 1960 de către Plempbel, apoi a fost sintetizat în 1969 și folosit ca agent antifungic. Clotrimazolul s-a dovedit activ față de unele specii ale genurilor Trichophyton, Epidermophyton, Microsporum și Candida. În prezent, acest antifungic este folosit în mod curent în terapia afecțiunilor cutanate (Tinea corporis, T. cruris, T. pedis), în candidozele cutaneo-mucoase sau orale și chiar în pitiriazis versicolor (Holt și Newman, 1972).

Ketoconazol

Obținut prin procese de sinteză chimică, ketoconazolul prezintă ca substanță activă cis-1-acetil-4/4-2-2,4–diclorfenil-2-1-H-imidazol-1-yl-metil-1,3-dioxolan-4yl-metoxi-nilpiperazina (figura 1). Este un antifungic imidazolic cu activitate fungistatică, ce prezintă un spectru larg, utilizat și în tratarea infecțiilor sistemice. Este un compus înalt lipofilic, acumulându-se la nivelul țesuturilor adipoase și exsudate purulente. Este bine adsorbit în prezența acidității normale gastrice și în timpul unei mese bogate în grăsimi.


 

Figura 1. Formule structurale ale azolilor: a) clotrimazol, b) ketoconazol, c) fluconazol, d) itraconazol, 
e) posaconazol, f) voriconazol


 

Ketoconazolul prezintă activitate asupra tulpinilor de Candida spp. și Cryptococcus neoformans, însă are o activitate limitată comparativ cu fluconazolul și itraconazolul. In vivo, ketoconazolul nu este recomandat ca tratament în criptococoza meningeală sau în infecțiile cauzate de fungii Histoplasma capsulatum, Blastomyces dermatitidis și Coccidioides immitis, din cauza faptului că nu poate pătrunde în lichidul cefalorahidian. Acest antifungic nu prezintă activitate asupra tulpinilor de Aspergillus spp., Fusarium spp. și zigomicete (Coman și colab., 2012). În prezent, acest antifungic este un medicament de linie secundară, din cauza multiplelor reacții adverse și a existenței unor agenți mai siguri, precum fluconazol și itraconazol.

Fluconazol

Fluconazolul (2-(2,4-difluorofenil)-1,3-bis(1H-1,2,4-triazol-1-yl) propan-2-ol) este cel mai utilizat agent antifungic, care conține în structura sa două grupe triazol (figura 1). Atomii fluorinați, din pozițiile 2 și 4 ale inelului fenil, contribuie la lipofilia scăzută a fluconazolului, determinând rezistența la metabolizare, specificitate crescută și activitate mai intensă comparativ cu alte antibiotice antifungice (Coman și colab., 2012).

Acest antifungic este activ asupra speciilor din genurile Candida spp. și Cryptococcus spp., fiind un antifungic de prima linie în terapie, însă C. krusei prezintă rezistență intrinsecă la fluconazol; de asemenea, și în cazul tulpinilor de C. glabrata s-au observat Concentrații Minime Inhibitorii (CMI) de nivel ridicat, astfel că 15% dintre tulpinile izolate au prezentat rezistență la acest antifungic. La tulpinile de C. albicans izolate de la pacienții infectați cu HIV s-a determinat rezistență dobândită la acest antifungic (Rex și colab., 1995). Fluconazolul prezintă activitate și asupra tulpinilor de Coccidioides immitis, însă are o activitate limitată asupra tulpinilor de Histoplasma capsulatum, Blastomyces dermatitidis și Sporothrix schenckii și nu prezintă activitate asupra fungilor din genul Aspergillus spp. și asupra majorității fungilor filamentoși (Bodey și colab., 1992).

Itraconazol

Acest triazol este un compus lipofilic cu greutate moleculară mare (figura 1), care prezintă activitate fungistatică in vitro.

Itraconazolul este folosit în tratamentul infecțiilor datorate atât levurilor, fungilor filamentoși, cât și fungilor dimorfici (Candida spp., C. neoformans, Aspergillus spp., Pseudallescheria boydii, Sporothrix schenckii, H. capsulatum, B. dermatitidis, Coccidioides immitis, Paracoccidioides brasiliensis, Penicillium marneffei și dermatofiți) (Sheehan și colab., 1999). Comparativ cu fluconazolul, itraconazolul este activ atât asupra tulpinilor de Aspergillus spp., cât și asupra unor tulpini de Candida rezistente la fluconazol (C. krusei, C. glabrata), însă unele tulpini fungice rezistente la fluconazol pot prezenta valori CMI înalte și la itraconazol, din cauza fenomenului de rezistență încrucișată la azoli. Unele studii au indicat apariția de tulpini de A. fumigatus rezistente in vivo și cu valori CMI ridicate in vitro la itraconazol (Denning și colab., 1997). Activitatea itraconazolului asupra zigomicetelor și a speciilor genului Fusarium este limitată.

Posaconazol

Fiind un derivat triazolic lipofilic din generația a II-a, posaconazolul (figura 1) are o structură moleculară asemănătoare cu itraconazolul, însă, comparativ cu itraconazolul, posaconazolul, este mult mai activ asupra tulpinilor de Aspergillus spp. Testele in vitro au arătat că acest antifungic prezintă o activitate intensă asupra speciilor de Candida (C. krusei, C. glabrata, C. guilliermondii, C. dubliniensis) cu sensibilitate scăzută la fluconazol. In vitro, posaconazolul prezintă activitate și asupra tulpinilor de Penicillium spp., a speciilor de fungi dimorfici din genurile Histoplasma, Blastomyces, Coccidioides, Paracoccidioides și asupra speciilor de fungi dematiacei din genurile Sporothrix, Scedosporium, Exophiala, Alternaria, Bipolaris. Posaconazolul este singurul azol care manifestă activitate consecventă asupra fungilor din ordinul Zygomycetes (Coman și colab., 2012).

Două studii multicentrice au testat eficacitatea posaconazolului (200 mg de trei ori pe zi per os), în prevenirea infecțiilor fungice invazive, comparativ cu azolii standard de terapie (fluconazol sau itraconazol), pe pacienți de risc înalt, cu neutropenie sau cu grefe. Un studiu s-a efectuat pe 602 pacienți neutropenici, din care 298 au fost tratați cu posaconazol, iar 304 cu fluconazol/itraconazol, și au fost ținuți sub observație timp de 84 de zile, până la refacerea numărului de neutrofile.

În grupul tratat cu posaconazol, doar 7 pacienți (2%) au dezvoltat infecții fungice invazive, iar în grupul tratat cu fluconazol/itraconazol, 25 de pacienți (8%) au dezvoltat infecții fungice invazive, majoritatea fiind aspergiloze (Cornely și colab., 2007). În cazul studiului pe pacienții cu transplant de organe solide, 301 pacienți au fost supuși tratamentului cu posaconazol, iar 299 de pacienți au fost tratați cu fluconazol timp de 112 zile sau până la apariția unei infecții fungice invazive. În grupul tratat cu posaconazol, doar 16 pacienți (5%) au dezvoltat infecție fungică invazivă respectiv 27 (9%) în grupul tratat cu fluconazol (Ullman și colab, 2005).

Voriconazol

Acest antifungic triazolic prezintă o structură (2R,3S)-2-(2,4-difluorophenyl)-3-(5-fluoropyrimidin-4-yl)-1-(1,2,4-triazol-1-yl) butan-2-ol) (figura 1) asemănătoare cu cea a fluconazolului, însă comparativ cu fluconazolul, acest antifungic inhibă 14-a-dimetilaza dependent de concentrație (Sanati și colab., 1997).

In vitro s-a observat că prezintă activitate antifungică asupra tulpinilor de Candida spp., Aspergillus spp., C. neoformans, B. dermatitidis, C. immitis, H. capsulatum, Fusarium spp., Penicillium marneffei (Arikan și colab., 1999). Voriconazolul este considerat a fi un agent cu activitate fungistatică asupra tulpinilor de Candida spp. și C. neoformans, și cu activitate fungicidă față de tulpini de Aspergillus spp. (Clancy și colab., 1998). De remarcat este activitatea antifungică asupra tulpinilor de C. krusei, C. glabrata și C. guilliermondii rezistente la fluconazol, însă în cazul unor astfel de tulpini poate apărea fenomenul de rezistență încrucișată la voriconazol (Lozano-Chiu și colab. 1999).

Utilizarea clinică a voriconzolului a fost aprobată de FDA (Food and Drug Administration) în 2001, în principal pentru tratarea aspergilozei acute și în terapia infecțiilor rare cauzate de Scedosporium apiospermum și Fusarium spp. În 2005 voriconazolul a fost aprobat spre utilizare în tratarea candidozelor invazive (Zhang și colab., 2007; Thompson și colab., 2009).

1.1.2. Alilamine și benzilamine

Aceste două clase de compuși chimici înrudiți sunt utilizate cu predilecție în terapia infecțiilor fungice superficiale, manifestând efect fungicid față de tulpini care aparțin genurilor Tricophyton și Epydermophyton și acțiune fungistatică asupra fungilor din genurile Candida și Microsporum. Naftifinul și terbinafinul sunt principalii reprezentanți ai clasei alilamine, iar butenafinul, principalul reprezentant al clasei benzilamine (Savin și colab., 1997; Maeda și colab., 1991) (figura 2). Mecanismul de acțiune al celor două clase este asemănător și interferă cu biosinteza ergosterolului, prin inhibarea enzimei implicate în primele etape ale căii de sinteză a ergosterolului, și anume squalen‑epoxidaza. Această inhibiție duce la acumularea unor cantități mari de squalen, reducerea cantității de ergosterol conducând la tulburări de permeabilitate, fragmentări ale structurilor celulare parietale și, în final, la moartea celulei fungice (Ryder, 1999).

1.1.3. Poliene

Clasa polienelor conține antibiotice antifungice care prezintă în structura lor un hapten amfoter din grupa polienelor macrolidice, care conține un inel lactonic de dimensiuni mari (38 atomi de carbon) cu un lanț de hidrocarburi lipofilice și un lanț polihidroxil hidrofil (figura 3). Aceste antifungice, acționează la nivelul membranei celulare, prin atașarea la nivelul ergosterolului, formând pori atât la nivelul peretelui, cât și la nivelul membranei celulare a celulei fungice, determinând efluxul ionilor de potasiu intracelulari și al altor componente celulare (magneziu, zaharuri și metaboliți), producând un dezechilibru ionic ireversibil al celulei, efectul lor fiind fungicid (Zhang și colab., 2007; Walsh și colab., 2008).

Amfotericina B

Amfotericina B este principalul antifungic polienic utilizat în cazul candidozelor sistemice, izolat în 1955, în Venezuela, din filtratul culturii de Streptomyces nodosus. Este o substanță insolubilă în apă, cu o greutate moleculară mare.

 

Figura 2. Formule structurale ale agenților antifungici: a) terbinafin, b) naftifin, c) butenafin


 

Amfotericina B aditivată cu dezoxicolat de sodiu (D-AMB) (figura 3) reprezintă formula clasică utilizată în administrare pe cale parenterală, disponibilă din 1960, însă această formulare farmaceutică prezintă toxicitate ridicată pentru organism, prin urmare au fost dezvoltate noi formulări mai puțin toxice, bazate pe combinații cu lipide carrier (L-AMBs). În prezent, în SUA și în Uniunea Europeană sunt aprobate trei astfel de combinații:

  • complex lipidic cu amfotericină B (CL-AMB) – denumire comercială Abelcet, reprezintă un complex dintre dezoxicolat amfotericina B, dimiristoil fosfatidilcolina și dimiristoil fosfatidilglicerol. Acest compus prezintă o toxicitate mai mică, în comparație cu compusul de origine deoxicolat amfotericină, însă este similar ca eficacitate cu acesta;
  • dispersie coloidală (DC-AMB) – denumire comercială Amfotec sau Amfocil, reprezintă un complex dintre amfotericina B și colesteril sulfat (Hiemenz și colab. 1996);
  • amfotericină B liposomală (L- AMB) denumire comercială Ambisom, reprezintă un complex dintre amfotericina B și fosfatidilcolina hidrogenat de soia, distearoilfosfatidilglicerol și colesterol. Spre deosebire de celelalte forme lipidice ale amfotericinei B, în acest caz, partea lipidică este constituită din liposom format din vezicule lipidice unistratificate (Hiemenz și colab. 1996).

Un alt mod de acțiune a amfotericinei B și a derivaților acesteia implică un sistem de reacții oxidative proprii, precum interacțiunile specifice cu lipoproteinele, determinând formarea de radicali liberi și creșterea permeabilitații membranelor celulare (Barwicz și colab., 1998, 2000, 2002). În general, amfotericina B prezintă un spectru larg de activitate asupra fungilor patogeni, exceptând Trichosporon beigelii, A. terreus, Pseudallescheria boydii, Malassezia furfur și Fusarium spp. În ultimii ani au fost raportate tulpini de C. albicans, C. guilliermondii, C. lipolytica, C. lusitaniae, C. norvegensis, C. tropicalis, C. glabrata, C. parapsilosis și C. krusei rezistente la amfotericina B (Karyotakis și colab., 1994).

Nistatin

Acest antibiotic antifungic, asemănător ca structură chimică cu amfotericina B (figura 3), a fost izolat în anul 1950 din Streptomyces noursei și prezintă un spectru larg de activitate antifungică, incluzând Candida spp., C. neoformans și Aspergillus spp. (Miron și colab., 2008). Din cauza toxicității înalte a acestuia asupra organismului uman, în anul 1987 a fost dezvoltat, de către Lopez-Berestein și colab., un nou antifungic care are la bază nistatin, încorporat într-un liposom constituit din dimiristol fosfatidilcolină și dimiristol fosfatidilglicerol, denumit nistatin liposomal.

 

Figura 3. Formule structurale  ale  polienelor: a) amfotericina B, 
b) nistatin


 

1.2. Antibiotice antifungice care inhibă sinteza de glucan

Această clasă este reprezentată de antifungice de semisinteză, cunoscute și sub numele de echinocandine.

Mecanismul de acțiune se realizează prin inhibarea sintezei 1,3-beta-D-glucanului. Fibrele de glucan împreună cu chitina se organizează într-o structură reticulară fermă, care asigură forma și rezistența celulei, fiind implicate în procesele de osmoză ale celulei fungice și în creșterea și diviziunea acesteia. Echinocandinele afectează intergritatea peretelui celular și în final determină liza osmotică (Thompson, 2009).

Se presupune că această blocare se face prin inhibarea enzimei 1,3-beta-D-glucan sintetază, o enzimă complexă care formează polimeri ai glicanului în peretele celular (Denning și colab., 1997).

Echinocandinele manifestă acțiune fungicidă față de numeroase specii de Candida (C. albicans, C. glabrata, C. dubliniensis, C. krusei, C. parapsilosis, C. tropicalis C. guilliermondi) și specii de Aspergillus (A. fumigatus, A. terreus, A. flavus, A. niger). Acestea s-au dovedit active in vitro și față de Pneumocystis carinii (Abruzzo și colab., 2000). Activitatea antifungică a echinocandinelor asupra fungiilor dimorfici (H. capsulatum, C. immitis, B. dermatitidis), a tulpinilor de C. neoformans, zigomicetelor și speciilor din genurile Fusarium și Trichosporon este limitată (Abruzzo și colab, 1997).

În această clasă există trei membri: caspofungin, micafungin și anidulafungin (figura 4).

Caspofungin


 

Figura 4. Formule structurale ale echinocandinelor: a) caspofungin,  b) micafungin, c) anidulafungin


 

Este un antibiotic antifungic polipeptidic (figura 4) care prezintă activitate fungicidă asupra tulpinilor din genul Candida, nivelurile CMI comparative între specii ale acestui gen fiind după cum urmează: C. albicans = C. tropicalis = C. glabrataC. parapsilosis < C. krusei = C. lusitaniae (Marco și colab., 1998). Caspofunginul este eficient în tratarea candidozelor invazive și a biofilmelor de Candida spp., însă nu prezintă activitate asupra C. neoformans (Franzot și colab., 1997). Caspofunginul prezintă activitate și asupra speciilor din genul Aspergillus, fiind indicat ca tratament în aspergilozele invazive refractare la tratamentul cu amfotericină B/amfotericină B lipidică/itraconazol. Studiile clinice au arătat că acest antifungic prezintă activitate similară amfotericinei B liposomale (Walsh și colab., 2004).

Micafungin

Sintetizat prin procese fermentative de către Coleophoma empetri, micafunginul (figura 4) prezintă un spectru larg de activitate asupra tulpinilor de Candida spp., inclusiv asupra celor rezistente la azoli, fiind în prezent aprobat spre utilizare în prevenirea infecțiilor cauzate de Candida spp. la pacienții cu transplant de celule stem hematopoietice sau care se află sub tratamentul candidozei esofagiene. Micafunginul este activ asupra unor fungi filamentoși din genul Aspergillus (A. flavus, A. fumigatus, A. niger, A. terreus), însă asupra fungilor dematiacei Cladosporium trichoides, Exophiala dermatitidis, Exophiala spinifera și Fonsecaea pedrosoi prezintă o activitate moderată. Asupra tulpinilor de Fusarium solani, Pseudallescheria boydii și zigomicetelor nu prezintă activitate. Față de fungii dimorfici H. capsulatum, B. dermatitidis și C. immitis prezintă activitate doar asupra formelor filamentoase (Nakai și colab. 2002).

Anidulafungin

Antibiotic antifungic de sinteză, anidulafunginul prezintă în structura sa un nucleu echinocandin B cu un cap terfenil și o coadă C5 (figura 4). Anidulafunginul este activ in vitro împotriva Candida spp., însă valorile CMI pentru C. parapsilosis și C. guilliermondii sunt relativ mai mari decât cele pentru alte specii. Față de unele tulpini de C. albicans și C. glabrata, acest antifungic s-a dovedit a fi fungicid. În prezent, este utilizat în tratamentul candidozelor esofagiene și invazive, prezentând o activitate mult mai eficientă comparativ cu fluconazolul (Krause și colab., 2004). Anidulafunginul nu prezintă o activitate semnificativă față de tulpinile de C. neoformans, B. dermatitidis, H. capsulatum, Sporothrix schenckii, Trichosporon beigelii, Acremonium strictum, Rhizopus arrhizus, Fusarium spp., Phialophora spp., Cladophialophora bantiana, Pseudallescheria boydii și Bipolaris spp. (Espinel-Ingroff și colab., 1998).

 

Figura 5.  Formula structurală 
a 5- flucitozinei


 

1.3. Antimetaboliți

5-flucitozina (5-fluorocitosina)

Din punct de vedere chimic, 5-flucitozina este o pirimidină fluorurată (figura 5). Acest antifungic are un mecanism de acțiune diferit față de celelalte antifungice, fiind preluată de celula fungică și transformată printr-un proces de dezaminare în 5-fluorouracil, compus care înlocuiește uracilul la nivelul ARN‑ului fungic. De asemenea inhibă timidilat sintetaza prin 5 fluorodeoxi-uridina monofosfat, enzimă esențială în sinteza ADN‑ului (White și colab., 1998).

Acest antifungic prezintă activitate asupra Candida spp., C. neformans, Aspergillus spp. și fungilor dematiacei din genurile Phialophora și Cladosporium (Mauceri și colab., 1974).

Este utilizat rar în terapia infecțiilor fungice, deoarece duce la apariția fenomenului de rezistență, prin mutații ale enzimelor citozin dezaminază sau citozin permează, astfel că aproape întotdeauna este utilizat în combinație cu amfotericina B; această asociere s-a dovedit a fi un tratament eficient în meningita criptococică (Polak și colab., 1975).

 2. Mecanisme de rezistență la antibiotice antifungice

Primele cazuri de rezistență la antifungice s-au semnalat încă din 1980, la pacienți care prezentau candidoze mucocutanate cronice, aflați sub tratament cu azoli. Acest fenomen a luat amploare din anii 1990, odată cu creșterea atât a incidenței infecțiilor fungice, cât și a diversității agenților etiologici. În prezent, încă nu se cunosc foarte bine mecanismele moleculare ale rezistenței la antibioticele antifungice. Din punct de vedere clinic, rezistența poate fi definită ca un fenomen caracterizat prin incapacitatea microorganismului de a răspunde chiar la doze maxime, la un anumit antibiotic antifungic. Rezistența clinică nu este întotdeauna corelată cu rezistența in vitro, măsurată ca o creștere a concentrației minime inhibitorii față de un antifungic. In vivo, rezistența la un antifungic poate fi descrisă ca fiind primară (intrinsecă, înnăscută) sau secundară (dobândită în urma expunerii la un agent antifungic) (White și colab., 1998). Rezistența la un anumit antifungic este un proces complex, care implică atât factori dependenți de microorganism (celulari și umorali), cât și factori dependenți de organismul-gazdă (gradul de imunosupresie, localizarea și gravitatea infecției, anomalii fiziologice, parametri farmacocinetici, absorbția orală scăzută și interacțiuni medicamentoase) (Copaciu și colab., 2006; Mușetescu și colab., 2008).

Mecanismele celulare de rezistență la antibiotice antifungice sunt:

i) Substituția tulpinilor fungice sensibile cu tulpini rezistente ale altor specii fungice. Un exemplu ar putea fi substituirea tulpinilor de C. albicans cu tulpini de C. krusei sau C. glabrata, care prezintă o rezistență primară la azoli. Aceste tulpini pot supraviețui în comensalism la persoane sănătoase, însă pot constitui o problemă în cazul pacienților imunodeprimați la care s-au administrat azoli în vederea terapiei infecțiilor cu C. albicans (White și colab., 1998).

ii) Dezvoltarea în cadrul populației existente a unor clone de C. albicans cu rezistență la antifungice, clone care fie sunt preluate din mediu, fie sunt dezvoltate din microbiota comensală prin achiziționarea de mecanisme de rezistență, într-o populație eterogenă (White și colab., 1998).

iii) Dobândirea unei rezistențe secundare la un anumit antifungic, ca urmare a perioadelor lungi de expunere la antifungic. Frecvența mutațiilor genetice în organisme este mică (de circa 10-6 – 10-8/genă), însă la nivelul unei populații de levuri aflate sub presiunea unor antifungice, într-o celulă se pot produce mutații specifice aleatorii care fac ca celula să fie mai rezistentă la antifungice, iar în cele din urmă aceasta poate deveni tulpina dominantă în populație și va persista chiar și în absența presiunii selective a antifungicului, având impact asupra eficienței terapiei cu antifungicul respectiv (White și colab., 1998).

iv) Exprimare tranzitorie a unor gene care pot determina rezistența temporară a anumitor tulpini de Candida, fenomen denumit rezistență epigenetică. Acest fenomen este reversibil; astfel, în absența presiunii induse de către antifungic, celula fungică revine la fenotipul sensibil la antifungic (Calvet și colab., 1997).

v) modificări ale serotipului celular s-au observat la tulpinile de C. albicans care prezintă două serotipuri A și B, în funcție de markerii carbohidrați de la suprafața membranei. Serotipul A este mai sensibil la 5-flucitozină, iar serotipul B este mai sensibil la azoli (Gupta și colab., 1994).

2.1. Mecanisme moleculare de rezistență la azoli

1. Scăderea afinității enzimei 14-a-sterol dimetilaza citocrom P-450 dependentă (lanosterol dimetilaza P450DM) pentru azoli, datorată mutațiilor punctiforme care inhibă legarea azolilor la nivelul enzimei, dar nu și a substratului enzimei (figura 6) (White și colab., 1998). Au fost identificate tulpini de C. albicans care prezintă mutații la nivelul genei codificatoare a enzimei, ERG11, determinând o scădere a afinității enzimei pentru azoli. Însă mutațiile Erg11/Erg 11 homozigote, la care enzima devine nefuncțională, sunt corelate cu:

  • incapacitatea celulelor fungice de a supraviețui în condiții aerobe, celulele pot supraviețui în aceste condiții numai dacă mutația la nivelul Erg 11 este însoțită de o mutație la nivelul genei Erg 3, care codifică enzima C-5 desaturază;
  • diminuarea drastică a ratei de creștere a celulelor, devenind mai puțin competitive in vitro și in vivo decât cele normale.

În general, mutațiile genelor Erg 11 și Erg 3 determină atât rezistența celulelor fungice la azoli, cât și creșterea sensibilității celulei la inhibitori metabolici (cicloheximidă, flufenazină, higromicina B), comparativ cu fenotipul sălbatic (Geber și colab., 1995, Hitchock, 1996).

2. Supraexprimarea enzimei 14--sterol dimetilaza citocrom P-450 dependentă, datorată creșterii numărului de copii ale enzimei-țintă. Unele studii au arătat că o creștere de 20 de ori a nivelului acestei enzime determină o creștere de 5 ori a valorii CMI pentru fluconazol (Calvet și colab., 1997). În 1992, Vanaden Bossche și colab. au caracterizat o tulpină de C. glabrata care prezenta un nivel crescut de ergosterol, ce a determinat o scădere a sensibilității atât la amfotericina B, cât și la azoli.

3. Reducerea concentrației intracelulare a antifungicului

3.1 Reducerea nivelului de acumulare a azolilor în celulele fungice prin intensificarea efluxului acestuia dependent de energie, pe calea unor transportori de membrană implicați în rezistența de tip multi-drug. Pătrunderea azolilor în celulă este un mecanism pasiv, prin urmare alterările peretelui celular, prin modificarea glicozilării proteinelor de suprafață, au ca rezultat modificarea susceptibilității față de azoli. Efluxul azolilor din celulă este un proces activ, care necesită consum de energie (Sanglard, 2002); astfel că s-au descris două tipuri de transportori activi ATP dependente pentru azoli:

  • - proteine CDR (Candida Drug Resistance), codificate de genele cdr, fac parte din superfamilia ABC: ATPBinding Cassette;
  • - proteine MDR (Multi Drug Resistance), codificate de genele mdr1, fac parte din clasa MF: Major Facilitators.

În unele tulpini izolate clinic s-a identificat supraexprimarea genelor MDR1 și CDR1 prin determinarea unei cantități crescute de ARNm pentru proteine din familiile CDR și MDR (CaMDR1, CDR1 și CDR2). S-a observat că supraexprimarea transportorilor codificați de genele mdr conferă rezistență doar la fluconazol, în timp ce supraexprimarea genelor cdr conferă rezistență încrucișată la toți azolii (Citak și colab., 2005). Anumite studii au arătat că un rol important în rezistența la fluconazol îl are proteina-transportor CaMDR1 din clasa MF, iar deleția genei codante a fost urmată de creșterea sensibilității față de fluconazol a tulpinilor aflate în studiu (Sanglard, 2002).

3.2. Modificări ale fazei lipidice și de asimetrie la nivelul membranei celulare

Atât fluiditatea și asimetria membranei, cât și transportul moleculelor prin membrane sunt influențate de in­teracțiunile dintre fosfolipide și steroli. Prin urmare, schimbările statusului lipidic al membranei și/sau ale asimetriei afectează permeabilitatea membranei față de azoli, determinând apariția rezistenței la acești compuși antifungici.

Tulpinile de C. albicans rezistente atât la azoli, cât și la amfotericină B prezintă un conținut mai ridicat de lipide decât tulpinile sensibile. Apariția unor alterări la nivelul enzimelor D 5 sterol desaturazei, D 22 desaturazei determină acumularea de 14-a-metil fecosterol și 14-a-metil-ergosta-8,24(28)-dien-3b,6a-diol, ducând la înlocuirea ergosterolului la nivelul membranei celulare fungice și implicit la modificarea permeabilității acesteia, determinând o rezistență sporită față de antifungice (Kelly, 1997; Ghannoum și colab., 1999).

Prin studierea anumitor tulpini de C. albicans, s-a observat că nivelurile crescute de rezistență sunt corelate cu acțiunea combinată a mai multor mecanisme mai sus menționate, rezistența dovedindu-se un proces multifactorial (Kohli și colab., 2002).

Fiecare dintre aceste mecanisme conferă rezistență încrucișată la diverșii agenți antifungici, însă există diferențe de sensibilitate de la o tulpină la alta, iar astfel au fost izolate tulpini rezistente la fluconazol, ketoconazol, itraconazol și voriconazol, sensibile la amfotericină B, precum și tulpini rezistente la ketoconazol și fluconazol, dar sensibile la itraconazol, voriconazol și amfotericină B. În general, s-a observat că rezistența la ketoconazol a tulpinilor fungice este asociată adeseori și cu rezistența la fluconazol și itraconazol (Muller și colab., 2000).

Rezistența la un anumit antifungic este determinată, pe lângă expunerea prelungită, și de dozajul utilizat (Calvet și colab., 1997).


 

Figura 6: Reprezentarea schematică a mecanismelor moleculare de rezistență la azoli (după White și colab., 1998)


 

2.2. Rezistența la poliene

Rezistența la această clasă de antifungice apare destul de rar, iar mecanismul prin care se dobândește nu este pe deplin elucidat. Se presupune că rezistența la amfotericină B s-ar datora unei selecții de clone rezistente într-o populație, ca urmare a unei mutații, observându-se diferențe fenotipice între tulpinile sensibile și cele rezistente la amfotericină.

O altă ipoteză, propusă de Hamilton-Miller (1973), este apariția fenomenului de rezistență la poliene ca urmare a modificărilor conținutului de steroli la nivelul membranei, ergosterolul fiind ținta amfotericinei B. Aceste modificări pot fi cantitative sau calitative, prin:

a) scăderea conținutului total de ergosterol al celulei, fără schimbări în compoziția sterolilor;

b) înlocuirea unora sau a tuturor sterolilor cu afinitate crescută pentru poliene cu alți steroli cu afinitate scăzută pentru acești compuși, de exemplu substituția ergosterolului, colesterolului sau stigmasterolului cu 3-hidroxi sau 3-oxo sterol;

c) reorientarea sau mascarea ergosterolului, astfel încât legarea amfotericinei B să devină dificilă.

Prin compararea rezistenței tulpinilor aflate în faza staționară și în faza de creștere exponențială, s-a observat faptul că rezistența este mai crescută în faza staționară decât în cea exponențială (Ghannoum și colab., 1999).

În 1999, Gupta și colab. au arătat că expunerea, în prealabil, a tulpinilor de C. albicans la concentrații subinhibitoare de fluconazol sau itraconazol determină intensificarea rezistenței față de amfotericină B, astfel că, după expunere, tulpinile de C. albicans sunt capabile să crească pe medii care conțin amfotericină B. După îndepărtarea azolilor, această rezistență se poate menține câteva zile, dar nu este permanentă. Acest antagonism in vitro între azoli și amfotericină B este important în terapia infecțiilor fungice, deoarece anumite combinații antifungice nu sunt benefice în tratamentul pacienților. Dacă un pacient nu răspunde tratamentului cu azoli, terapia imediată cu amfotericină B poate fi ineficientă temporar din cauza efectului protectiv al azolior. Prin urmare, rezistența la amfotericină B se datorează mai degrabă utilizării prelungite a azolilor decât terapiei în sine cu amfotericina B, probabil din cauza faptului că expunerea la azoli determină anumite modificări ale ergostreolului din peretele celular fungic.

2.3. Rezistența la antimetaboliți

Rezistența la această clasă de antifungice apare frecvent în cazul monoterapiei cu 5-flucitozină. Din tulpinile izolate de C. albicans, circa 10% prezintă rezistență primară (intrinsecă) la 5-flucitozină, alte 30% dezvoltă rezistență secundară. Rezistența la 5-flucitozină prezintă un caracter recesiv și poate să apară prin mutație sau prin recombinare în timpul meiozei. Rezistența primară se datorează unui defect la nivelul citozin-dezaminazei care determină transformarea 5-flucitozinei în 5-fluorouracil, iar rezistența secundară este cauzată de un defect al uracil fosforibozil transferazei care catalizează trecerea 5-fluorouracil în fluorodeoxiuridin monofosfat (FdUMP) (Ibrahim Al-Mohsen și colab., 1998). Cele două serotipuri de la C. albicans prezintă rezistență diferită la 5-flucitozină, serotipul A fiind mult mai sensibil la acest antifungic decât serotipul B (Odds și colab., 2003).

2.4. Rezistența la alilamine

Până în prezent nu s-au identificat cazuri de rezistență la alilamine pentru tulpini de C. albicans, dar utilizarea din ce în ce mai frecventă poate duce la apariția rezistenței, fiind deja raportate, încă din 1992, de către Vanden Bossche și colab., cazuri de tulpini de C. glabrata rezistente la azoli, care au exprimat rezistență încrucișată la terbinafină. 

 Conflict of interests: The authors declare no conflict of interests.

 În numărul viitor veți găsi continuarea articolului și bibliografia completă.

Bibliografie

  1. Abruzzo GK, Flattery AM, Gill CJ. Evaluation of the echinocandin antifungal MK-0991 (L-743,872): efficacies in mouse models of disseminated aspergillosis, candidiasis, and cryptococcosis. Antimicrob Agents Chemother. 1997;41:2333-8.
  2. Abruzzo GK, Gill CJ, Flattery AM. Efficacy of the echinocandin caspofungin against disseminated aspergillosis and candidiasis in cyclophosphamide-induced immuno-suppressed mice. Antimicrob Agents Chemother. 2000;43:2310-18.
  3. Alexander BD, Pfaller MA. , Contemporary Tools for the Diagnosis and Management of Invasive Mycoses, Laboratory Tools for Invasive Mycoses. Clin Infect Dis, 2006;43(Suppl 1):15-27.
  4. Arikan S, Lozano-Chiu M, Paetznick V. et al. Microdilution susceptibility testing of amphotericin B, itraconazole, and voriconazole against clinical isolates of Aspergillus and Fusarium species. J Clin Microbiol. 1999;37:3946-3951.
  5. Barwicz J, Dumont I, Ouellet C, Gruda I. Amphotericin B toxicity as related to the formation of oxidatively modified low-density lipoproteins. Biospectoscopy. 1998;4:135-44.
  6. Barwicz J. A kinetic study of the oxidation effects of amphotericin B on human low-density lipoproteins. FEBS Letters. 2000;465(1):83-86.
  7. Barwicz J, Beauregard M, Tancrède P. Circular Dichroism Study of Interactions of Fungizone or AmBisome Forms of Amphotericin B with Human Low Density Lipoproteins. Biopolymers, 2002;:67(1):49-55.
  8. Bodey GP.Azole antifungal agents. Clin Infect Dis 1992;14(1):S161-S169.
  9. Calvet HM, Yeaman MR, Filler SG. Reversible fluconazole resistance in Candida albicans: a potential in vitro model. Antimicrob Agents Chemother. 1997;41 (3):535-539.
  10. Citak S, Ozcelik B, Cesur S, Abbasoglu U. In vitro susceptibility of Candida species isolated from Blood culture to some antifungal agents. Jpn J Infect Dis. 2005;58:44-46.
  11. Clancy CJ, Nguyen MH, In vitro efficacy and fungicidal activity of voriconazole against Aspergillus and Fusarium species. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 1998;17:573-575.
  12. Coman I, Constantin M, Rogut O, Gogu M. Etiologia și terapia infecțiilor fungice, ed. Performantica, 2012, Iași.
  13. Copaciu E, Ursache E, Lache M, Sugestii pentru abordarea infecțiilor fungice la bolnavul critic. Actualități în anestezie, terapie intensivă și medicina de urgență, 2006;187-211.
  14. Cornely OA, Maertens J, Winston DJ. Posaconazole vs. fluconazole or itraconazole prophylaxis in patients with neutropenia. N Engl J Med;356:348-59. 
  15. Denning DW,. Echinocandins and pneumocandins – a new antifungal class with a novel mode of action. J Antimicrob Chemother. 1997;40:611-614.
  16. Denning DW, Venkateswarlu K, Oakley KL, et al. Itraconazole resistance in Aspergillus fumigatus. Antimicrob Agents Chemother. 1997;41:1364-1368.
  17. Espinel-Ingroff A, Comparison of in vitro activities of the new triazole SCH56592 and the echinocandins MK-0991 (L-743,872) and LY303366 against opportunistic filamentous and dimorphic fungi and yeasts. J Clin Microbiol. 1998;36:2950-2956.
  18. Franzot SP, Casadevall A. Pneumoncandin L-743,872 enhances the activities of amphotericin B and fluconazole against Cryptococcus neoformans in vitro. Antimicrob Agents Chemother. 1997;41:331-336.
  19. Geber A, Hitchcock CA, Swartz JE, et al. Deletion of the Candida glabrata ERG3 and ERG11 genes: effect on cell viability, cell growth, sterol composition, and antifungal susceptibility. Antimicrob Agents Chemother. 1995;39:2708-2717.

Articole din ediţiile anterioare

PREZENTĂRI DE CAZ | Ediţia 2 / 2016

Candida glabrata, rezistență la fluconazol, infecții fungice

Roxana Micuţ, Dominique Sanglard

Un pacient diagnosticat cu diabet zaharat de tip 1, în urma căruia a dezvoltat insuficiență renală cronică, suferă o intervenție chirurgicală pentr...

16 aprilie 2016

Candida albicans și alte specii implicate în vaginite într-un spital din România: implicaţii pentru practica clinică

Sergiu Fendrihan

În practica curentă, infecțiile cu levuri din genul Candida sunt frecvente la femei, sarcina fiind un posibil factor de risc, deși nu este menționa...

15 ianuarie 2016