氨基糖苷类抗生素的耳毒性

【常用药物】

氨基糖苷类抗生素是一类有氨基糖与氨基环醇以苷键相结合的碱性抗生素。包括天然和部分合成产品两大类：天然氨基糖苷类抗生素分别来自链霉菌的链霉素、双氢链霉素、卡那霉素、妥布霉素、大观霉素、新霉素、巴龙霉素、春雷霉素等和来自小单胞菌的庆大霉素、西索米星、小诺米星、阿司米星等。部分合成的氨基糖苷类抗生素包括阿米卡星、爱大霉素和奈替米星等。由于它们的化学结构和抗菌作用基本相似，它们的分子中含有氨基糖分子与非糖部分的苷元结合而形成苷，故称氨基糖苷类抗生素。

氨基糖苷类抗生素由于具有很强的杀菌功能与β－内酰胺类抗生素有良好的协同作用，因而目前在临床抗感染治疗中仍不失为经常选用的广谱抗生素之一，其中一些主要品种被世界卫生组织收载为基本药物。但是，氨基糖苷类抗生素以其高效、廉价在临床占有重要地位，但其严重的不良反应（如不可逆的耳毒性、肾毒性）在一定程度上限制了其临床应用。

【中毒机制】

氨基糖苷类抗生素主要引起肾脏和前庭耳蜗系统的毒性，肾毒性和耳毒性之间没有明显的关系。耳蜗毒性主要导致高频听力损失，随后引起螺旋器外毛细胞不可逆的破坏，以耳蜗的基底圈病变为主，严重的可以波及耳蜗第2和3圈。氨基糖苷类抗生素在内耳淋巴液内比在血清内清除所需要的时间要长得多，氨基糖苷类抗生素在血清中的半衰期4～5h，但在内耳中心的半衰期可超过30d，这可能是内耳容易中毒的药代动力学原因。因此，氨基糖苷类抗生素毒性影响在内耳潜在的存在，这种潜在的存在就是在应用氨基糖苷类抗生素药物停止以后，仍然继续导致听力进行性损失。对耳蜗和前庭的毒性作用可持续长达6个月之久。因此，临床上应该长期观察患者的听力和前庭功能状态。

氨基糖苷类抗生素的毒性机制认为，是细胞内线粒体蛋白质合成和氧自由基的形成障碍所致。氨基糖苷类抗生素的听力损失的细胞基础是耳蜗毛细胞破坏，尤其是外毛细胞，最易于受损。氨基糖苷类抗生素可以通过激活一氧化氮合酶（nitric oxide　synthetase，NOS），由此增加一氧化氮（nitric oxide，NO）的浓度，使内耳产生自由基。氧自由基与一氧化氮结合产生破坏性过氧亚硝酸盐自由基，直接导致细胞死亡。凋亡是细胞死亡的主要机制，主要受线粒体内在的层叠调制作用的调节。氨基糖苷类抗生素与过渡金属元素铁和铜的相互作用，这些金属促进自由基的形成。最后这种层叠调制作用导致耳蜗毛细胞的永久性损伤和永久性听力的丧失。

关于氨基糖苷类抗生素的耳毒性作用机制的解释，主要理论可分为两个方面。一方面是以Jocken Schacht等为代表的有关这类药物对耳蜗毛细胞的生物化学和生理功能的干扰的理论，其代表理论是“多步骤假说”。第1步：带正电荷的氨基糖苷类抗生素被吸引到毛细胞表面带负电荷的多糖包被上，然后与Ca2＋竞争性地结合到静纤毛上，导致对换能通道的功能可逆性的干扰。这些药物也可以和PIP2结合导致生物膜的损伤。第2步：氨基糖苷类抗生素依赖一种耗能过程被转运到细胞内（可能是通过基底部），造成对毛细胞的生化功能的干扰。第3步是这些药物被转运到细胞内的靶细胞器，如线粒体、溶酶体、内质网、膜系统和基质。第4步是这些药物与靶细胞器或生物膜的相互作用，导致生化和生理功能的改变。另有研究表明，氨基糖苷类抗生素可以模拟聚胺作用于N－甲基－D－天冬氨酸（NMDA）受体，引起兴奋性毒性和细胞死亡。过度的NMDA受体的激活还可以产生大量的氧自由基（如NO）并且集聚在前庭毛细胞内。Song等的试验还观察到在细胞内庆大霉素会与金属离子形成离子－庆大霉素的复合物，随之产生氧自由基。其他参与氨基糖苷类抗生素耳毒性过程的物质包括肌球蛋白VIIA，alpha－9烟碱型受体，生长因子（如TGF－α），缝隙连接和溶酶体破坏；而细胞对氨基糖苷类抗生素的摄取和处理过程导致细胞膜通透性增加（特别是对Ca2＋的通透性增加），这也许是引起细胞死亡的一个主要原因。另一方面是以Guan MX和Fischel－Ghodsian等为代表的氨基糖苷类抗生素对毛细胞线粒体A1555G突变作用的理论。携带A1555G突变的人对氨基糖苷类抗生素特别敏感，即使小剂量的使用也可能导致耳聋。分子生物学的研究显示这种药物可以通过与线粒体12SrRNA起作用而抑制氧化磷酸化过程中的呼吸链蛋白质的合成，因此而引起耳毒性。线粒体的核糖体比细胞质内的核糖体与细菌的核糖体更相似。而从进化的角度来看，人类mtDNA的12SrRNA的1　555位核苷酸相当于大肠杆菌的16SrRNA的第1　491位核苷酸。突变的A1555G在1　494位与C形成了一个新的碱基对，使得12SrRNA的二级结构与大肠杆菌的16SrRNA的二级结构更为相似，为氨基糖苷类抗生素形成了一个新的结合位点，造成12SrRNA与AmAn结合部位的空间增大，更有利于两者结合而干扰了线粒体蛋白质和ATP合成，从而促进了对这种药物的敏感性。研究表明，A1555G突变携带者的淋巴细胞系在有巴龙霉素存在时，其倍增时间显著地延长，而其蛋白质的合成能力较正常对照组显著地降低。说明氨基糖苷类抗生素可以抑制线粒体蛋白质的合成，进一步引起呼吸链的缺陷和氧化磷酸化效率降低，ATP产生不足。线粒体通过氧化磷酸化过程产生的ATP是细胞必不可少的能量来源，这个过程也是产生氧自由基的过程，长期的氧自由基暴露会导致对线粒体以及蛋白质、脂质和核酸的损伤。同时，线粒体还是启动细胞凋亡的一个主要开关。当线粒体DNA存在A1555G突变时，在氨基糖苷类抗生素存在的条件下，线粒体的能量产生不足，会导致氧自由基的产生增加，转运通道开放，线粒体膜的通透性也增加；ATP合成减少导致Na＋、K＋、Ca2＋离子泵失能，细胞内外离子浓度失衡，启动细胞凋亡过程，由此导致耳蜗和前庭的细胞损伤或死亡，功能障碍，听力损失。

氨基糖苷类抗生素的毒性是多因素的，其病理机制需要进一步深入研究和探讨。一些研究和观察发现铁离子螯合剂和抗氧化物对听力损伤可能有一定的预防作用，也有学者正在探讨基因治疗的可能性，但是，到目前为止对氨基糖苷类抗生素引起的听力损失除了佩戴助听器和电子耳蜗以外，尚没有有效的治疗措施，因此，预防是极为重要的。

【主要损害】

耳毒性包括前庭功能障碍和耳蜗神经损伤。前庭功能障碍表现为头昏、视力减退、眼球震颤、眩晕、恶心呕吐和共济失调，以眩晕为主要症状。耳蜗听神经损伤表现为耳鸣、听力减退和永久性聋。所有氨基苷类抗生素均有耳毒性，但不同氨基糖苷类引起的耳毒性不同，耳蜗毒性的发生率依次为卡那霉素（1．6%）、阿米卡星（1．5%）、西索米星（1．4%）、庆大霉素（0．5%）、妥布霉素（0．4%）。前庭毒性的发生率依次为卡那霉素（4．7%）、链霉素（3．6%）、西索米星（2．9%）、妥布霉素（0．4%）。妥布霉素引起的前庭和耳蜗毒性反应的机会均等，而奈替米星对前庭和耳蜗的损伤最低。耳毒性是不可逆的，并能影响子宫内的胎儿，特别是与呋塞米、依他尼酸、布美他尼或顺铂等其他耳毒性药物同时服用时患者的风险更大。氨基糖苷类抗生素造成的耳毒性的原因没有完全明了。但已经发现线粒体12SrRNA　1555G发生突变的家系对氨基糖苷类药物非常敏感，极易导致耳聋。也可能因内耳的动脉到达耳蜗和前庭器官之前，经过扭转和螺旋状行走并形成像肾小球一样的血管球，内耳动脉的这种形态学特点在消除动脉搏动而产生的杂音和维持血流稳定方面具有重要作用。但是，也使进入内耳的耳毒性药物增加了滞留的时间，从而增加了其毒性的作用时间，使内耳淋巴液中药物浓度增高，引起细胞膜酶功能障碍，损害了内耳螺旋器内、外毛细胞能量的产生和利用，造成毛细胞损伤。

张贤芬等通过实验观察认为，卡那霉素和呋塞米主要导致耳蜗基底圈毛细胞损伤的原因可能有以下几个方面：①耳蜗下部血管多，血流缓慢，药物在局部的浓度高；②耳蜗底圈在注射卡那霉素后，药物的进入、排出较顶圈和中圈多，当卡那霉素经由螺旋韧带的排泄发生障碍时，药物排泄需要的时间明显延长；③耳蜗基底膜氧耗量大，SDH活性高，代谢旺盛容易受损，而基底圈抗氧化酶的分布较顶圈少，容易造成氧自由基损伤；④耳蜗毛细胞的神经末梢有大小之分，耳蜗下部各圈毛细胞的神经末梢多为大型，耳蜗顶圈多为小型，大型的神经末梢富于线粒体，代谢旺盛，氧耗大，易被损害。

【听力改变】

根据耳毒性的程度不同，听力改变也不同，多数中毒患者纯音测听最先出现高频听力下降，超高频10kHz和16kHz听力异常不仅出现早而且明显，这对于监测和早期发现耳毒性的损害有重要意义。早期轻度耳蜗中毒只影响外毛细胞，可以观察到耳声发射方面的改变，耳声发射反映外毛细胞的功能，而氨基糖苷类抗生素首先和主要损害的是耳蜗外毛细胞，所以这是一个能早期发现氨基糖苷类抗生素耳毒性反应的监测手段。毒性影响到内、外毛细胞时，蜗内电位、微音器电位、总和电位、蜗神经动作电位等耳蜗微音器电位也会产生相应的变化。更加严重的毒性影响如果有听神经的损伤，听性脑干电反应阈值也会出现改变，反应阈值升高、ABR波Ⅰ潜伏期延长或波形消失。听力的改变多在用药1～2周后出现，渐进性加重，听力变化多为双侧高频下降型，重振现象多为阳性。因此，临床上在用药早期及时定期检测听力变化，及时停药或采取治疗措施也是防治氨基糖苷类抗生素耳毒性引起耳聋的重要方面。

【病理改变】

氨基糖苷类抗生素的耳毒性靶细胞主要是耳蜗和前庭毛细胞，引起不可逆的听力丧失和前庭功能障碍。研究表明，氨基糖苷类抗生素的耳毒性引起耳蜗和前庭的病理学改变在人和动物是相似的：在耳蜗氨基糖苷类抗生素主要损伤外毛细胞，从耳蜗底圈开始，进行性向顶圈发展，可进一步累及内毛细胞、支持细胞、耳蜗血管纹甚至螺旋神经节细胞。

氨基糖苷类抗生素双氢链霉素、卡那霉素和庆大霉素等均可造成螺旋器损伤，引起严重的听力损失。李兴启等报道了螺旋器的形态学变化主要表现为感觉毛细胞的融合、消失，毛细胞的变性、局限性和广泛性缺失，柱细胞结构破坏，病变缺损的毛细胞由支持细胞代替。感觉细胞静纤毛的变化主要分布在耳蜗的底圈，病变严重时向耳蜗钩端和第2圈扩散（图20－1）。外毛细胞比内毛细胞更容易损伤，毛细胞皮板下溶酶体增加，胞核消失，细胞呈均质化。感觉细胞纤毛的病变不像声损伤出现得快和早，呈慢性进行性改变。我国自己研制的新药爱大霉素（8907）没有观察到对耳蜗有毒性影响。

【临床表现】

临床上用药早期出现耳蜗损伤的症状为耳鸣，听力损失可能不被患者所认识，首先是以4kHz高频听力损失为主，随着病变的加重，可以影响低频语言的感受，如果没有发现耳中毒继续用药的话，可以造成中毒耳聋。如果在用药造成损伤的早期及时停药，可以预防听力损失的近一步加重，听阈也可以部分恢复，但是，通常耳毒性引起的听力损失都是永久性。

前庭系统的中毒症状主要是平衡失调、视觉障碍。平衡失调在暗环境中较明显，表现为立足不稳，旋转性眩晕并不常见。视觉症状只有头部运动时才出现。头部快速运动时可以出现短暂的视物模糊，引起驾车时困难，行走时辨不清人的面孔。临床检查可以发现眼球震颤，为前庭系统中毒的早期症状。

【预防和治疗】

氨基糖苷类抗生素耳毒性的预防包括在用药前、用药期间和用药后认真监测血清的药物浓度，肾功能及听力的情况。急性患者在治疗之前测量听功能有一定困难，但是不管什么情况应尽量考虑监测用药的不良反应，对于疑有对氨基糖苷类抗生素耳毒性高危的患者应该换用较为安全的药物。临床上应该意识到在使用氨基糖苷类抗生素以后很长时间药物可能仍然存留在耳蜗内，指导患者在使用氨基糖苷类抗生素后6个月期间应该避免噪声刺激，药物在耳蜗内的存留易于造成耳蜗的损伤。

图20－1　氨基糖苷类抗生素致耳蜗形态改变

A．连续肌内注射阿米卡星3周后，豚鼠第1排外毛细胞纤毛广泛缺失（Lo）；B．连续肌内注射庆大霉素28d后，第3排外毛细胞广泛散在缺失（Lo）；C．连续肌内注射庆大霉素28d后，豚鼠三排外毛细胞广泛缺失（Lo），可见静纤毛融合呈团状改变（↓），内毛细胞静纤毛局限性缺失（Lo）；D．连续肌内注射庆大霉素28d后，豚鼠内、外毛细胞广泛缺失，柱细胞头板结构破坏（De）

1．改进剂型　改进氨基糖苷类抗生素的结构以期降低其不良反应是制药业的任务，研制低毒的氨基糖苷类抗生素也是防治耳毒的一项重要措施。以庆大霉素C1a为母核，采用保护合成法，将其二脱氧链霉素胺（2－deaxystreptamine，2－DOS）1－N上的一个氢原子用一个乙基取代，得到半合成的新抗生素爱大霉素，爱大霉素稳定性高，毒性低，临床抗菌效果也更为理想。

2．合理用药　王明仲等分析了1994—2004年国内应用庆大霉素、阿米卡星、小诺米星致聋25例原因：庆大霉素、阿米卡星、小诺米星致聋病例中76%为不合理用药所致。若不计3例不明确病例，则不合理用药比例为82．6%，说明如何合理使用氨基糖苷类抗生素是避免氨基糖苷类抗生素严重毒性反应的关键。

3．基因检测　近年来，一些学者研究和观察了线粒体DNA A1555G点突变在氨基糖苷类抗生素致聋家系及散发病例中发生率的关系，结合mtDNA其他相关突变位点的检测，为建立相应的基因诊断方法提供了依据。

在家族性的药物损伤性耳聋中，氨基糖苷类抗生素耳毒性的高度敏感通常为母系遗传，提示线粒体DNA上的突变可能是导致此类症状的分子生物学基础。突变分析发现在线粒体12SrRNA上发现了多个和严重的药物性耳聋相关的基因突变，其中尤以A1555G和C1494T突变在氨基糖苷类抗生素引发的耳聋病例中占有显著的比重。A1555G或C1494T突变在12SrRNA的A区形成一个新的结合碱基对，使12SrRNA的二级结构与细菌的16SrRNA更为相似，促进了氨基糖苷类抗生素与之结合，使得带该类突变的个体在使用氨基糖苷类抗生素后会发生或者加重听力缺失。其发生机制通常认为是在于毛细胞摄取和处理此类耳毒性药物的过程中会引起细胞膜对Ca2＋通透性的增加，导致毛细胞凋亡或死亡，而发生过程是氨基糖苷类抗生素可抑制线粒体蛋白质的合成，引起呼吸链的缺氧和氧化磷酸化效率降低，ATP产生不足，酶Ca2＋－ATP和Na＋－K＋－ATP酶作用降低，这些离子泵失能，使细胞内外Ca2＋失去平衡，Ca2＋在细胞内堆积而超载。一系列的研究数据提供了有价值的信息和技术，使得预测哪些人具有氨基糖苷类抗生素耳毒性的高风险成为可能，同时提高了氨基糖苷类抗生素治疗的安全性，对于降低耳聋的发病率具有重大的意义。

就我国而言，目前6岁以下儿童耳聋人数约有80多万，且每年仍以2万～4万的速度递增。发生这样的不幸主要原因是包括链霉素、卡那霉素、庆大霉素、小诺米星、淋泌治等几十种氨基糖苷类抗生素的不恰当使用导致的药物性耳聋。1993年研究结果也证实对氨基糖苷类抗生素敏感的聋哑患者存在线粒体DNA（mtDNA）突变，并发现在12S rRNA基因区内第1　555位核苷酸出现A→G置换。以后又陆续报道了多个基因突变位点与易感性有关。为此，2004年卫生部颁发了《抗生素类药物临床应用指导原则》，严格规定6岁以下儿童、妊娠妇女等禁用此类抗生素。为促进产前易感基因的筛查以利对药物性聋哑儿实施早期干预和预防，在高危人群和特定人群中进行线粒体DNA A1555G突变基因筛查，发现氨基糖苷类抗生素致聋敏感个体，进而对其未发病母系家庭成员进行防聋宣教及产前基因检测是预防和减少药物性耳聋发生率的有效措施。

动物实验报道还可以使用自由基清除剂、铁离子螯合剂和细胞通路抑制剂预防耳毒性的发生。一些有希望的制剂维生素E，α－硫辛酸（alpha lipoic　acid）和银杏酚（ginkgo biloba），动物实验发现有一定的预防作用。但是，还需要进一步的临床实验证实。