Science转化医学:抗生素有损线粒体功能

时间:2013年7月8日
来源:生物通

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科学家们近日发现,抗生素会使哺乳动物的线粒体发生功能障碍,从而引起组织损伤,文章发表在七月三日的Science Translational Medicine杂志上。这项研究再次为医生们敲响警钟,抗生素有风险,使用需谨慎。

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生物通报道:科学家们近日发现,抗生素会使哺乳动物的线粒体发生功能障碍,从而引起组织损伤,文章发表在七月三日的Science Translational Medicine杂志上。这项研究再次为医生们敲响警钟,抗生素有风险,使用需谨慎。

线粒体是细胞中负责生产能量的细胞器,具有类似细菌的DNA和其他分子。人们一直将线粒体看作是古代内共生事件的产物,是被细胞吞噬的古代细菌。而这项新研究显示,以细菌为目标的抗生素,也会影响到线粒体。

波士顿大学的Jim Collins教授领导研究人员,分析了抗生素对线粒体的影响。此前他的团队发现,抗生素会刺激细菌中活性氧ROS的生产,这也是药物杀菌的机制之一。现在,研究人员希望了解,抗生素是否也会增加线粒体中的ROS生产。

研究团队用三种不同类型的抗生素(环丙沙星、氨苄青霉素、卡那霉素),处理来自多个组织的人类细胞系。“我们发现,这些抗生素都会促进ROS的产生,”Collins说,“这是通过扰乱线粒体功能实现的。”不过,四环素不会导致ROS水平升高,四环素并不杀死细菌,只是抑制细菌的生长。

研究显示,抗生素使细胞多个成分受到了ROS的破坏,包括DNA、蛋白和脂质。研究人员用上述三种抗生素处理小鼠,发现小鼠的ROS水平升高,组织出现了氧化性损伤。

研究人员指出,短期接受抗生素治疗的普通人并不需要过分担心,因为人体具有很强的DNA修复机制,不过长期使用抗生素可能会有较大的副作用。

为了防止这类损伤,研究人员在用抗生素处理细胞和小鼠的同时,还使用了抗氧化剂NAC。研究显示,NAC能够缓解抗生素诱发的ROS增加,而且重要的是,NAC不影响抗生素的杀菌活性。

研究人员指出,并不是所有的抗氧化剂都不影响抗生素杀菌活性,因为他们测试的另一种抗氧化剂减弱了抗生素的效力。Collins推测,NAC可能不能进入细菌,因此只对线粒体产生影响。不过他也强调,NAC是否可以应用于临床,还有待进一步的深入研究。

 

(生物通编辑:叶予)

生物通推荐原文摘要:

Bactericidal Antibiotics Induce Mitochondrial Dysfunction and Oxidative Damage in Mammalian Cells

Prolonged antibiotic treatment can lead to detrimental side effects in patients, including ototoxicity, nephrotoxicity, and tendinopathy, yet the mechanisms underlying the effects of antibiotics in mammalian systems remain unclear. It has been suggested that bactericidal antibiotics induce the formation of toxic reactive oxygen species (ROS) in bacteria. We show that clinically relevant doses of bactericidal antibiotics—quinolones, aminoglycosides, and β-lactams—cause mitochondrial dysfunction and ROS overproduction in mammalian cells. We demonstrate that these bactericidal antibiotic–induced effects lead to oxidative damage to DNA, proteins, and membrane lipids. Mice treated with bactericidal antibiotics exhibited elevated oxidative stress markers in the blood, oxidative tissue damage, and up-regulated expression of key genes involved in antioxidant defense mechanisms, which points to the potential physiological relevance of these antibiotic effects. The deleterious effects of bactericidal antibiotics were alleviated in cell culture and in mice by the administration of the antioxidant N-acetyl-l-cysteine or prevented by preferential use of bacteriostatic antibiotics. This work highlights the role of antibiotics in the production of oxidative tissue damage in mammalian cells and presents strategies to mitigate or prevent the resulting damage, with the goal of improving the safety of antibiotic treatment in people.

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