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아미노글리코사이드

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1. 개요

아미노글리코사이드는 세균에서 유래한 항생제 계열로, '-마이신' 또는 '-미신'으로 끝나는 이름을 가진다. 이들은 주로 호기성 그람 음성 세균에 대해 농도 의존적인 살균 활성을 나타내며, 세균의 리보솜에 결합하여 단백질 합성을 억제하는 기전을 가진다. 아미노글리코사이드는 정맥 또는 근육 주사로 투여되며, 녹농균, 결핵균 등 특정 세균 감염 치료에 사용된다. 그러나 이독성, 신독성 등의 부작용이 있으며, 중증근무력증 환자나 미토콘드리아 질환 환자에게는 사용이 금지된다. 투여 용량과 혈중 농도 간 변동성이 커서 치료적 약물 모니터링이 필요하며, 다른 항생제와의 병용을 통해 상승 효과를 얻을 수 있다.

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아미노글리코사이드
일반 정보
아미노글리코사이드 일반 구조
아미노글리코사이드 일반 구조
ATC 코드A07AA (국소용 항감염제)
J01G (전신용 항균제)
약리학 정보
생체 이용률낮음 (경구 투여 시)
단백질 결합< 10% (농도 의존적)
대사거의 없음
배설 경로신장
생체 반감기2~3시간 (신장 기능 정상인 경우)
식별 정보
CAS 번호1405-10-3
PubChem CID36688
DrugBankDB00975
기타 정보
작용 메커니즘세균 리보솜 30S 소단위체에 결합하여 단백질 합성을 억제
투여 방법정맥 주사
근육 주사
국소 도포
금기 사항임신
신장 질환
난청
부작용신장 독성
이독성
신경근 차단

2. 명명법

스트렙토미세스속 세균에서 유래한 아미노글리코사이드는 '-마이신(-mycin)'이라는 접미사가 붙는다.[32] 반면 미크로모노스포라(''Micromonospora'') 속 세균에서 추출된 아미노글리코사이드는 이름 끝에 '-미신(-micin)'이 붙는다.[33]

그러나 이러한 명명 규칙이 아미노글리코사이드에만 적용되는 것은 아니므로, 항생제 이름에 '-마이신'이 붙었다고 해서 반드시 아미노글리코사이드인 것은 아니다. 베타-락탐 계열 항생제반코마이신,[34] 마크롤라이드계 항생제인 에리스로마이신,[35] 그리고 에리스로마이신의 합성 유도체인 클래리스로마이신이나 아지트로마이신이 그 예시이다. 이들은 이름에 '-마이신'이 들어가지만 아미노글리코사이드와는 전혀 다른 작용 기전을 가진다.

토브라마이신


디베카신


시소마이신


네오마이신 B, C


네오마이신 E (파로모마이신)


스트렙토마이신


플라조마이신

3. 작용 기전

아미노글리코사이드는 세균의 리보솜에 결합하여 단백질 합성을 억제한다.[30][31][36] 대부분의 호기성, 통성 혐기성 그람 음성 간균에 대해서는 농도 의존적인 살균 활성을 보이지만, 혐기성 그람 음성균이나 대다수 그람 양성균에는 효과가 없다.[31] 아미노글리코사이드는 짧은 접촉 시간으로도 효과를 발휘하며, 빠르게 증식하는 세균에 가장 효과적이다.[36]

세균 리보솜과 복합체를 이룬 스트렙토마이신. 리보솜의 30S 소단위체가 약물과 결합한 것이 보라색으로 중간에 그려져 있다. (공간채움 모형) 알파 나선 같은 단백질 이차 구조는 밝은 초록색으로, RNA의 인산다이에스터 골격은 주황색으로, 염기쌍들은 진한 초록색과 파란색으로 표시되어 있다.


아미노글리코사이드는 먼저 세균 세포벽(그람 음성 세균의 경우 지질다당류)과 세포막을 통과하여 능동 수송을 통해 세포질 내의 리보솜에 결합한다.[8] 이 결합은 비가역적일 수 있으며, 아미노글리코사이드의 종류에 따라 결합력과 결합 정도가 다를 수 있다.[8]

아미노글리코사이드가 30S 리보솜 소단위에 결합하면 mRNA 번역을 방해하여 비정상적인 단백질 생성을 유도한다.[2] 구체적으로, 번역 교정을 손상시켜 RNA 메시지를 오독하거나 조기 종결을 유발하여, 번역된 단백질의 부정확성을 초래한다.[2] 비정상 단백질의 일부는 세균 세포막에 통합되어 막의 투과성을 변화시키고, 이는 다시 아미노글리코사이드 유입을 촉진시킨다.[2]

아미노당 부분(예: 카나마이신, 겐타마이신, 토브라마이신의 2-데옥시스트렙타민)은 번역 오류를 유발하는 리보솜 구조와의 연관성에 관여한다. 리보솜 전위 억제, 즉, A-사이트에서 P-사이트로 펩티딜-tRNA의 이동도 억제된다는 주장도 있다. 최근 연구에 따르면, 살아있는 ''대장균''에서 다양한 아미노글리코사이드 약물로 처리했을 때 지속적이지만 느린 단백질 합성이 나타났다.[9]

스펙티노마이신은 관련은 있지만 화학 구조가 다른 종류로, 아미노글리코사이드와 함께 논의되는 경우가 많지만, mRNA 오독을 유도하지 않으며 일반적으로 살균력이 없다.[8]

아미노글리코사이드 항생제가 세균 뉴클레오타이드 풀에서 구아닌 뉴클레오티드의 산화를 유발하여 세포 독성에 기여한다는 주장도 있다.[10] 산화된 구아닌 뉴클레오티드가 DNA에 통합되면 치명적인 이중 가닥 절단을 초래하여 세균을 죽일 수 있다.[1]

시간이 경과함에 따라, 아미노글리코사이드는 "세포막 효과"를 통해 세균 세포막의 기능적 완전성을 손상시킬 수 있다.[11]

; 항생제 후 효과(PAE)

: 혈중 농도가 떨어진 후에도 일정 기간 효과가 지속되는 효과이다. 충분량을 투여하면 하루 1회 투여로도 충분한 항균력을 얻을 수 있다.

; 농도 의존성

: 농도를 높일수록 효과가 증가한다. 단, 중독 위험도 커지므로 혈중 농도 모니터링이 필요하다. 하루 1회 투여 시, 다음 날 투여 전 혈중 농도가 1μg/ml 이하이면 중독 영역에 도달하지 않았다고 판단할 수 있다.

; 시너지 효과

: 다른 항생제와 함께 사용하면 상승 효과를 얻을 수 있다. 특히 베타-락탐계 항생제와의 병용이 많다. 황색포도상구균에 의한 감염성 심내막염의 경우, 시너지 효과를 위해 5일 정도 투여하는 경우가 많다. 아미노글리코사이드 자체는 황색포도상구균에 거의 효과가 없으므로, 이는 시너지 효과를 위한 처방이다.

; 임상 효과

: 약물동태학적 문제로 폐로의 이행성이 매우 낮아 폐렴에 단독으로 사용하면 효과가 없다. 알칼리성 환경에서 항균력이 발휘되므로 농양 등 산성 조건에서는 효과가 떨어진다. 혐기 환경 및 혐기성 세균에 대한 효과도 약하다.

; 부작용

: 청력, 평형 감각 장애가 비가역적으로 나타나 난청이나 평형 기능 장애가 발생할 위험이 있으므로 주의해야 한다. 신독성은 비핍뇨성 신장애가 나타나는 것이 특징이며 가역적 장애라고 하지만, 심해지면 비가역적이 될 수 있다.

4. 투여 경로

아미노글리코사이드는 장에서 흡수되지 않으므로 정맥이나 근육 주사로 투여하고, 일부 아미노글리코사이드는 환부에 국소 제제로 투여한다. 간성 뇌증 환자의 경우 장의 오염 제거를 위해 경구 투여를 시도해볼 수 있다. 토브라마이신은 분무제 형태도 존재한다.[37]

5. 임상 응용

아미노글리코사이드는 주로 녹농균, 대장균, 폐렴간균과 같은 그람 음성 호기성 세균 감염 치료에 효과적이다.[3] 결핵 치료에도 사용되지만, 다제내성 균주를 제외하고는 독성 문제로 인해 사용이 제한적이다.

아미노글리코사이드는 패혈증, 복잡성 복강 내 감염, 복잡성 요로 감염, 병원 감염 호흡기 감염 등에 경험적 치료로 사용된다. 일반적으로 원인균 배양 및 감수성 검사가 완료되면 독성이 덜한 항생제로 교체한다.

그람 양성 세균 감염에도 사용할 수 있지만, 다른 항생제가 더 효과적이고 안전하다. 과거에는 심내막염과 같은 연쇄상구균 감염에서 베타-락탐 항생제와 함께 시너지 효과를 위해 사용되기도 했다. 예를 들어 암피실린과 젠타마이신을 함께 사용하기도 했다.

아미노글리코사이드는 난센스 돌연변이를 억제하여 유전 질환 치료에도 활용될 수 있다. 예를 들어 젠타마이신은 낭포성 섬유증 치료에 사용되는데, 이는 낭포성 섬유증 막 통과 전도 조절기(CFTR) 단백질 유전자의 돌연변이로 인해 단백질 합성이 조기에 종료되는 것을 막아 전체 길이의 단백질이 생성되도록 돕는다.[13][14]

최근 항생제 내성 문제가 심각해지면서 아미노글리코사이드의 중요성이 다시 부각되고 있다.[16] 그러나 신독성 및 이독성과 같은 부작용 때문에 사용에 주의가 필요하다.[17]

아미노글리코사이드는 임신 카테고리 D[18]에 속하는 약물로, 임산부에게 사용 시 태아에게 위험을 초래할 수 있지만, 치료의 이점이 위험보다 크다고 판단될 경우 사용할 수 있다.

아미노글리코사이드는 기인균에 따라 구분하여 사용하는 경우가 많다.


  • 항산균: 스트렙토마이신이나 아미카신을 사용한다.
  • 장구균: 세팔로스포린이 전혀 듣지 않는 장구균에 대해서는 겐타마이신을 자주 사용한다.
  • 녹농균: 토브라마이신을 자주 사용한다.
  • 세라티아: 겐타마이신이나 스트렙토마이신을 자주 사용한다.
  • 페스트, 야토병: 겐타마이신을 자주 사용한다.
  • 아메바 시스트: 파로모마이신을 사용한다.

5. 1. 대표적인 아미노글리코사이드

대표적인 아미노글리코사이드는 다음과 같다.

작용기전종류
항결핵균스트렙토마이신, 카나마이신
항녹농균젠타마이신, 토브라마이신, 아미카신, 디베카신
항메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA)알베카신


5. 1. 1. 항결핵균 작용

5. 1. 2. 항녹농균 작용


  • 젠타마이신 (GM, 상품명: 겐타신)
  • 토브라마이신 (TOB, 상품명: 토브라신)
  • 아미카신 (AMK, 상품명: 주사용 황산 아미카신 "만유" 100mg)
  • 디베카신 (DKB)

5. 1. 3. 항메티실린 내성 황색포도상구균(MRSA) 작용

알베카신(상품명 하베카신)

6. 부작용

아미노글리코사이드는 이독성이 있어 속귀(내이)에 손상을 입혀 감각신경성 난청을 유발할 수 있다.[38] 이독성 발생률은 사용하는 항생제 종류, 환자의 감수성, 투여 기간에 따라 7~90%까지 다르게 나타난다.[39]

전정기관 이독성은 아미노글리코사이드의 또 다른 심각한 부작용이다.[38] 이는 시야 속 물체가 떨리는 것처럼 보이는 진동시와 균형 감각 이상을 일으킨다. 이러한 기능 이상은 영구적이며 투여 용량에 관계없이 발생할 수 있다.[40][41][42][43]

아미노글리코사이드를 자주 사용하면 급성 콩팥 손상을 일으켜 만성 신부전으로 이어질 수 있다.[44] 신독성은 비핍뇨성 신장애가 나타나는 것이 특징이며, 가역적인 장애이지만 심할 경우 비가역적이 될 수 있다. 청력, 평형 감각 장애는 비가역적이므로 난청이나 평형 기능 장애가 발생할 위험이 있어 주의해야 한다.

6. 1. 금기증

중증근무력증 환자는 아미노글리코사이드 사용으로 인해 쇠약이 악화될 수 있으므로 사용을 피해야 한다.[45][26]

미토콘드리아 질환 환자 역시 아미노글리코사이드 사용이 금기시된다. 아미노글리코사이드 약물이 미토콘드리아 DNA(mtDNA) 번역에 손상을 입혀 비가역적인 청력 상실, 이명, 심장독성, 신독성을 일으킬 수 있기 때문이다.[46][27] 그러나 청력 손실과 이명은 미토콘드리아 질환이 없는 일부 환자에서도 관찰되었다.[27]

7. 아미노글리코사이드의 특징

아미노글리코사이드는 투여된 용량과 혈중 약물 농도 사이에 상당한 변동성이 존재한다. 따라서 적절한 용량을 얻기 위해 치료적 약물 모니터링(TDM)이 필요하다. 아미노글리코사이드는 리보솜에 강하고 비가역적으로 결합하여 혈장 농도가 감소한 후에도 세포 내에 오래 남아 있어 투여 간격을 연장할 수 있다. 이러한 특징으로 인해 혈액에서 약물 농도가 거의 또는 전혀 검출되지 않지만, 세균의 재성장을 억제하는 항생제 후 효과(PAE)를 나타낸다.[12] 농도에 따라 세균 정지제 또는 세균 살균제로 작용한다.[12]


  • 항생제 후 효과(PAE): 혈중 농도가 떨어진 후에도 일정 기간 효과가 지속되는 효과이며, 충분량을 투여하면 하루 1회 투여로 충분한 항균력을 얻을 수 있다.
  • 농도 의존성: 농도를 높일수록 효과가 증가한다. 단, 중독도 일어나기 쉬우므로 혈중 농도 모니터링이 필요하다. 혈중 농도 모니터링은 하루 두 번 채혈로 측정하는 경우가 많지만, 아미노글리코사이드 하루 1회 투여의 경우, 충분량이 투여되었다는 전제 하에, 다음 날 투여 전 채혈에서 혈중 농도가 1μg/ml 이하이면 중독 영역에 도달하지 않았다는 법칙도 사용할 수 있다.
  • 시너지 효과: 다른 약제와 병용하여 상승 효과를 얻을 수 있다. 특히 베타-락탐계 항생제와의 병용이 많다. 황색포도상구균에 의한 감염성 심내막염의 경우 시너지 효과를 노리고 5일 정도 투여하는 경우가 많다. 아미노글리코사이드 자체로는 황색포도상구균에 거의 효과가 없으며, 이는 시너지 효과를 노린 처방이다.
  • 임상 효과: 약물동태학적인 문제로 폐로의 이행성은 극히 나쁘고, 폐렴에 단독으로 사용해도 효과가 없다. 또한 알칼리성 환경에서 항균력이 발휘되므로 농양 등 산성 조건에서는 효과가 낮다. 혐기 환경이나 혐기성 세균에 대한 효과는 옅다.

참조

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