1、 細菌對 內酰胺類抗生素自從 40 年代初由青霉菌(penicilin chrysogenum)中分離并純化獲得青霉素,和近代又自冠狀頭孢菌(cephalosporiumacremonium)發現頭孢菌素 C 后,經過了數十年的開發和研究。目前大約已有 60 余種 內酰胺類抗生素應用于臨床,發揮了強有力的抗菌作用。然而,近代由于產生 內酰胺酶的病原菌不斷增多, 內酰胺類抗生素的療效遠不如以前,病原菌對 內酰胺類抗生素的耐藥,已成為當前難治性感染的嚴重問題。 內酰胺類抗生素的分類 內酰胺類抗生素種類很多,這類藥物的發展過程,實際上是克服 內酰胺酶(BLA)耐藥機制的過程。頭孢菌素從第一代發展到第

2、四代,其母核都一樣,主要是側鏈結構的改造。此改造的目的是希望對 BLA 的穩定性越來越強。如三代頭孢對普通青霉素酶及廣譜酶穩定,但對超廣譜酶和頭孢菌素酶不穩定。而四代頭孢如頭孢吡肟對頭孢菌素酶非常穩定,對超廣譜酶的穩定性也較好。 內酰胺類抗生素的分類如下:青霉素類:青霉素 G,半合成耐酶和廣譜青霉素及復合青霉素。頭孢菌素:一代如頭孢唑啉;二代如頭孢呋辛;三代如頭孢噻肟、頭孢曲松和頭孢他啶;四代如頭孢吡肟。非典型 內酰胺類:頭霉菌素如頭孢西丁;碳青霉烯類如亞胺培南;單環類如氨曲南;氧頭孢烯類如噻嗎靈。 內酰胺類抗生素的抗菌機制該類抗生素的有效抗菌活性一般必須取決于下列三個主要環節:能夠穿透細菌的

3、外膜。抗生素穿透細菌外膜的多寡取決于其分子的大小,分子愈小其透過細菌外膜間孔愈易,進入菌體內的數量亦愈多;能夠抵擋 內酰胺酶的水解。 內酰胺類抗生素為青霉素頭孢菌素類抗生素,因其具有共同的 內酰胺環結構,當其進入菌體后,如能耐受或抵擋病原菌所產生的 BLA 的水解或破壞,始能保持其抗菌活性;能夠與青霉素結合蛋白(PBPs)位點結合并相互作用,從而抑制細菌胞壁的合 成。一般細菌外膜中青霉素結合位點有 3,即 PBP1、PBP2、PBP3,抗生素與 PBPs 的位點結合越多,其相互作用越強,則其抗菌效能亦越大。病原菌對 內酰胺類抗生素的耐藥機制病原菌對 內酰胺類抗生素發生耐藥,主要通過下列途徑予以

4、實現:病原菌產生 BLA,水解破壞 內酰胺類抗生素的共同核心結構,即 內酰胺環,從而降低其抗菌活性;病原菌的 PBPs 靶位發生改變,使抗生素無法與其結合并發揮其抗菌效能;病原菌的膜孔蛋白發生改變,細胞膜通透性降低或生物膜(biofilm)形成,使抗生素難以通過細菌的胞膜進入胞內。病原菌產生對抗生素的外運泵出機制,將進入細菌胞內的抗生素主動泵出胞外;某些細菌缺乏自溶酶,即使被抗生素抑制,病原菌亦難以自溶。以上耐藥機制中,以病原菌產生 BLA 最為重要,約占 80%。因此,如何對付 BLA 所引起的耐藥,解決臨床上難治性感染問題是當今研究的熱點所在。 內酰胺酶的分類近年來文獻報道,BLA 已達

5、190 余種,目前最常用的分類法是 BushJacoby Medeiros 分類(簡稱 Bush 分類)和 Ambler 的分子分類兩種。TEM:為姓名開頭縮寫,從該病人首次分離得到的一種青霉素酶。SHV:具有硫化氫抑制作用的青霉素酶。OXA:水解鄰氯西林的青霉素酶。ESBL:超廣譜 內酰胺酶.Ambler 分子分類法,將 BLA 分為 A、B、C、D 四類:A 類酶(質粒介導)、C 類酶(染色體介導)和 D 類酶(同 C 類酶,但為質粒介導)屬絲氨酸酶。B 類酶(染色體介導)屬金屬酶。Bush 分類法:是在底物特異性以及對克拉維酸敏感性的基礎上結合分子分類法而建立的。目前在諸多的 BLA 中

6、,以超廣譜 內酰胺酶(ESBLs)、頭孢菌素酶(AmpC)以及金屬酶的產生菌最難對付,臨床上金屬酶產生菌如嗜麥芽窄食單胞菌、嗜水氣單胞菌等的感染相對少見,而 ESBLs 及 AmpC 的產生菌感染者則日益增多,加 深對 ESBLs 及 AmpC 的特點及其危害性的認識十分重要。ESBLs、AmpC 酶及金屬酶的特點ESBL:系由質粒介導的 2be 類 BLA。除能水解青霉類和一、二、三代頭孢菌素外,還能水解單環酰氨類的氨曲南。但可被 BLA 抑制劑如克拉維酸所抑制。ESBLs編碼基因在質粒上,易造成在不同菌株中的播散。ESBLs 主要由肺炎克雷伯桿菌和大腸桿菌產生,也可由其他腸桿菌科細菌如枸櫞

7、酸桿菌、沙雷菌屬、變形桿菌屬、沙門菌屬和腸桿菌屬細菌產生。產 ESBLs 細菌是院內感染的主要致病菌之一,且往往為多重耐藥。其質粒上不僅帶 ESBLs 編碼基因,也常帶有氨基糖苷類、氯霉素或復方新諾明抗性基因。根據基因同源性和水解底物的不同, ESBLs 可分為 TEM 系列、SHV 系列、CTXM 系列、OXA 系列及其它亞型。TEM 型 ESBLs: TEM1 是最早發現的 TEM 系列的 BLA,屬廣譜酶。TEM至今共發現 63 種,主要在大腸埃希菌和肺炎克雷伯菌中發現,亦發現于其他一些腸桿菌科細菌和銅綠假單胞菌中。SHV 型 ESBLs:SHV1 是最早發現的 SHV 型 BLA。SH

8、V 酶能水解頭孢噻吩的巰基作用,氯汞苯甲酸(PCMB)能抑制其水解作用。SHV 型 ESBLs 至今共發現 34 種,主要發現于肺炎克雷伯菌,亦可在其他細菌如差異枸櫞酸桿菌、大腸埃希菌和銅綠假單胞菌中發現。OXA 型 ESBLs:因主要水解的底物為苯唑西林而得名。目前已發現 31 種 OXA 型BLA 中僅 12 種屬 ESBLs。OXA 主要發現于銅綠假單胞菌中,在腸桿菌科細菌中亦可發現。將 OXA 型 ESBLs 編碼基因轉入大腸埃希菌中則對氧亞氨基 內酰胺抗生素具有弱的水解作用,如將該基因轉入銅綠假單胞菌中則水解作用很強。CTXM 型 ESBLs:如 1990 年首次報道的一種對頭孢噻肟

9、高水解活性的 ESBLs,故命名為 CTXM。至今已發現 CTMX 型 ESBLs 共 17 種。對頭孢噻肟分解作用強,對頭孢 他啶、頭孢吡肟分解作用弱。可被克拉維酸和三唑巴坦抑制,主要產生于鼠傷寒沙門菌,大腸埃希菌,肺炎克雷伯菌和奇異變形桿菌。AmpC 酶:大部分腸桿菌科細菌如腸桿菌屬,弗勞地枸櫞酸桿菌,摩根菌,粘質沙雷菌等均能產生染色體介導的 AmpC 酶,通常該酶可不表達或表達水平很低,主要取決于有否 內酰胺抗生素誘導劑的存在及有無 AmpD、AmpR 的突變。又稱誘導酶,能分解三代頭孢菌素及單環酰胺類,不被 BLA 抑制劑所抑制,但可被氯唑西林抑制。AmpC 基因的表型分類:低水平持續

10、表達,對三代頭孢均敏感。被 內酰胺抗生素所誘導,產量稍高,但不引起三代頭孢耐藥。AmpD 發生突變,造成高水平持續表達,使對三代頭孢或復合三代頭孢均耐藥,但對碳青霉烯和四代頭孢的敏感性相對較高。碳青霉烯類酶:主要分兩類:2f 類酶,不被舒巴坦抑制,能被克拉維酸抑制,Sem1 不被克拉維酸抑制,該類酶可水解氨曲南。金屬酶,幾乎能水解所有的 內酰胺類抗生素,對氨曲南水解作用弱,可被二乙胺四乙酸(EDTA)、巰基丙酸所抑制。耐酶 內酰胺類抗生素研制對 內酰胺酶穩定的抗生素早在 60 年代已開發研究出對 內酰胺酶穩定的不被其滅活的 內酰胺類抗生素,如異惡唑青霉素(甲氧青霉素,苯唑青霉素和鄰氯青霉素),

11、臨床上曾廣泛用于治療耐青霉素 G 的葡萄球菌感染,發揮了積極的作用。然而,由于耐甲氧青霉素葡萄球菌(MRSA)和表皮葡萄球菌(MRSE)感染的日益增多,使上述這些耐酶的青霉素已不能發揮應有的作用。為了解決這個問題,近代又開發問世的廣譜頭孢菌素等,此為臨床上控制產酶菌的難治性感染發揮了十分重要的作用,取得了滿意的療效。但是近年來由于 ESBLs,特別是染色體介導的 AmpC 酶菌的出現,使上述這些對酶穩定的抗生素亦發生耐藥,臨床上又面臨著難治性感染的嚴峻挑戰。 亞胺培南的耐藥率較之三代頭孢菌素為低,約 5%左右(1996 年),其敏感率仍達90%以上。該藥除具有耐酶特點之外,由于其分子小,易穿透細菌外膜,并可與PBP1、PBP2 及 PBP3 結合,分別通過不同的機制發揮抑菌效能,使細菌變成單個球形被迅速殺滅。四代頭孢菌素如頭孢吡肟亦具有耐 內酰胺酶的特點,對 Amp