抗生素類藥物的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展

湯雨晴，葉倩，鄭維義,*

(1 南京工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，南京 211800； 2 南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，南京 211800； 3 南京第二醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科，南京210003 )

目前，傳染病是世界上最主要的致死原因之一，全世界每年有超過1700萬人死于細(xì)菌感染[1]。近幾十年來，由于抗生素的不斷發(fā)現(xiàn)與發(fā)展，各種傳染病都能夠得到有效的治療，由細(xì)菌感染導(dǎo)致的疾病的發(fā)病率和死亡率大幅下降，抗生素被譽為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)最偉大的進(jìn)步之一[2]。按照化學(xué)結(jié)構(gòu)，可將抗生素分為四種不同種類：四環(huán)素類、大環(huán)內(nèi)酯類、β-內(nèi)酰胺類和氨基糖苷類。因其具有高效的抑菌作用，抗生素被廣泛用于人類和動物疾病的預(yù)防和治療中。據(jù)統(tǒng)計顯示，中國抗生素的產(chǎn)量和消費量居世界首位[3]。然而，抗生素的大量使用促使耐藥菌的產(chǎn)生，這些細(xì)菌通過獲得基因或染色體突變而進(jìn)化成能夠耐受這些藥物，從而產(chǎn)生細(xì)菌耐藥性。由此產(chǎn)生的抗生素耐藥機制的發(fā)展和攜帶這些耐藥基因的細(xì)菌的傳播被認(rèn)為是全球公共衛(wèi)生面臨的主要挑戰(zhàn)之一，并且有可能破壞過去幾十年取得的成果。細(xì)菌耐藥性會導(dǎo)致細(xì)菌對藥物的敏感度降低，使得多種傳染病可能沒有可行的抗生素治療，對人類健康造成巨大的風(fēng)險。更糟糕的是，由于種種原因，新型有效的抗生素的開發(fā)變得越來越艱難，呈穩(wěn)步下降趨勢，抗生素的開發(fā)速度難以跟上細(xì)菌產(chǎn)生耐藥的速度。因此，我們要合理使用抗生素，避免因抗生素濫用而引起的耐藥性問題。

1 四環(huán)素類抗生素

四環(huán)素類抗生素是20世紀(jì)40年代末發(fā)現(xiàn)的廣譜抗生素，其結(jié)構(gòu)特征是分子內(nèi)含有由4個碳?xì)洵h(huán)組成的平面多環(huán)結(jié)構(gòu)，因此得名四環(huán)素。四環(huán)素具有許多被認(rèn)為是抗生素藥物的理想性質(zhì)，包括抑制革蘭陽性菌和革蘭陰性菌等病原體的活性、經(jīng)證實的臨床安全性以及可接受的耐受性。除了抗菌活性外，四環(huán)素類抗生素兼具抗炎、抗凋亡和神經(jīng)保護(hù)作用，所以近年來臨床上廣泛使用，取得了顯著的療效[4]。

第一種四環(huán)素是源自放線菌發(fā)酵產(chǎn)生的天然產(chǎn)物[5]。1948年，Benjamin Duggar首次報道從金黃色鏈霉菌aureofacients中提取得到氯四環(huán)霉素，結(jié)構(gòu)如圖1左圖所示。隨后將其命名為金霉素進(jìn)行銷售，并于同年批準(zhǔn)用于臨床[6]。不久之后，輝瑞公司的科研人員也從鏈霉菌發(fā)酵液中分離出土霉素，結(jié)構(gòu)見圖1。該藥物于1950年獲得美國食品和藥物管理局(FDA)的批準(zhǔn)，并投放市場[7]。在隨后的二十年中，其他四環(huán)素也是由鏈霉菌或半合成衍生物產(chǎn)生的天然產(chǎn)物，它們具有更高的抗菌效力、溶解度和口服生物利用度。

圖1 金霉素和土霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

然而由于臨床上過度使用四環(huán)素類抗生素，導(dǎo)致近年來不斷涌現(xiàn)的耐藥菌株在一定程度上限制了四環(huán)素的臨床應(yīng)用。四環(huán)素類藥物發(fā)展的長期停滯之后，一直到20世紀(jì)80年代后期，人們對四環(huán)素類藥物的優(yōu)化才重新產(chǎn)生了興趣。這引發(fā)了半合成衍生物的發(fā)現(xiàn)，它們對難以治療的新型耐多藥革蘭陰性菌和革蘭陽性菌(包括具有四環(huán)素特異性耐藥機制的細(xì)菌)具有更好的抗菌活性。替加環(huán)素是一種半合成的腸外甘氨酰環(huán)素(如圖2所示)，1993年由Lederle的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，并于2005年由FDA批準(zhǔn)投入臨床使用[8]。它對廣泛耐藥的金黃色葡萄球菌和萬古霉素耐藥菌具有明顯抑制作用，是由耐藥菌引起的嚴(yán)重感染疾病的首選治療方案。

1.1 作用機制

核糖體是所有活細(xì)胞中蛋白質(zhì)的合成位點，由蛋白質(zhì)和RNA組成。許多研究表明，四環(huán)素與細(xì)菌核糖體的RNA組分結(jié)合從而發(fā)揮抗菌活性[9]。更具體地說，四環(huán)素類抗生素的抗菌機制是四環(huán)素類藥物優(yōu)先與細(xì)菌核糖體結(jié)合，并與30S核糖體亞基中的高度保守的16S rRNA靶點相互作用、形成可逆結(jié)合體，在延伸過程中通過空間干擾帶電荷的氨基酰基tRNA與mRNA-核糖體復(fù)合物結(jié)合[10]，阻止新氨基酸進(jìn)入新生肽鏈來抑制細(xì)菌生長和存活所必須的蛋白質(zhì)的合成，從而起到抗菌效果。

1.2 耐藥機制

在最近的監(jiān)測研究中，四環(huán)素類藥物被列為歐洲第三常使用的抗菌藥物。長期廣泛使用四環(huán)素類藥物造成細(xì)菌對該類藥物產(chǎn)生明顯的耐藥性。有數(shù)據(jù)表明，在某些歐洲國家中大腸埃希菌和肺炎克雷伯菌的四環(huán)素類耐藥率分別達(dá)到66.9%和44.9%之高[11]。迄今為止，已有59個四環(huán)素耐藥基因(tet)被報道過[12]。它們可以通過以下兩種不同的機制介導(dǎo)對四環(huán)素類藥物的抗性。

1.2.1 通過外排泵主動外排四環(huán)素

最常見的四環(huán)素特異性外排泵是轉(zhuǎn)運蛋白主要異化子超家族(major facilitator superfamily, MFS)的成員[13]。最新的統(tǒng)計表明，細(xì)菌中有30種不同的四環(huán)素特異性外排泵。外排泵基因編碼了膜相關(guān)的外排蛋白，能積極地將藥物泵出細(xì)胞外，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的藥物濃度有所下降，減少了核糖體與四環(huán)素類藥物的結(jié)合，從而產(chǎn)生耐藥性。

圖2 替加環(huán)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1.2.2 通過細(xì)菌核糖體保護(hù)蛋白的作用

四環(huán)素核糖體保護(hù)蛋白(ribosomal protection proteins, RPPs)最初描述于空腸彎曲桿菌和鏈球菌中，是與延伸因子EF-G和EF-Tu具有顯著序列和結(jié)構(gòu)相似性的GTP酶[14]。RPPs與核糖體結(jié)合可以逆轉(zhuǎn)扭曲核糖體結(jié)構(gòu)，引起核糖體構(gòu)型的改變，直接干擾四環(huán)素D-環(huán)和16S rRNA堿基C1054的相互堆積作用，使四環(huán)素類藥物不能與其結(jié)合并從結(jié)合位點30S亞基上解離，從而起到保護(hù)核糖體的作用。

2 大環(huán)內(nèi)酯類抗生素

大環(huán)內(nèi)酯類抗生素是一類由鏈霉菌產(chǎn)生的弱堿性的抗菌藥物，其分子中均含有大環(huán)內(nèi)酯環(huán)這一基本結(jié)構(gòu)，并在環(huán)上通過糖苷鍵附著一個或多個脫氧糖或氨基糖殘基。大環(huán)內(nèi)酯類藥物代表了一大類蛋白質(zhì)合成抑制劑，由于它們在人類醫(yī)學(xué)中的適用性，因此具有非常廣泛的臨床價值。

第一個大環(huán)內(nèi)酯類抗生素于1950年從鏈霉菌屬菌株中分離出來，由于其苦味而被命名為苦霉素[15]?？嗝顾氐闹饕瘜W(xué)特征是分子內(nèi)存在大環(huán)內(nèi)酯環(huán)，如圖3所示，與后來所有分離得到的大環(huán)內(nèi)酯類藥物一致。大環(huán)內(nèi)酯的名字就是從這個大環(huán)內(nèi)酯環(huán)中衍生出來的，并且可以根據(jù)內(nèi)酯環(huán)的大小進(jìn)一步分為12、14、15和16元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素。

由鏈霉菌產(chǎn)生的酒霉素是12元大環(huán)內(nèi)酯的主要代表，但這類化合物中只有少數(shù)其它化合物。紅霉素是14元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素中最著名的成員，于1952年從紅色鏈霉菌或節(jié)桿菌中分離得到，結(jié)構(gòu)如圖4所示。紅霉素對革蘭陽性菌有較強的抗菌作用，尤其是對耐青霉素的菌株有顯著的抑制效果，可以用來治療溶血性鏈球菌等所致的急性扁桃體炎以及蜂窩織炎等[16]。但紅霉素對胃酸的低穩(wěn)定性，導(dǎo)致其有較明顯的胃腸道不良反應(yīng)。10年后，16元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素泰樂菌素和尼達(dá)霉素相繼問市，它們有較廣的抗菌譜，抗菌效力接近于14元大環(huán)內(nèi)酯類抗生素。泰樂菌素還具有顯著的抑支原體作用，是世界上公認(rèn)的畜禽支原體感染的預(yù)防和治療的首選藥物[17]。

圖3 苦霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.1 作用機制

總的來說，大環(huán)內(nèi)酯類抗生素主要對革蘭陽性菌有效，對革蘭陰性菌的作用有限。它們對真核生物的活性很低，因為它們與真核生物核糖體的親和力較弱。其作用機制是：無論大環(huán)內(nèi)酯的類型或內(nèi)酯環(huán)的大小，大環(huán)內(nèi)酯類抗生素都能不可逆地結(jié)合到細(xì)菌核糖體50s亞基上，在肽轉(zhuǎn)移酶中心附近的新生肽釋放通道(nascent peptide exit tunnel, NPET)內(nèi)占據(jù)一個位置，從而抑制蛋白質(zhì)的合成。NPET長約100?，寬約10～20?，是合成蛋白離開核糖體的通道[18]。傳統(tǒng)上，人們認(rèn)為大環(huán)內(nèi)酯僅僅通過阻塞NPET而阻斷所有新生成的3～10個氨基酸大小的多肽的釋放，從而停止翻譯。但最新研究顯示，大環(huán)內(nèi)酯與NPET的結(jié)合后，能在肽鏈延長階段使得肽?；鵷RNA從核糖體上解離，導(dǎo)致與大環(huán)內(nèi)酯結(jié)合的核糖體不能聚合新生蛋白中的特定氨基酸序列，從而阻斷轉(zhuǎn)肽作用和mRNA移位過程，由此阻礙肽鏈增長，抑制蛋白質(zhì)的合成，最終起到抑菌作用[19]。

2.2 耐藥機制

自20世紀(jì)50年代早期發(fā)現(xiàn)以來，大環(huán)內(nèi)酯類抗生素已被大量用于農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域。鑒于這類抗生素的廣泛使用，耐藥性在致病菌中傳播就不足為奇了。1956年，有報道表明葡萄球菌對紅霉素產(chǎn)生細(xì)菌抗性，這僅僅發(fā)生在其引入臨床實踐幾年之后。1959年，英國報道了第一個耐紅霉素鏈球菌菌株。此后，大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的耐藥菌株不斷擴大，波及范圍較廣?？茖W(xué)家們不斷對細(xì)菌耐藥機制進(jìn)行深入探索，目前研究發(fā)現(xiàn)的耐藥機制大致分為下述兩種。

2.2.1 核糖體修飾

圖4 紅霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

由紅霉素耐藥甲基轉(zhuǎn)移酶(erythromycinresistance methyltransferases, erms)基因編碼的甲基轉(zhuǎn)移酶可以催化核苷酸A2058中的N6位置發(fā)生單甲基化或二甲基化作用[20]。這種核苷酸與位于大內(nèi)酯環(huán)C5位置的糖類發(fā)生特定的相互作用，甲基化會干擾產(chǎn)生氫鍵的形成，導(dǎo)致大環(huán)內(nèi)酯與核糖體50S亞基的親和力明顯下降，使得耐藥菌株的產(chǎn)生。除了rRNA的甲基化外，rRNA的突變也能產(chǎn)生耐藥性。A2058的突變會改變核糖體靶位點，阻止大環(huán)內(nèi)酯的結(jié)合。

2.2.2 大環(huán)內(nèi)酯的細(xì)胞內(nèi)濃度降低

細(xì)菌能夠逃避大環(huán)內(nèi)酯類藥物作用的一種方法是通過使用外排泵降低細(xì)胞內(nèi)濃度。與大環(huán)內(nèi)酯類密切相關(guān)的是外排泵的Mef和Msr亞家族，其在質(zhì)粒上編碼并且分別是MSF和ATP結(jié)合盒(ATP-binding cassette, ABC)家族的成員。Mef泵用作反向轉(zhuǎn)運蛋白，用質(zhì)子交換已結(jié)合的大環(huán)內(nèi)酯。Mef蛋白不使用ATP作為能量源將抗生素泵送到細(xì)胞外，而是利用二級主動轉(zhuǎn)運，此時ATP的能量不會直接用于大環(huán)內(nèi)酯的跨膜轉(zhuǎn)運。該亞族蛋白是大環(huán)內(nèi)酯類藥物耐藥的重要決定因素之一，Mef(A)和Mef(E)是最為常見的，它們都可以導(dǎo)致細(xì)菌對14、15元大環(huán)內(nèi)酯產(chǎn)生耐藥性[21]。Msr蛋白通過結(jié)合大環(huán)內(nèi)酯類藥物來提供核糖體保護(hù)[22]。Msr蛋白有四類，分別為A型、C型、D型和E型，也會導(dǎo)致14和15元的大環(huán)內(nèi)酯的耐藥性。

3 β-內(nèi)酰胺類抗生素

β-內(nèi)酰胺類抗生素是一類具有共同化學(xué)特性的廣譜抗生素，即分子結(jié)構(gòu)中含有β-內(nèi)酰胺環(huán)，占全世界抗生素使用量的60%，是治療傳染病最有效的藥物之一。根據(jù)它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)，β-內(nèi)酰胺可分為2種常用的類型，青霉素類和頭孢菌素類。

青霉素類的基本結(jié)構(gòu)如圖5所示，由β-內(nèi)酰胺環(huán)與另一個由5個組分組成的噻唑烷環(huán)組成，產(chǎn)生負(fù)責(zé)生物功能的母核，即6-氨基青霉烷酸(6-aminopenicilanic acid, 6-APA)。它有一個相關(guān)的側(cè)鏈R，其多樣性決定了不同青霉素的抗菌活性和藥動學(xué)特征。1928年，亞歷山大·弗萊明偶然發(fā)現(xiàn)青霉素，并在隨后十多年中完成了分離和純化，最終于1940年成功上市。因其安全性高、成本低、抗菌效果好，是革蘭陽性菌所致感染的首選藥物[23]。但是青霉素容易引起過敏反應(yīng)，青霉素過敏是最普遍報道的藥物過敏，在普通人群中過敏率為9%到12%之間，而在住院病人中可能高達(dá)15%[24]。

圖5 青霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

頭孢菌素類是頭孢菌素C的產(chǎn)生菌中發(fā)現(xiàn)的一種抗生素，其母核為7-氨基頭孢烷酸，類似于青霉素6-APA核，結(jié)構(gòu)如圖6所示。在頭孢菌素核中，β-內(nèi)酰胺環(huán)與6元二氫噻嗪環(huán)稠合，從而形成頭孢烯核。頭孢菌素在C7中具有側(cè)鏈并且在C3中具有不同的取代基。C3側(cè)鏈的化學(xué)變化影響藥物代謝，而C7側(cè)鏈的變化會改變對β-內(nèi)酰胺酶的耐受性，并擴大其抗菌活性[25]。與青霉素相比，頭孢菌素的β-內(nèi)酰胺環(huán)張力較小，故具有較強的穩(wěn)定性，同時還具有耐青霉素酶、過敏反應(yīng)較少的特點[26]。

3.1 作用機制

不同結(jié)構(gòu)的β-內(nèi)酰胺類抗生素具有相同的作用機制。經(jīng)典Park學(xué)說指出，該類藥物的作用機制主要為藥物抑制轉(zhuǎn)肽酶的轉(zhuǎn)肽作用，從而導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁合成受阻，誘發(fā)細(xì)菌死亡[27]。肽聚糖是細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成分，這種網(wǎng)狀的聚合物完全包圍著細(xì)胞，是革蘭陽性菌抵御內(nèi)部滲透壓的唯一保護(hù)機制，使它們能夠在低滲環(huán)境中生存。近年來，研究的主要結(jié)果表明，細(xì)菌細(xì)胞膜含有幾種特殊的蛋白質(zhì)分子，它們與青霉素能形成相對穩(wěn)定的復(fù)合物，被稱為青霉素結(jié)合蛋白(penicillin-binding proteins , PBPs)，是β-內(nèi)酰胺類抗生素的主要靶位。PBPs是細(xì)胞壁關(guān)鍵成分肽聚糖合成的必要酶。青霉素和頭孢菌素的結(jié)構(gòu)與肽聚糖末端結(jié)構(gòu)D-丙氨酰-D-丙氨酸相似，可以競爭性地與酶的活性中心以共價鍵結(jié)合，抑制黏肽轉(zhuǎn)肽酶所催化的交聯(lián)反應(yīng)，嚴(yán)重破壞細(xì)菌細(xì)胞壁的形成，從而引起溶菌，導(dǎo)致細(xì)菌裂解死亡[28]。由于哺乳動物細(xì)胞無細(xì)胞壁，不受該過程影響，故此類抗生素的抗菌作用具有較高的選擇性。在革蘭陰性細(xì)菌中，只有暴露在高濃度青霉素的情況下才能發(fā)生細(xì)胞裂解；而低濃度的抗生素只會引起形態(tài)學(xué)異常[29]。因此，β-內(nèi)酰胺類抗生素通常對陽性菌敏感度較高。

圖6 頭孢菌素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

3.2 耐藥機制

細(xì)菌中有許多復(fù)雜的機制使它們對抗生素產(chǎn)生耐藥性。與大多數(shù)抗菌藥物一樣，細(xì)菌通過三種主要機制產(chǎn)生對β-內(nèi)酰胺類抗生素的抗性。PBPs表達(dá)減少或者突變是革蘭陽性菌對β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥的重要機制。

3.2.1 產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶

這是最常見的耐藥機制之一，特別是在革蘭陰性細(xì)菌中。細(xì)菌產(chǎn)生的β-內(nèi)酰胺酶能與抗生素的羰基部分共價結(jié)合，破壞其環(huán)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致β-內(nèi)酰胺類抗生素在到達(dá)靶點之前就被降解。β-內(nèi)酰胺酶還可非水解性地迅速牢固地結(jié)合β-內(nèi)酰胺類抗生素，使其不能進(jìn)入靶位發(fā)揮作用[30]。

3.2.2 PBPs的改變

這是引起革蘭陽性菌對β-內(nèi)酰胺產(chǎn)生耐藥性的主要原因之一。PBPs為β-內(nèi)酰胺類藥物的作用靶點，當(dāng)PBPs發(fā)生基因突變時，導(dǎo)致β-內(nèi)酰胺類抗生素與其目標(biāo)PBPs之間的親和力喪失，藥物無法通過與其作用部位結(jié)合而發(fā)揮藥效，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生。

3.2.3 細(xì)胞外膜通透性的改變

細(xì)胞膜滲透性的改變或增加外排泵活性會使抗生素?zé)o法進(jìn)入菌體內(nèi)，導(dǎo)致藥物與靶點的結(jié)合減少，從而使菌體內(nèi)抗生素的活性濃度降低。例如，外排泵MexA或B-OprM的過表達(dá)是銅綠假單胞菌和其他致病性革蘭陰性菌產(chǎn)生耐藥的主要原因之一[31]。

4 氨基糖苷類抗生素

氨基糖苷是從放線菌中提取出的天然或半合成抗生素。自1943年首次發(fā)現(xiàn)第一種氨基糖苷類抗生素——鏈霉素以來，這類抗生素因其良好的抗菌活性和廣泛的抗菌譜被大量用于治療由革蘭陰性和革蘭陽性細(xì)菌引起的感染中。在發(fā)現(xiàn)鏈霉素后，通過開發(fā)從放線菌如鏈霉菌和小單孢菌中獲得的幾種密切相關(guān)的化合物，擴展了氨基糖苷類的研究，隨后有超過3000種天然和半合成氨基糖苷類抗生素被報道[32]。氨基糖苷類的結(jié)構(gòu)類似于碳水化合物，其骨架結(jié)構(gòu)由飽和胺和羥基取代的氨基環(huán)醇環(huán)組成。近年來，由于受到不斷涌現(xiàn)的耐藥菌的影響，以及與長期使用有關(guān)的固有毒性(耳毒性和腎毒性)，氨基糖苷類藥物的臨床應(yīng)用在一定程度上受到限制。

4.1 作用機制

氨基糖苷類通過以高親和力結(jié)合30S核糖體亞基的16S r RNA解碼區(qū)上的A位點來抑制蛋白質(zhì)合成。盡管氨基糖苷類成員對A位點上的不同區(qū)域具有不同的特異性，但它們都改變了A位點的構(gòu)象。由于這種相互作用，抗生素通過在傳遞氨?；鵷RNA時誘導(dǎo)密碼子誤讀而干擾翻譯過程的準(zhǔn)確性。這導(dǎo)致易錯的蛋白質(zhì)合成，允許不正確的氨基酸組裝成多肽，隨后釋放該多肽，對細(xì)胞膜和其他部位造成損害[33]。一些氨基糖苷也可以通過阻斷肽鏈延伸或直接抑制初始復(fù)合物的形成來影響蛋白質(zhì)的合成[34]。氨基糖苷類抗生素的結(jié)合靶點都是16S r RNA的A位點，所以對于真核生物18S rRNA的作用較小，導(dǎo)致真核生物對氨基糖苷類抗生素不敏感。

4.2 耐藥機制

氨基糖苷耐藥有多種形式，包括酶修飾導(dǎo)致氨基糖苷類抗生素的失活、靶位點改變和膜滲透性降低。這些機制中的每一種對該類藥物中的不同成員都具有不同的影響，并且通常在任何耐藥菌中都涉及多種耐藥機制。

4.2.1 膜通透性降低

細(xì)胞膜通透性發(fā)生改變可能會引起細(xì)菌對藥物攝取和積累的減少，從而導(dǎo)致細(xì)菌耐藥。革蘭陰性菌的外膜同時是疏水性和親水性物質(zhì)的屏障。為了克服這種滲透性障礙，這些微生物進(jìn)化出了毛細(xì)孔蛋白，例如大腸埃希菌中的OmpF和銅綠假單胞菌中的OprD，它們在抗生素和其他小分子有機化學(xué)物質(zhì)中充當(dāng)非特異性的出入口點。當(dāng)這些毛細(xì)孔蛋白數(shù)目明顯減少時，細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性[35]。

4.2.2 基糖苷類抗生素的失活

細(xì)菌能產(chǎn)生氨基糖苷修飾酶(aminoglycosidemodifying enzymes, AMEs)，鈍化氨基糖苷類抗生素，導(dǎo)致抗菌素產(chǎn)生耐藥性。AMEs有三種不同類型，包括氨基糖苷核苷轉(zhuǎn)移酶(ANTs)，氨基糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶(AACs)和氨基糖苷磷酸轉(zhuǎn)移酶(APHs)[36]。酶修飾失活是細(xì)菌對氨基糖苷類抗生素最普遍的耐藥機制。AMEs與-OH或-NH2等官能團共價結(jié)合，能干擾抗生素與16S rRNA中A位點的結(jié)合，從而導(dǎo)致抗生素與核糖酰-tRNA親和力降低，使抗生素失活。

4.2.3 靶位點改變

核糖體是氨基糖苷類抗生素的作用靶點，rRNA在抗生素與核糖體結(jié)合中起著關(guān)鍵作用。由于靶點的改變，抗生素不能與核糖體結(jié)合。例如，質(zhì)粒介導(dǎo)的16S rRNA甲基化酶(16S rRNA methyltransferases RMTs)會改變特定的rRNA核苷酸殘基以阻止氨基糖苷有效結(jié)合到其位點，使細(xì)菌對該類藥物產(chǎn)生高水平耐藥[37]。RMTs可根據(jù)其修飾特定核苷酸殘基的不同而分為兩大類。一類是通過核苷酸G1405的N7位甲基化使細(xì)菌對4,6-二取代的氨基糖苷類產(chǎn)生抗性的酶，另一類通過核苷酸A1408的N1位點的甲基化來影響4,6-和4,5-二取代氨基糖苷的酶[38]。

5 結(jié)論

由病原體引起的感染仍然是全球最重要的健康問題之一，近幾十年來，由于抗生素的不斷發(fā)展，各種傳染病都能得到有效的治療，為廣大患者帶來了福音。但由于臨床上的不合理使用，耐藥的致病菌在人類和動物中蔓延，耐藥性問題日益凸顯，甚至出現(xiàn)超級耐藥細(xì)菌。在醫(yī)藥中過度使用強效抗生素會導(dǎo)致耐藥細(xì)菌的產(chǎn)生，致使藥物對致病菌不產(chǎn)生作用[39]。細(xì)菌抗生素耐藥性的傳播已成為全球主要的公共衛(wèi)生問題之一，它不僅導(dǎo)致衛(wèi)生保健費用的增加，并且引起了國家財政負(fù)擔(dān)的壓力以及細(xì)菌感染病死亡率的上升[40]。且目前所有事實都表明，由于新型抗生素化合物的發(fā)展緩慢，而抗生素耐藥性機制的發(fā)展和多樣性不斷提高，抗菌藥物的開發(fā)速度難以跟上細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性的速度，今后這一問題將變得更加嚴(yán)重。因此，現(xiàn)在迫切需要研發(fā)針對新靶標(biāo)和新作用機制的抗生素和抗菌肽，或者將目光轉(zhuǎn)向從抗性基因的表達(dá)等方面來開發(fā)出新的抗菌策略[41]，阻止耐藥菌的傳播和進(jìn)一步發(fā)展，以避免回到前抗生素時代。