抗菌药物作用机制ppt.ppt

抗菌药物作用机制抗菌药物作用机制与细菌耐药性与细菌耐药性陈代杰陈代杰上海医药工业研究院上海医药工业研究院上海来益生物药物研究中心上海来益生物药物研究中心研究抗菌药物作用机制研究抗菌药物作用机制和细菌耐药性的目的和细菌耐药性的目的n指导临床和非临床的合理用药指导临床和非临床的合理用药n开发新的更为有效的药物开发新的更为有效的药物产生细菌耐药性的主要原因产生细菌耐药性的主要原因抗抗菌菌药药物物的的滥滥用用，导导致致对对细细菌菌产产生生巨巨大大的的选选择择压压力力（selectivepressure），使使那那些些原原来来只只占占极极小小比比例例的的耐耐药药菌菌（10-610-9，自自发发突突变变频率），迅速繁殖。频率），迅速繁殖。动物很可能是一个蓄积耐药细菌，并向人体动物很可能是一个蓄积耐药细菌，并向人体传递耐药细菌的储蓄库。传递耐药细菌的储蓄库。-内酰胺类抗生素内酰胺类抗生素作用机制及细菌耐药性作用机制及细菌耐药性-内酰胺内酰胺类抗生素的类抗生素的基本结构特基本结构特征征细菌细胞壁结构细菌细胞壁结构 所有的细菌都具有环绕着细胞膜的细胞所有的细菌都具有环绕着细胞膜的细胞壁。细胞壁的主要功能是：保持细胞形态，壁。细胞壁的主要功能是：保持细胞形态，以及保护细胞免受由于环境渗透压变化造成以及保护细胞免受由于环境渗透压变化造成的细胞溶解。传统地可以把细菌分为革兰阳的细胞溶解。传统地可以把细菌分为革兰阳性菌、革兰阴性菌和耐酸菌三种。性菌、革兰阴性菌和耐酸菌三种。一、一、-内酰胺类抗生素作用机制内酰胺类抗生素作用机制细菌细胞壁结构细菌细胞壁结构 在这三种细菌的细胞壁中都具有肽聚在这三种细菌的细胞壁中都具有肽聚糖组分，其由糖组分，其由N-乙酰胞壁酸（乙酰胞壁酸（N-acetylmuramic acid，NAM）和）和N-葡萄葡萄糖胺（糖胺（N-acetylglucosamine，NAG）。）。NAM 和和NAG紧密连接成线状，线与紧密连接成线状，线与线之间通过连接在线之间通过连接在NAM 和和NAG上的内肽桥上的内肽桥的连接成片状（图），片与片的堆积成为细的连接成片状（图），片与片的堆积成为细胞壁的肽聚糖（图）。胞壁的肽聚糖（图）。肽聚糖片的形成肽聚糖片的形成革兰阴性菌和革兰阳性菌的细胞表面革兰阴性菌和革兰阳性菌的细胞表面结构结构肽聚糖的生物合成过程肽聚糖的生物合成过程革兰阳性菌肽聚糖细胞壁的形成革兰阳性菌肽聚糖细胞壁的形成革兰阴性菌的细胞表面结构革兰阴性菌的细胞表面结构 脂多糖的构成脂多糖的构成耐酸菌的表面结构耐酸菌的表面结构 耐酸菌（如铜绿假单胞菌合分支杆耐酸菌（如铜绿假单胞菌合分支杆菌）的肽聚糖层比较薄，其外膜结构也菌）的肽聚糖层比较薄，其外膜结构也与革兰阴性菌不同，由被称之为分支酸与革兰阴性菌不同，由被称之为分支酸的蜡脂组成。的蜡脂组成。这种分支酸与这种分支酸与aribanogalactan糖脂糖脂可以调节合阻止某些药物或化学物质穿可以调节合阻止某些药物或化学物质穿过细胞壁，使细胞具有较高的抗性。过细胞壁，使细胞具有较高的抗性。耐酸菌的表面结构耐酸菌的表面结构三种不同细菌的细胞壁结构比较三种不同细菌的细胞壁结构比较-内酰胺类抗生素的作用机制内酰胺类抗生素的作用机制第一阶段第一阶段 从从Fleming观察到青霉素抑杀革兰观察到青霉素抑杀革兰氏阳性细菌要比革兰氏阴性细菌列为有氏阳性细菌要比革兰氏阴性细菌列为有效开始，至效开始，至1945年观察到青霉素对细菌年观察到青霉素对细菌的形态学的效应为止，人们得出的结论的形态学的效应为止，人们得出的结论是青霉素必定干扰了细菌细胞的表面结是青霉素必定干扰了细菌细胞的表面结构。构。-内酰胺类抗生素的作用机制内酰胺类抗生素的作用机制第二阶段第二阶段 随着对细菌细胞壁的分离和粘肽组成的认随着对细菌细胞壁的分离和粘肽组成的认识开始，人们观察到在青霉素的作用下，细识开始，人们观察到在青霉素的作用下，细菌细胞变成了球形，很类似受溶菌酶作用而菌细胞变成了球形，很类似受溶菌酶作用而产生的原生质体，由此认为青霉素必定影响产生的原生质体，由此认为青霉素必定影响了细胞壁的合成。了细胞壁的合成。Park及其同事则观察到受及其同事则观察到受抑制的葡萄球菌累积了尿核苷，推测这是由抑制的葡萄球菌累积了尿核苷，推测这是由于青霉素阻断了细菌细胞壁合成的某一步。于青霉素阻断了细菌细胞壁合成的某一步。-内酰胺类抗生素的作用机制内酰胺类抗生素的作用机制第三阶段第三阶段 开始于开始于1957年，人们阐明了粘肽的年，人们阐明了粘肽的结构及其生物合成，并确定青霉素是抑结构及其生物合成，并确定青霉素是抑制了粘肽生物合成的最后一步制了粘肽生物合成的最后一步(转肽反应转肽反应)。-内酰胺类抗生素的作用机制内酰胺类抗生素的作用机制 各种青霉素类、头孢菌素类和非典各种青霉素类、头孢菌素类和非典型的型的-内酰胺类抗生素都能抑制粘肽合内酰胺类抗生素都能抑制粘肽合成的转肽反应而使两条聚糖链不能连接成的转肽反应而使两条聚糖链不能连接成交链结构成交链结构。交链系统酶促反应交链系统酶促反应 DD-羧肽酶羧肽酶DD-转肽酶转肽酶内肽酶内肽酶青霉素青霉素(A)(A)和和D-D-丙氨酰丙氨酰-D-D-丙氨酸丙氨酸(B)(B)的立体模式的立体模式 -内酰胺类抗生素的作用机制内酰胺类抗生素的作用机制 近年来对细菌细胞膜进行了深入研近年来对细菌细胞膜进行了深入研究，发现细菌的细胞膜上有特殊的蛋白究，发现细菌的细胞膜上有特殊的蛋白质分子，能与质分子，能与-内酰胺类抗生素结合，内酰胺类抗生素结合，被称之为青霉素结合蛋白被称之为青霉素结合蛋白(PenicillinBondingProteins，PBPs)，它具有很，它具有很高的转肽酶和羟肽酶活力，是这类抗生高的转肽酶和羟肽酶活力，是这类抗生素抑制作用的靶蛋白。素抑制作用的靶蛋白。二、细菌对二、细菌对-内酰胺类抗生素内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制产生耐药性的作用机制1 1、抗生素作用靶位、抗生素作用靶位PBPs亲和力发生改变；亲和力发生改变；2 2、破坏、破坏-内酰胺类抗生素分子的内酰胺类抗生素分子的-内酰胺酶；内酰胺酶；3 3、药物外排介导的耐药机制、药物外排介导的耐药机制。由由PBPsPBPs-介导的对介导的对对对-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制具有嵌入结构的青霉素耐药脑膜炎双球菌具有嵌入结构的青霉素耐药脑膜炎双球菌PBP2的基因结构的基因结构有嵌入结构的有嵌入结构的7 7种不同国家和地区来源的青霉素种不同国家和地区来源的青霉素耐药脑膜炎球菌耐药脑膜炎球菌PBP2PBP2的基因结构的基因结构耐药菌名称耐药菌名称PBPs改变情况改变情况革革兰兰阳阳性性菌菌枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌PBP2亲和力下降亲和力下降产气夹膜梭菌产气夹膜梭菌PBP亲和力下降亲和力下降南非肺炎链球菌南非肺炎链球菌PBP2a亲和力下降亲和力下降新出现新出现PBP2a（为高分子量（为高分子量PBP2a）PBP2b丧失丧失PBP1a和和PBP1b亲和力下降亲和力下降美国肺炎链球菌美国肺炎链球菌PBP1和和PBP1亲和力下降亲和力下降PBP2b含量降低含量降低新出现新出现PBP2屎链球菌屎链球菌新新出出现现缓缓慢慢反反应应的的或或可可诱诱导导的的PBPsS.faurens同上同上屎链球菌屎链球菌具有缓慢反应的具有缓慢反应的PBPs革革兰兰阴阴性性菌菌奈瑟氏淋球菌奈瑟氏淋球菌PBP2亲亲和和力力降降低低、外外膜膜蛋蛋白白缺缺失失铜绿假单胞菌铜绿假单胞菌对所有对所有PBPs的亲和力降低的亲和力降低大肠埃希氏菌大肠埃希氏菌PBP3中中的的四四个个氨氨基基酸酸被被取取代代、亲亲和和力力降降低低嗜血流感菌嗜血流感菌PBP3a和和PBP3b亲和力降低亲和力降低一一些些-内内酰酰胺胺抗抗生生素素耐耐药药性性细细菌菌与与PBPPBPs s的的改改变变情情况况-内酰胺酶介导的对内酰胺酶介导的对-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制 在耐药性革兰阳性菌如葡萄球菌中在耐药性革兰阳性菌如葡萄球菌中的的-内酰胺酶是以胞外酶的形式分泌至内酰胺酶是以胞外酶的形式分泌至胞外来破坏这类抗菌药物，或是细菌含胞外来破坏这类抗菌药物，或是细菌含有的转肽酶不能与这类药物结合而产生有的转肽酶不能与这类药物结合而产生耐药性。耐药性。-内酰胺酶介导的对内酰胺酶介导的对-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制 在革兰阴性菌中，这类抗菌药物透在革兰阴性菌中，这类抗菌药物透过细菌细胞外膜的孔蛋白进入细菌的周过细菌细胞外膜的孔蛋白进入细菌的周质，而在细胞周质中的质，而在细胞周质中的-内酰胺酶能够内酰胺酶能够破坏已经进入胞内的这类药物，致使药破坏已经进入胞内的这类药物，致使药物不能与物不能与PBPsPBPs结合而产生耐药性。结合而产生耐药性。-内酰胺酶介导的内酰胺酶介导的对对-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制 -内酰胺酶既能够存在于革兰氏阳性菌也能内酰胺酶既能够存在于革兰氏阳性菌也能够存在于革兰氏阴性菌中，因而它对细菌的耐药够存在于革兰氏阴性菌中，因而它对细菌的耐药性似乎所作的贡献更大；性似乎所作的贡献更大；由由PBPsPBPs介导的细菌耐药性仅存在于革兰氏阳介导的细菌耐药性仅存在于革兰氏阳性菌。因此，革兰氏阳性菌对性菌。因此，革兰氏阳性菌对-内酰胺类抗菌内酰胺类抗菌药物的耐药性主要由药物的耐药性主要由-内酰胺酶和内酰胺酶和PBPsPBPs的亲和的亲和力降低或产生新的力降低或产生新的PBPsPBPs所致；所致；而革兰氏阴性菌对而革兰氏阴性菌对-内酰胺类抗菌药物的耐内酰胺类抗菌药物的耐药性主要由药性主要由-内酰胺酶和细胞膜渗透性屏障内酰胺酶和细胞膜渗透性屏障（药物难以透过或极慢透过孔蛋白）所致。（药物难以透过或极慢透过孔蛋白）所致。-内酰胺酶耐药性的发展内酰胺酶耐药性的发展1 1、19401940年年首首次次在在大大肠肠埃埃希希氏氏菌菌中中确确定定-内内酰酰胺胺酶酶。随随后后这这种种酶酶在在许许多多其其它它细细菌菌中中被被检检测测到。到。2 2、19441944年年明明确确了了产产生生-内内酰酰胺胺酶酶(青青霉霉素素酶酶)是是金金葡葡菌菌对对青青霉霉素素耐耐药药的的机机理理。当当时时这这种种耐耐药药菌菌的的产产酶酶水水平平较较低低,但但随随着着青青霉霉素素的的广广泛泛应应用用,产酶水平和机率都随之增加。产酶水平和机率都随之增加。3 3、2020世世纪纪5050年年代代末末在在医医院院分分离离到到的的大大多多数数金金葡葡菌产生这种酶。菌产生这种酶。-内酰胺酶耐药性的发展内酰胺酶耐药性的发展 19571957年年,随着青霉素母核随着青霉素母核6-APA6-APA被分离被分离,出现了半合出现了半合成青霉素成青霉素,-,-内酰胺酶作为一种耐药机理具有了重要内酰胺酶作为一种耐药机理具有了重要意义。意义。例如例如,广谱青霉素类广谱青霉素类,氨苄青霉素和羧苄青霉素以氨苄青霉素和羧苄青霉素以及后来的羟氨苄青霉素和替卡西林及后来的羟氨苄青霉素和替卡西林,对金葡菌和肠杆菌对金葡菌和肠杆菌科的许多细菌产生的科的许多细菌产生的-内酰胺酶是不稳定的内酰胺酶是不稳定的,这些产这些产生生-内酰胺酶的菌株对这些广谱抗生素产生了耐药性。内酰胺酶的菌株对这些广谱抗生素产生了耐药性。拟杆菌属也产生拟杆菌属也产生-内酰胺酶内酰胺酶,对氨苄青霉素和羟对氨苄青霉素和羟氨青霉素耐药。氨青霉素耐药。-内酰胺酶耐药性的发展内酰胺酶耐药性的发展1 1、在、在1961年氨苄青霉素首次应用时年氨苄青霉素首次应用时,在英国医院分离的在英国医院分离的大肠埃希氏菌耐药菌株占大肠埃希氏菌耐药菌株占15%20%,而近年来在医而近年来在医院内和医院外这些耐药菌株已高达院内和医院外这些耐药菌株已高达40%；2 2、今天所产生的、今天所产生的-内酰胺酶粘膜炎布兰汉氏球菌比十年内酰胺酶粘膜炎布兰汉氏球菌比十年前更为常见，最近从各个不同国家分离出的这种耐药菌前更为常见，最近从各个不同国家分离出的这种耐药菌的比例已从的比例已从38%上升到上升到78%；3 3、另外、另外,自半合成青霉素出现以来自半合成青霉素出现以来,过去过去-内酰胺酶呈阴内酰胺酶呈阴性的某些病原菌中也已出现了产生性的某些病原菌中也已出现了产生-内酰胺酶菌株内酰胺酶菌株4、1974年年,首次在流感嗜血杆菌中发现了产生首次在流感嗜血杆菌中发现了产生-内酰胺内酰胺酶的耐药菌；酶的耐药菌；5、1976年年,第一次报告在淋球菌中有产生第一次报告在淋球菌中有产生-内酰胺酶的内酰胺酶的菌株；近来又在粪链球菌及脑膜炎双球菌中也出现了产菌株；近来又在粪链球菌及脑膜炎双球菌中也出现了产生生-内酰胺酶的菌株。内酰胺酶的菌株。-内酰胺酶的作用特征内酰胺酶的作用特征1、分布：、分布：-内酰胺酶广泛分布于革兰氏阳性和阴性菌及内酰胺酶广泛分布于革兰氏阳性和阴性菌及放线菌和分支杆菌中；它们既能在细菌壁外放线菌和分支杆菌中；它们既能在细菌壁外,也能在也能在细菌壁内起作用。细菌壁内起作用。2、存在形式：、存在形式：在革兰氏阳性细菌中在革兰氏阳性细菌中,如金葡菌如金葡菌,这种酶分泌于这种酶分泌于细胞外细胞外,即为胞外酶即为胞外酶,使菌体细胞上的抗生素失去活使菌体细胞上的抗生素失去活性；而在革兰氏阴性细菌中性；而在革兰氏阴性细菌中,-内酰胺酶常存在于细内酰胺酶常存在于细胞周质内，即为胞内酶胞周质内，即为胞内酶,该处也有青霉素靶酶该处也有青霉素靶酶,在这在这种情况下种情况下,抗生素在周质中被广泛灭活抗生素在周质中被广泛灭活,而在细菌壁而在细菌壁外的灭活是微不足道的。外的灭活是微不足道的。在有些情况下在有些情况下,产生产生-内酰胺酶的遗传信息存在内酰胺酶的遗传信息存在于染色体中；而在另一些情况下则存在于质粒中。于染色体中；而在另一些情况下则存在于质粒中。-内酰胺酶的作用特征内酰胺酶的作用特征3、传递：、传递：质粒的复制可以很快地从一个细菌细质粒的复制可以很快地从一个细菌细胞传递到另一个细菌细胞胞传递到另一个细菌细胞,这种传递不仅这种传递不仅可发生于同种细菌间可发生于同种细菌间,而且也可发生在不而且也可发生在不同种细菌间甚至不同的属间。因此同种细菌间甚至不同的属间。因此,就产就产生了在不相关的细菌间耐药性散播的可生了在不相关的细菌间耐药性散播的可能性。能性。-内酰胺酶的分类内酰胺酶的分类Richmond和和Sykes分类法（表）分类法（表）:这种分类系统的依据有这种分类系统的依据有3点点:一是这种酶对不同一是这种酶对不同-内酰胺类抗生素的水内酰胺类抗生素的水解速度；解速度；二是对二是对-内酰胺酶抑制剂的敏感度；内酰胺酶抑制剂的敏感度；三是这种酶的产生是由质粒介导的还是由三是这种酶的产生是由质粒介导的还是由染色体介导的。染色体介导的。由此可将由此可将-内酰胺酶分成如下内酰胺酶分成如下5种类型种类型:Richmond&Sykes-内酰胺酶分类法内酰胺酶分类法分类分类底物底物抑制剂抑制剂基因定位基因定位I头孢菌素类头孢菌素类邻氯青霉素邻氯青霉素染色体染色体II青霉素类青霉素类邻氯青霉素和邻氯青霉素和棒酸棒酸染色体染色体III青霉素类和头青霉素类和头孢菌素类孢菌素类邻氯青霉素和邻氯青霉素和棒酸棒酸质粒质粒IV青霉素类和头青霉素类和头孢菌素类孢菌素类对对-氯汞苯甲酸氯汞苯甲酸酯和棒酸酯和棒酸染色体染色体V青霉素类青霉素类棒酸棒酸质粒质粒Richmond&Sykes-内酰胺酶分类法内酰胺酶分类法n型型:这种类型的酶是由能高速水解头孢菌素类的这种类型的酶是由能高速水解头孢菌素类的-内酰胺内酰胺酶组成。因此通常被称为头孢菌素酶酶组成。因此通常被称为头孢菌素酶,它们是由染色体介导它们是由染色体介导的。其典型酶是由大肠杆菌属、沙雷氏菌属和绿脓杆菌产生的。其典型酶是由大肠杆菌属、沙雷氏菌属和绿脓杆菌产生的。的。n型型:这类酶是由变形杆菌所特有的这类酶是由变形杆菌所特有的-内酰胺酶组成内酰胺酶组成,它们它们是由染色体介导的。由于是由染色体介导的。由于n这类酶水解青霉素的速率比水解头孢菌素更快这类酶水解青霉素的速率比水解头孢菌素更快,所以也被称所以也被称为青霉素酶。为青霉素酶。n型型:这类酶对青霉素和头孢菌素的活性大致相同这类酶对青霉素和头孢菌素的活性大致相同,它们是它们是由质粒介导的。由质粒介导的。n型型:这类酶是典型的由染色体介导的肺炎克雷伯氏菌所这类酶是典型的由染色体介导的肺炎克雷伯氏菌所产生的。产生的。n型型:这类酶是由质粒介导的这类酶是由质粒介导的,包括大肠杆菌中的苯唑青霉包括大肠杆菌中的苯唑青霉素水解酶素水解酶(该酶也能水解异恶唑类青霉素该酶也能水解异恶唑类青霉素)以及与假单孢菌有以及与假单孢菌有关的关的,能很快水解羧苄青霉素的绿脓杆菌酶。能很快水解羧苄青霉素的绿脓杆菌酶。Bush-Jacoby-Medeiros-内酰胺酶分类法内酰胺酶分类法分类法分类法优先被水解的底物优先被水解的底物抑制剂抑制剂代表性酶代表性酶Bush-Jacoby-MedeirosRichmond&Sykes棒酸棒酸EDTAa1（C类）类）Ia,Ib,Id头孢菌素类头孢菌素类-革兰氏阴性菌革兰氏阴性菌AmpC酶；酶；MIR-12a（A类）类）未包括未包括青霉素类青霉素类+-革兰氏阳性菌青霉素革兰氏阳性菌青霉素酶酶2b（A类）类）III头孢菌素类头孢菌素类青霉素类青霉素类+-TEM-1、TEM-2、SHV-12be（A类）类）除除IV类中的类中的K1外，其外，其余未包括余未包括青霉素类、窄谱和青霉素类、窄谱和广谱头孢菌素广谱头孢菌素类、单环类类、单环类+-TEM-1至至TEM-26、SHV-1至至SHV-6、Oxytoca克雷伯氏克雷伯氏K12br（A类）类）未包括未包括青霉素类青霉素类-TEM-30至至TEM-36、TRC-12c（A类）类）II，IV青霉素类青霉素类羧苄青霉素羧苄青霉素+-PSE-1、PSE-3、PSE-42d（D类）类）V青霉素青霉素邻氯青霉素邻氯青霉素-OXA-1至至OXA-11、PSE-2(OXA-10)2e（A类）类）Ic头孢菌素类头孢菌素类+-普通变形杆菌的诱普通变形杆菌的诱导性头孢菌素酶导性头孢菌素酶2f（A类）类）未包括未包括青霉素类、头孢菌青霉素类、头孢菌素类、碳青霉素类、碳青霉烯类烯类+-阴沟肠杆菌阴沟肠杆菌NMC-A、粘质沙雷氏菌、粘质沙雷氏菌Sme-13(B类，金属类，金属-内酰胺内酰胺酶酶)未包括未包括大多数大多数-内酰胺类内酰胺类包括碳青霉烯包括碳青霉烯类类-+X.maltophilia L1脆弱拟杆菌脆弱拟杆菌CcrA4（其它类）（其它类）未包括未包括青霉素类青霉素类-？P.cepacia青霉素酶青霉素酶三、克服细菌对三、克服细菌对-内酰胺抗生素内酰胺抗生素产生耐药性的对策产生耐药性的对策n一个好的个好的-内酰胺类抗生素，能够有效地抑制内酰胺类抗生素，能够有效地抑制粘肽的合成，则必须具备以下三个条件：粘肽的合成，则必须具备以下三个条件：1)有好的渗透性有好的渗透性,使药物能达到作用部位；使药物能达到作用部位；n2)对对-内酰胺酶稳定，使内酰胺酶稳定，使-内酰胺环不被酶解；内酰胺环不被酶解；n3)对靶酶，即对青霉素结合蛋白有高的亲和力，对靶酶，即对青霉素结合蛋白有高的亲和力，从而抑制从而抑制PBPs的酶活力的酶活力,使细菌生长抑制或死使细菌生长抑制或死亡。亡。细菌对细菌对-内酰胺类抗生素的产生耐药性的三种主要机制内酰胺类抗生素的产生耐药性的三种主要机制-内酰胺酶抑制剂的发展内酰胺酶抑制剂的发展1、早在、早在20世纪世纪40年代中期年代中期,已清楚地了解已清楚地了解到抑制到抑制-内酰胺酶能增强青霉素内酰胺酶能增强青霉素G的效力。的效力。抑制抑制-内酰胺酶的早期工作内酰胺酶的早期工作,包括抗包括抗-内内酰胺酶血清应用可能性的研究酰胺酶血清应用可能性的研究,以及各种以及各种可能成为可能成为-内酰胺酶抑制剂的有机化合内酰胺酶抑制剂的有机化合物的筛选。在这些化合物中物的筛选。在这些化合物中,某些化合物某些化合物显示了较弱的抑制活性显示了较弱的抑制活性,没有一个有希望没有一个有希望可用于临床。可用于临床。-内酰胺酶抑制剂的发展内酰胺酶抑制剂的发展2、20世纪世纪60年代随着半合成青霉素的出现年代随着半合成青霉素的出现,发发现某些青霉素现某些青霉素(如甲氧西林、乙氧萘青霉素和如甲氧西林、乙氧萘青霉素和异恶唑类青霉素异恶唑类青霉素)有这种酶抑制剂的作用有这种酶抑制剂的作用,又重又重新唤起了人们对新唤起了人们对-内酰胺酶抑制剂的兴趣内酰胺酶抑制剂的兴趣,并开并开始研究结合其它青霉素使用时的协同作用。但始研究结合其它青霉素使用时的协同作用。但由于半合成青霉素作为由于半合成青霉素作为-内酰胺酶抑制剂有着内酰胺酶抑制剂有着很大的局限性而没能应用于临床。尽管如此很大的局限性而没能应用于临床。尽管如此,这这些药物在临床上的潜在效果是清楚的。些药物在临床上的潜在效果是清楚的。-内酰胺酶抑制剂的发展内酰胺酶抑制剂的发展3、20世纪世纪70年代初年代初,开始从微生物中筛选开始从微生物中筛选-内酰胺内酰胺酶抑制剂的研究酶抑制剂的研究,使这一研究领域出现了转机。抑使这一研究领域出现了转机。抑制制-内酰胺酶的作用首次在一株橄榄色链霉菌中被内酰胺酶的作用首次在一株橄榄色链霉菌中被检测到检测到,这种作用是由这种作用是由-内酰胺族化合物产生的内酰胺族化合物产生的,这这些化合物被称为橄榄酸。某些产生些化合物被称为橄榄酸。某些产生-内酰胺酶的致内酰胺酶的致病菌病菌,包括肺炎克雷伯氏菌和金葡菌包括肺炎克雷伯氏菌和金葡菌,在橄榄酸存在在橄榄酸存在时时,由于它抑制了由于它抑制了-内酰胺酶内酰胺酶,使这些致病菌对氨苄使这些致病菌对氨苄青霉素和羟氨苄青霉素变得敏感。但在另一些病原青霉素和羟氨苄青霉素变得敏感。但在另一些病原菌中菌中,橄榄酸的作用则很小橄榄酸的作用则很小,这是因为它穿透细菌细这是因为它穿透细菌细胞壁或细胞膜的能力较差胞壁或细胞膜的能力较差,且其在体内代谢很快且其在体内代谢很快,最最终没能用于临床。终没能用于临床。-内酰胺酶抑制剂的发展内酰胺酶抑制剂的发展4、虽然橄榄酸是一种、虽然橄榄酸是一种-内酰胺酶抑制剂内酰胺酶抑制剂,但在临但在临床上无应用价值。尽管如此床上无应用价值。尽管如此,对微生物的筛选对微生物的筛选工作仍在不断开展。终于在工作仍在不断开展。终于在1976年从棒状链年从棒状链霉菌的代谢产物中分离得到了具有强霉菌的代谢产物中分离得到了具有强-内酰胺内酰胺酶抑制作用的化合物酶抑制作用的化合物,定名为克拉维酸定名为克拉维酸(或称棒或称棒酸酸),它没有橄榄酸的缺点。它没有橄榄酸的缺点。-内酰胺酶抑制剂的发展内酰胺酶抑制剂的发展5、1978年年Englikh等报道了青霉烷酸及其砜类等报道了青霉烷酸及其砜类的的-内酰胺酶抑制剂。其中青霉烷砜内酰胺酶抑制剂。其中青霉烷砜(舒舒n巴克坦巴克坦)就是一个很好的就是一个很好的-内酰胺酶抑制剂。内酰胺酶抑制剂。它本身不具抗菌活性它本身不具抗菌活性,但它在较低的浓度时但它在较低的浓度时,对对、和和型酶都具有很强的不可逆抑制型酶都具有很强的不可逆抑制作用作用,它与多种它与多种-内酰胺类抗生素联合使用能产内酰胺类抗生素联合使用能产生明显的协同作用生明显的协同作用,从而对大部分耐药菌的最低从而对大部分耐药菌的最低抑菌浓度降至这些抗生素的敏感范围内。抑菌浓度降至这些抗生素的敏感范围内。-内酰胺酶抑制剂的发展内酰胺酶抑制剂的发展5、克拉维酸是第一个被应于临床的、克拉维酸是第一个被应于临床的-内内酰胺酶抑制剂酰胺酶抑制剂,它具有氧杂青霉烯的化学它具有氧杂青霉烯的化学结构结构,它本身所具有的抗菌活性很弱它本身所具有的抗菌活性很弱,但它但它与羟氨苄青霉素组成的复合剂奥格门汀、与羟氨苄青霉素组成的复合剂奥格门汀、与羧噻吩青霉素组成的复合剂替门汀与羧噻吩青霉素组成的复合剂替门汀（timentin）都具有很好的协同作用。都具有很好的协同作用。-内酰胺酶抑制剂的发展内酰胺酶抑制剂的发展6、优立新、优立新(unaysn)是氨苄青霉素与青霉是氨苄青霉素与青霉烷砜的复合剂烷砜的复合剂,舒普深（舒普深（sulperazon）是）是头孢呱酮与青霉烷砜组成的复合剂头孢呱酮与青霉烷砜组成的复合剂,这两这两个品种已经上市个品种已经上市。-内酰胺酶抑制剂的发展内酰胺酶抑制剂的发展7、青霉烷砜的缺点是吸收不良、青霉烷砜的缺点是吸收不良,辉瑞公司合成了它的辉瑞公司合成了它的匹呋酯以改善它在给药后的利用度。匹呋酯以改善它在给药后的利用度。另外另外,为了克服青霉烷砜和为了克服青霉烷砜和-内酰胺类抗生素联内酰胺类抗生素联合使用时二者在吸收速率、体内分布和有效作用合使用时二者在吸收速率、体内分布和有效作用等方面的差异等方面的差异,丹麦丹麦Leo公司公司Baltzer等根据互为前等根据互为前体药物的原理体药物的原理,将青霉烷砜和氨苄青霉素缩合成双将青霉烷砜和氨苄青霉素缩合成双酯化合物舒他西林（酯化合物舒他西林（sultamicillin）,以克服青霉以克服青霉烷砜和烷砜和-内酰胺类抗生素口服吸收差的缺点内酰胺类抗生素口服吸收差的缺点,并可并可以使青霉烷砜和以使青霉烷砜和-内酰胺类抗生素在相同的时间内酰胺类抗生素在相同的时间以相同的速率吸收以相同的速率吸收,且有相似的血药半衰期。且有相似的血药半衰期。组成奥格门汀组成奥格门汀的两种化合物的结构的两种化合物的结构棒酸棒酸羟氨苄青霉素羟氨苄青霉素组成替门汀的两种化合物的结构组成替门汀的两种化合物的结构棒酸棒酸羧噻吩青霉素羧噻吩青霉素组成优力新的两种化合物的结构组成优力新的两种化合物的结构舒巴坦舒巴坦氨苄青霉素氨苄青霉素组成舒普深的两种化合物的结构组成舒普深的两种化合物的结构舒巴坦舒巴坦头孢哌酮头孢哌酮组成他佐西林的两种化合物的结构组成他佐西林的两种化合物的结构他佐巴坦他佐巴坦氧哌嗪青霉素氧哌嗪青霉素舒他西林的化学结构舒他西林的化学结构-内酰胺酶抑制剂的作用机制内酰胺酶抑制剂的作用机制克拉维酸对克拉维酸对-内酰胺酶的活性位点有内酰胺酶的活性位点有高亲和力高亲和力,能与催化中心相结合能与催化中心相结合,以竞争性以竞争性抑制剂的方式发挥作用。随后与酶分子抑制剂的方式发挥作用。随后与酶分子中的丝氨酸的羟基发生反应中的丝氨酸的羟基发生反应,通过通过-内酰内酰胺羰基和胺羰基和-内酰胺环打开而使酶酰化内酰胺环打开而使酶酰化(图）图）。克拉维酸的作用机制克拉维酸的作用机制克拉维酸的作用机制克拉维酸的作用机制这个反应和这个反应和-内酰胺酶与敏感底物如苄青霉素之内酰胺酶与敏感底物如苄青霉素之间发生的反应是一样的。间发生的反应是一样的。对于一般敏感底物对于一般敏感底物,酰基酰基-酶复合物迅速水解释放酶复合物迅速水解释放出活性酶和无抗菌活性的产物。出活性酶和无抗菌活性的产物。而由克拉维酸与酶形成的酰基而由克拉维酸与酶形成的酰基-酶复合物则相对比酶复合物则相对比较稳定较稳定,水解很慢水解很慢,或者与酶发生进一步反应而达到更或者与酶发生进一步反应而达到更稳定。因为稳定。因为-内酰胺环的水解及随后的恶唑烷环打内酰胺环的水解及随后的恶唑烷环打开暴露出了反应基团开暴露出了反应基团,在活性部分形成稳定的共价键。在活性部分形成稳定的共价键。产生这种类型的抑制作用的化合物被称为自杀性产生这种类型的抑制作用的化合物被称为自杀性抑制剂或依赖失活作用机理的灭活剂。由于这些反应抑制剂或依赖失活作用机理的灭活剂。由于这些反应具时间依赖性具时间依赖性,因此克拉维酸可称是一个进行性抑制因此克拉维酸可称是一个进行性抑制剂。剂。克拉维酸的作用机制克拉维酸的作用机制酶与克拉维酸的内酰胺环反应酶与克拉维酸的内酰胺环反应,生成生成强的结合物强的结合物(I)后后,酶暂时被抑制酶暂时被抑制,随后一随后一部分水解为原来的酶和克拉维酸部分水解为原来的酶和克拉维酸,另一部另一部分脱酰化反应产生反应性很强的衍生物分脱酰化反应产生反应性很强的衍生物(和和),再与酶作用形成无活性的不可再与酶作用形成无活性的不可逆的蛋白质逆的蛋白质(酶酶)结合物结合物(、和和),即即酶被不可逆地钝化、抑制剂本身也被破酶被不可逆地钝化、抑制剂本身也被破坏。坏。人体内人体内-内酰胺酶内酰胺酶-肾脱氢肽酶抑制剂的研究开发肾脱氢肽酶抑制剂的研究开发肾肽酶的发现及作用机制肾肽酶的发现及作用机制1976年发现的硫霉素年发现的硫霉素(thienamycin)是第是第一个天然的碳青霉烯类抗生素一个天然的碳青霉烯类抗生素,它开辟了它开辟了-内酰内酰胺抗生素研究的新纪元。硫霉素具有广谱、高胺抗生素研究的新纪元。硫霉素具有广谱、高效、对细菌产生的效、对细菌产生的-内酰胺酶稳定等显著特点内酰胺酶稳定等显著特点,但由于其化学不稳定但由于其化学不稳定,难以应用于临床。硫霉素难以应用于临床。硫霉素的的N-亚胺甲基衍生物亚胺甲基衍生物-亚胺配能亚胺配能(imipenem)的获得的获得,不仅解决了硫霉素的化学不稳定性不仅解决了硫霉素的化学不稳定性,而而且还进一步提高了其抗菌活性。亚胺配能是第且还进一步提高了其抗菌活性。亚胺配能是第一个用于临床的碳青霉烯类抗生素。一个用于临床的碳青霉烯类抗生素。肾肽酶的发现及作用机制肾肽酶的发现及作用机制亚胺配能在尿中回收率极低的原因经亚胺配能在尿中回收率极低的原因经Kropp等人的研究发现等人的研究发现:在人肾脏中存在着一种在人肾脏中存在着一种酶酶-肾脱氢肽酶肾脱氢肽酶(Dehydropeptidase-I,DHP-I.E.C.3.4.13.11),简称肾肽酶简称肾肽酶,对其降解所致。对其降解所致。肾肽酶存在于肾小管近端的刷状边缘微细绒毛肾肽酶存在于肾小管近端的刷状边缘微细绒毛上上,当碳青霉烯类从肾小球滤过和从肾小管分泌当碳青霉烯类从肾小球滤过和从肾小管分泌时被其降解。它的作用类似与细菌的时被其降解。它的作用类似与细菌的-内酰胺内酰胺酶酶,是人体内的是人体内的-内酰胺酶。内酰胺酶。肾肽酶底物脱氢二肽及类似物硫霉素和亚胺肾肽酶底物脱氢二肽及类似物硫霉素和亚胺配能以及肾肽酶抑制剂西司他丁的结构配能以及肾肽酶抑制剂西司他丁的结构R=H硫霉素R=CH=NH亚胺配能脱氢二肽底物西司他丁有青霉烷结构的青霉素有青霉烷结构的青霉素G与具有碳青霉烯结构的硫霉素的比较与具有碳青霉烯结构的硫霉素的比较碳青霉烯是一组新型碳青霉烯是一组新型-内酰胺类抗生素，与传统的具有青霉烷结构内酰胺类抗生素，与传统的具有青霉烷结构的抗生素相比，其母核的五员环上由碳代替了硫，且的抗生素相比，其母核的五员环上由碳代替了硫，且2，3位之间存位之间存在一个在一个C=C双键，另外，其双键，另外，其6位羟乙基侧链为反式构像。位羟乙基侧链为反式构像。目前已经上市和即将上市品种简介目前已经上市和即将上市品种简介亚胺培南亚胺培南西司他丁西司他丁帕尼培南帕尼培南倍他米隆倍他米隆美罗培南美罗培南比阿培南比阿培南羟苯胺培南羟苯胺培南头孢菌素类抗生素的研究进展头孢菌素类抗生素的研究进展n头孢菌素类抗生素是包括头孢烯、氧头孢烯、碳头头孢菌素类抗生素是包括头孢烯、氧头孢烯、碳头孢烯及孢烯及7-甲氧头孢烯在内的一大类抗生素。甲氧头孢烯在内的一大类抗生素。n这类药物经过四十多年的研究开发，至这类药物经过四十多年的研究开发，至2000年，已年，已经上市了经上市了56种产品，其中第一代种产品，其中第一代13种、第二代种、第二代15种、第三代种、第三代24种以及第四代种以及第四代4种。种。n一般认为，头孢类抗菌药物的分代是以抗菌谱的扩一般认为，头孢类抗菌药物的分代是以抗菌谱的扩展为基本标准的，它们的抗菌特征如下。展为基本标准的，它们的抗菌特征如下。第一代头孢菌素的特征是：第一代头孢菌素的特征是：1、菌谱与氨苄西林等广谱青霉素相同；、菌谱与氨苄西林等广谱青霉素相同；2、对产青霉素酶的金黄色葡萄球菌、大肠艾希、对产青霉素酶的金黄色葡萄球菌、大肠艾希菌、肺炎杆菌的抗菌活性比广谱青霉素强；菌、肺炎杆菌的抗菌活性比广谱青霉素强；3、抗容血链球菌、肺炎链球菌、肠球菌和流感、抗容血链球菌、肺炎链球菌、肠球菌和流感杆菌的活性不如青霉素；杆菌的活性不如青霉素；4、对吲哚阳性变形杆菌、铜绿假单孢菌、沙雷、对吲哚阳性变形杆菌、铜绿假单孢菌、沙雷菌无效；菌无效；5、对青霉素酶稳定，但易被头孢菌素酶分解。、对青霉素酶稳定，但易被头孢菌素酶分解。第二代头孢菌素的特征是：第二代头孢菌素的特征是：1、抗革兰氏阳性菌活性与第一代相似或微弱；、抗革兰氏阳性菌活性与第一代相似或微弱；2、抗革兰氏阴性菌如流感杆菌、吲哚阳性变形杆菌、肠、抗革兰氏阴性菌如流感杆菌、吲哚阳性变形杆菌、肠杆菌属和枸橼酸杆菌的活性较第一代增强；杆菌属和枸橼酸杆菌的活性较第一代增强；3、某些品种如头孢西丁、头孢美唑和头孢替坦对厌氧菌、某些品种如头孢西丁、头孢美唑和头孢替坦对厌氧菌有效；有效；4、某些品种如头孢孟多和头孢替安对青霉素酶稳定，但、某些品种如头孢孟多和头孢替安对青霉素酶稳定，但可被头孢菌素酶分解，但头孢呋辛对青霉素酶和头可被头孢菌素酶分解，但头孢呋辛对青霉素酶和头孢菌素酶都稳定。往往对革兰氏阳性菌的活性比较孢菌素酶都稳定。往往对革兰氏阳性菌的活性比较强，而第二代具有比较强的抗革兰氏阴性菌活性。强，而第二代具有比较强的抗革兰氏阴性菌活性。第三代头孢菌素的特征是：第三代头孢菌素的特征是：1、抗金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌的活性不如第一代和第二代，、抗金黄色葡萄球菌等革兰氏阳性菌的活性不如第一代和第二代，但头孢唑喃和氟氧头孢除外；但头孢唑喃和氟氧头孢除外；2、对革兰氏阴性菌的作用优于第二代，抗菌活性增强，抗菌谱扩、对革兰氏阴性菌的作用优于第二代，抗菌活性增强，抗菌谱扩展到吲哚阳性变形杆菌、肠杆菌属、枸橼酸杆菌、沙雷菌和拟展到吲哚阳性变形杆菌、肠杆菌属、枸橼酸杆菌、沙雷菌和拟杆菌；头孢哌酮、头孢他丁、头孢咪唑和头孢匹胺对铜绿假单杆菌；头孢哌酮、头孢他丁、头孢咪唑和头孢匹胺对铜绿假单孢菌也有效；孢菌也有效；3、对大部分、对大部分内酰胺酶（包括内酰胺酶（包括TEM-1、TEM-2和和SHV-1等质粒等质粒介导的广谱介导的广谱内酰胺酶）稳定，但可被超广谱内酰胺酶）稳定，但可被超广谱内酰胺酶分内酰胺酶分解。解。头孢米诺、头孢替坦和头孢拉腙等在头孢米诺、头孢替坦和头孢拉腙等在7位上具有甲氧基的位上具有甲氧基的头霉素类衍生物对大部分头霉素类衍生物对大部分内酰胺酶，包括超广谱内酰胺酶，包括超广谱内酰胺内酰胺酶都很稳定。由于第三代头孢菌素比第二代头孢菌素更优，其酶都很稳定。由于第三代头孢菌素比第二代头孢菌素更优，其除具有第二代头孢菌素的抗菌作用特点外，还对铜绿假单胞菌除具有第二代头孢菌素的抗菌作用特点外，还对铜绿假单胞菌和其他一些耐药菌有效，故也被称之为超广谱头孢菌素和其他一些耐药菌有效，故也被称之为超广谱头孢菌素。第四代头孢菌素的特征是：第四代头孢菌素的特征是：1、对青霉素结合蛋白有高度亲和力；、对青霉素结合蛋白有高度亲和力；2、可通过革兰氏阴性菌的外膜孔道迅速扩散到细菌周质、可通过革兰氏阴性菌的外膜孔道迅速扩散到细菌周质并维持高浓度；并维持高浓度；3、具有较低的、具有较低的内酰胺酶亲和性与诱导性，对染色体内酰胺酶亲和性与诱导性，对染色体介导的和部分质粒介导的介导的和部分质粒介导的内酰胺酶稳定。内酰胺酶稳定。第四代头孢菌素对革兰阳性菌、阴性菌、厌氧菌第四代头孢菌素对革兰阳性菌、阴性菌、厌氧菌显示广谱抗菌活性，与第三代头孢菌素相比，增强了显示广谱抗菌活性，与第三代头孢菌素相比，增强了抗革兰阳性菌的活性，特别是对链球菌、肺炎链球菌抗革兰阳性菌的活性，特别是对链球菌、肺炎链球菌等有很强的活性。等有很强的活性。-内酰胺类抗生素的研究动向内酰胺类抗生素的研究动向目前临床应用的目前临床应用的-内酰胺类抗生素除青霉素内酰胺类抗生素除青霉素G和和V是天然产物外，其余均为半合成产品。这类半合是天然产物外，其余均为半合成产品。这类半合成产品的主要研究动向可包括以下几个方面的内容：成产品的主要研究动向可包括以下几个方面的内容：(1)增加