细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展

细 菌 耐 药 性 发 展 与 抗 耐 药 菌 新 药 研 发陈 代 杰 （ 一 ）细 菌 耐 药 性 的 发 展 1940年 发 现 青 霉 素 酶1945年 20 以 上 的 医 院 临 床 金 葡 菌 产 生 青 霉 素 酶 （ 青 霉 素 1942年 用 于 临 床 ）1947年 发 现 链 霉 素 耐 药 菌 （ 1947年 FDA批 准 ）1956年 发 现 四 环 素 耐 药 菌 （ 1952年 FDA批 准 ）1961年 发 现 甲 氧 西 林 耐 药 金 葡 菌 （ MRSA） （ 1959年 FDA批 准 ）1966年 发 现 头 孢 噻 吩 耐 药 菌 （ 1964年 FDA批 准 ， 第 一 个 头 孢 类 抗 生 素 ）1970年 发 现 庆 大 霉 素 耐 药 菌 （ 1967年 FDA批 准 ）细 菌 耐 药 性 发 展 迅 速 1976年 首 次 在 淋 球 菌 中 发 现 可 转 移 的 青 霉 素 酶1983年 发 现 头 孢 噻 肟 耐 药 菌 （ 1981年 FDA批 准 ）1983年 首 次 发 现 青 霉 素 耐 药 肠 球 菌1987年 发 现 万 古 霉 素 耐 药 肠 球 菌 （ VRE） （ 1958年 FDA批 准 ）1987年 首 次 爆 发 对 第 三 代 头 孢 菌 素 耐 药 的 肺 炎 克 雷 伯 耐 药 菌1996年 发 现 中 介 万 古 霉 素 耐 药 金 葡 菌 （ VISA）1999年 发 现 社 区 获 得 性 MRSA2001年 发 现 利 奈 唑 酮 耐 药 金 葡 菌 和 VRE（ 2000年 上 市 ）2002年 发 现 对 万 古 霉 素 完 全 耐 药 的 金 葡 菌 （ VRSA）细 菌 耐 药 性 发 展 迅 速 Emergence of multidrug resistance in Staphylococcus aureus.The Brazilian clone of methicillin-resistant S. aureus (MRSA), isolated in 1994 (2), was resistant (R) to nearly all the antibiotics listed.Most of the resistance mechanisms were not adaptive (A), but acquired (+) from an extraspecies source. In contrast, an invasive strain of S. aureus (MSSA), recovered in 1930, was susceptible (S) to all the agents. Resistant strains spread rapidly 1980 1985 1990 1995 2000*Fluoroquinoline-resistant Pseudomonas aeruginosa6050403020100 MRSAVREFQRP* 分离率% Tough bug. Mycobacterium tuberculosis 目 前 临 床 上 棘 手 的 “ 超 级 细 菌 ” 超 级 细 菌 不 是 一 个 学 术 名 词 ， 通 常 是 指 临 床 上 对 多 种 抗 菌 药 物 产 生耐 药 性 的 细 菌 目 前 临 床 上 遭 遇 的 超 级 细 菌 主 要 是 “ ESKAPE” E： 万 古 霉 素 耐 药 肠 球 菌 （ 革 兰 阳 性 ， 2004年 VRE分 离 率 达 31.3% ） (Vancomycin Resistant Enterococcus ) S： 甲 氧 西 林 耐 药 金 黄 色 葡 萄 球 菌 （ 革 兰 阳 性 ， 2002年 发 现 第 一 例 VRSA ） (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus ) K： 肺 炎 克 雷 伯 菌 （ 革 兰 阴 性 ） (Klebsiella pneumoniae ) A： 鲍 曼 不 动 杆 菌 （ 革 兰 阴 性 ） (Acinetobacter baumannii ) P： 铜 绿 假 单 胞 菌 （ 革 兰 阴 性 ） (Pseudomonas aeruginosa ) E： 肠 杆 菌 （ 革 兰 阴 性 ） (Enterobacter ) 最 近 几 起 引 起 公 众 恐 慌 的 细 菌 感 染 事 件 NDM-1超 级 细 菌 2010年 发 现 ， 已 经 在 法 国 、 比 利 时 、 美 国 、 加 拿 大 、澳 大 利 亚 、 日 本 等 国 家 发 现 猪 链 球 菌 1998年 江 苏 省 南 通 市 发 生 猪 链 球 菌 疫 情 ， 并 导 致 人 死亡 。 2006年 四 川 省 资 阳 市 部 分 地 区 相 继 发 生 由 猪 链 球菌 病 感 染 所 致 猪 死 亡 ， 并 感 染 至 人 ， 发 病 200余 例 ，其 中 死 亡 37例 大 肠 杆 菌 变 种 O-157 1996年 5-9月 ， 日 本 发 生 “ O-157” 大 肠 杆 菌 出 血 性 肠炎 大 规 模 流 行 ， 发 病 1万 多 人 ， 并 造 成 12人 死 亡 ， 引起 了 全 世 界 的 关 注 （ 二 ） 超 级 细 菌 从 何 而 来 抗 生 素 滥 用 是 导 致 细 菌 耐 药 性泛 滥 和 广 泛 传 播 的 罪 魁 祸 首 美 国 买 抗 生 素 比 买 枪 难 （ 独 家 报 道 ）而 中 国 滥 用 抗 生 素 每 年 致 8万 人 丧 生 ， 损 失 800亿 生 命 时 报 （ 2009年 1月 20日 第 02 版 ） 1选 择 压 力 造 成 的 细 菌 耐 药 性 （ 1） 临 床 抗 菌 药 物 的 滥 用 抗 菌 药 物 的 滥 用 ， 导 致 对 细 菌 产 生 巨 大 的 选 择 压 力（ selective pressure） ， 使 那 些 原 来 只 占 极 小 比 例 的耐 药 菌 （ 10-610-9， 自 发 突 变 频 率 ） ， 迅 速 繁 殖 （ 2） 非 临 床 抗 菌 药 物 的 滥 用 作 为 AGP（ 动 物 生 长 促 进剂 ） ， 在 动 物 中 被 大 量地 使 用 ， 造 成 人 畜 细 菌的 交 叉 耐 药 性 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 2006年 11月 17日 ： 上 海 检 查 多 宝 鱼 ， 发 现 存 在 药 物 残 留 超 标 。 沪 西 水 产 市 场 发 出通 知 ， 要 求 即 日 停 止 销 售 多 宝 鱼 ， 原 因 是 “ 市 场 上 所 销 售 的 多 宝 鱼 ， 全 部 不 同 程度 地 被 检 验 出 含 有 硝 基 呋 喃 类 代 谢 物 、 环 丙 沙 星 、 孔 雀 石 绿 及 土 霉 素 等 药 物 ” 2抗 生 素 诱 导 产 生 细 菌 耐 药 性 （ 1） “ 沉 默 ” 耐 药 基 因 的 诱 导红 霉 素 诱 导 的 红 霉 素 甲 基 化 酶红 霉 素最 广 泛 的 红 霉 素 抗 性 产 生 及 传 播 的 机 制 是 通 过 在 核 糖 体 A2058的 N6上 单 甲 基 和双 甲 基 化 来 降 低 红 霉 素 与 RNA的 亲 和 力 而 产 生 抗 性Erm机 制 是 金 黄 色 葡 萄 球 菌 产 生 红 霉 素 抗 性 的 主 要 原 因 ， 金 黄 色 葡 萄 球 菌 主 要 靠 ermA、 ermB、 ermC及 ermF这 四 个 基 因 的 产 物 来 甲 基 化 修 饰 碱 基 而 得 到 红霉 素 抗 性 腺 嘌 呤 CH3 （ 2） 抗 生 素 诱 导 细 胞 感 受 态 造 成 的 细 菌 耐 药 性实 验 证 明 ：将 携 带 链 霉 素 耐 受 基 因 的 DNA片 段 加 入 到 肺 炎 链 球 菌 培 养 物 中 ， 同时 加 入 一 定 剂 量 （ 625ng/ml ， 链 霉 素 必 须 适 量 避 免 导 致 菌 体 大 规模 死 亡 ， ） 的 链 霉 素 ， 并 用 无 链 霉 素 添 加 的 培 养 物 作 为 对 照结 果 显 示 ， 在 链 霉 素 处 理 过 的 培 养 物 中 出 现 了 耐 受 ， 而 对 照 实 验 中则 没 有 出 现 耐 受 ， 因 此 可 以 确 定 链 霉 素 诱 发 的 感 受 态 细 胞 能 够 有 效吸 收 外 源 DNA用 于 同 源 重 组 肺 炎 链 球 菌 感 受 态 调 控 系 统 丝 裂 菌 素 C能 够 诱 导 肺 炎 链 球 菌 中 Com基 因 的 表 达 ， 使 正 常 细 胞 转 变为 感 受 态 细 胞 从 而 促 进 细 胞 内 部 的 转 化 作 用 （ 3） 抗 生 素 诱 导 产 生 SO S反 应 造 成 的 细 菌 耐 药 性某 些 抗 生 素 如 丝 裂 菌 素 C和 喹 喏 酮 能 在 大 肠 杆 菌 中 诱 发 SOS反 应SOS反 应 是 细 胞 的 一 种 易 错 修 复 机 制 ， 通 过 提 高 突 变 率 从而 降 低 菌 体 的 死 亡 率 3耐 药 菌 产 生 的 吲 哚 协 助 敏 感 菌抵 御 抗 生 素 的 作 用 Bacterial charity work leads to population-wide resistanceA population-based antibiotic-resistance mechanism a, In the absence of antibiotic stress, wild-type cells naturally produce indole b, Under antibiotic stress, wild-type cells stop producing indole and eventually diec, When a drug-resistant mutant emerges, it is able to produce indole even under antibiotic stress. This indole allows the more vulnerable cells in the population to survive the antibiotic stress, by inducing various antibiotic-tolerance mechanisms, thereby boosting the survival capacity of the population 4耐 药 基 因 的 扩 散 与 传 播 转 座 子 与 质 粒“ 跳 跃 的 基 因 ” 与 Barbara McClintock 1951年 发 现 ， 1983年 在 她 81岁 高 龄 时 获 得 了 诺 贝 尔 医 学 奖 敏 感 菌 通 过 携 带 有 耐 药 基 因 的质 粒 转 移 获 得 耐 药 性 的 过 程 肠 球 菌 的 耐 药 菌 株 增 多 可 基 于 由 多 种 转 座 子 介 导 的 耐 药 基 因 转 移 （ 三 ）细 菌 对 抗 菌 药 物 产 生 耐 药 性 的 作 用 机 制 及抗 耐 药 菌 新 药 的 研 发 1、 特 异 性 耐 药 机 制破 坏 抗 菌 药 物 结 构 的 酶 定 义 ： 细 菌 产 生 某 种 或 某 些 酶 ， 破 坏 某 种 或 某 类 结 构 的 抗 菌 药 物 如 ： b 内 酰 胺 酶 、 氨 基 糖 苷 类 钝 化 酶 、 氯 霉 素 酰 化 酶 等青 霉 素 头 孢 菌 素 -内 酰 胺 酶N S CH3CH3CO2RCONH _O O-HN S CH3CH3CO2_RCONHON S CH2RCO2RCON _OH O-HN SRCONHO CO2_ CH2+RO-HN SRCONHO CO2_ CH3+R -内 酰 胺 酶 NN N N N CH2OH HOO O POOHO O SOHOHNH2 CH31234 5CONHCH2NH2CH2C CH3 CHHCCH3R AMP R=OH林可霉素R=CL克林霉素 OH3CHO OCH2 O O CH3HO CH3 CH3 O HO CH3 R1 CH3R2CH3 H2O OH OH OH 3C OH CH3 CH3HO CH3 CH3 OR1 OR2 CH 3 OHOC123456789101112131415 1 2 3 456789101112 131415 针 对 抗 菌 药 物 酶 的 新 药 开 发 -内 酰 胺 类 酶 抑 制 剂 的 应 用 N O OHO H CO 2H N S CH 3CH 3COOHOHCOCHNH 2NHO棒 酸 羟 氨 苄 青 霉 素组 成 奥 格 门 汀 的 两 种 化 合 物 的 结 构 N O OHO H CO 2H棒 酸 N S CH 3CH 3COOHOHCOCHNNaOOCS 羧 噻 吩 青 霉 素组 成 替 门 汀 的 两 种 化 合 物 的 结 构 组 成 优 力 新 的 两 种 化 合 物 的 结 构 N S CH3CH3COOHOHCOCHNH2NO SCOOHCH3CH3O OO舒 巴 坦 氨 苄 青 霉 素 O SCOOHCH 3CH 3O OO舒 巴 坦 NO HCOCHNHNHO C ON N OOC 2H 5 SCOONa CH 2S NNNNN CH 3头 孢 哌 酮组 成 舒 普 深 的 两 种 化 合 物 的 结 构 组 成 他 佐 西 林 的 两 种 化 合 物 的 结 构 N SO OO COOHCH3CH2 NNN CHCOHNHNCON NC2H5O O N SO CH3CH3COONa他 佐 巴 坦 氧 哌 嗪 青 霉 素 N S CH 3CH 3O COOCH 2OOC NSH3CH3C ONHCCHONH 2青 霉 烷 砜 和 氨 苄 青 霉 素 缩 合 成 双 酯 化 合 物 舒 他 西 林 针 对 抗 菌 药 物 酶 的 新 药 开 发 降 低 药 物 对 酶 的 结 构 适 应 性 向 青 霉 素 分 子 中 受 -内 酰 胺 酶 攻 击 部 位 附 近 导 入 障 碍 性 基 团 ， 使 酶 难与 之 结 合 ， 从 而 保 护 青 霉 素 免 遭 分 解 向 侧 链 导 入 Z-氧 亚 胺 基 (肟 基 )或 O-烷 基 取 代的 肟 基 可 增 强 对 广 谱 内 酰 胺 酶 的 稳 定 性 头 孢 呋 辛 头 孢 噻 肟 头 孢 地 尼 等 氨 噻 肟 型 第 三 代 以 及 第 四 代 头 孢 菌 素 等 ， 但 可 被 超 广 谱 内酰 胺 酶 (氧 亚 胺 内 酰 胺 酶 )分 解 O NN OCH3O N SO CH2OCOCH3COOHH头 孢 呋 辛 (cefuroxime) 头 孢 噻 肟 (cefotaxime)NO N SO CH2OCOCH3COOHHNS N OCH3H2N NO N SO COOHHNS N OHH2N CH2头 孢 地 尼 (cefdinir) 向 -内 酰 胺 环 上 引 入 甲 氧 基 或 甲 酰 氨 基 ， 增 强 酶 稳 定 性头 孢 西 丁 头 孢 美 唑头 孢 替 坦 头 孢 拉 腙对 超 广 谱 -内 酰 胺 酶 稳 定头 孢 米 诺 氨 基 糖 苷 类保 护 被 钝 化 酶 修 饰 的 基 团 OOHH3CHN O O NH2RHN HO O NH2H2NOHH3C R庆 大 霉 素依 替 米 星 OOHH3CHN O O NH2RHN HO O NH2H2NOHH3C R西 梭 霉 素乙 基 西 梭 霉 素 异 帕 米 星阿 米 卡 星 氨 基 糖 苷 类去 除 被 钝 化 酶 修 饰 的 基 团 地 贝 卡 星 (双 去 氧 卡 那 霉 素 B)卡 那 霉 素 B 阿 贝 卡 星 是 地 贝 卡 星 的 1位 氨 基 被 (S)-4-氨 基-2-羟 基 丁 酰 化 的 新 衍 生 物 1、 特 异 性 耐 药 机 制 降 低 抗 菌 药 物 结 合 靶 位 的 亲 和 力 定 义 ： 某 种 或 某 类 结 构 的 抗 菌 药 物 的 作 用 靶 位 发 生 突 变 或 修饰 ， 从 而 降 低 这 类 抗 菌 药 物 与 靶 位 的 亲 和 力 万 古 霉 素 作 用 靶 位 D-丙 氨 酰 -D-丙 氨 酸 变 为 D- D-丙 氨 酰 -D-乳 酸 1、 特 异 性 耐 药 机 制 降 低 抗 菌 药 物 结 合 靶 位 的 亲 和 力 不 同 青 霉 素 耐 药 脑 膜 炎 球 菌PBP2的 基 因 结 构 氨 基 糖 苷 类 作 用 靶 位 16S核 糖 体 发 生 突 变 增 强 青 霉 素 结 合 蛋 白 (PBPs)亲 和 力 的 b 内酰 胺 类 的 结 构 修 饰 增 强 青 霉 素 结 合 蛋 白 (PBPs)亲 和 力 的 修 饰 向 -内 酰 胺 类 抗 生 素 分 子 中 导 入 适 当 的 亲 脂 性 取 代 基 ，探 索 既 增 强 PBP2a亲 和 力 ， 又 不 过 分 增 大 血 清 蛋 白 结 合 率的 物 质 。 新 头 孢 菌 素 MC-02479对 革 兰 阳 性 菌 有 很 强 抗 菌 活 性 BMS-247243对 MRSA的 MIC90为 4 g/ml NB-2001抗 MRSA活 性 比 万 古 霉 素 强 S-3578对 MRSA疗 效 与 万 古 霉 素 相 似 TAK-599对 MRSA的 MIC为 0.884.72 g/ml BMS-247243 SS N SN N COOO OClCl COOO N N OMeMeMe N SNNS N N SO=PHN OO COO SN NOHOH OCH2Me Me TAK-599 +H H+ +_H _N S S N S NH2ONHNS NH2N OHCl COOHOMC-02479 (RWJ-54428) 新 结 构 -内 酰 胺 类 抗 生 素 的 发 现碳 青 霉 烯 类 抗 生 素 的 抗 菌 特 性 碳 青 霉 烯 类 抗 生 素 抗 菌 谱 广 ， 抗 菌 活 性 强 ， 对 -内 酰胺 酶 与 超 广 谱 -内 酰 胺 酶 稳 定 但 可 被 金 属 -内 酰 胺 酶 分 解 自 1985年 开 始 使 用 亚 胺 培 南 以 来 , 陆 续 已 有 多 种 上 市 碳 青 霉 烯 类 抗 生 素 的 结 构 与 特 性 已 经 上 市 的 品 种NHHH3C O COOHHO H S NH NH H2O CH3H3C HNO H COOHS COOHHNH2亚 胺 培 南 西 司 他 丁 NHH SO NN NH3C COOCH3OH 美 罗 培 南 NH3C O H H CH3COOHSOH NH ONH3C CH3比 阿 培 南培 尼 培 南 厄 他 培 南NH N SSH H NH2O OHN COOHOCH3 CH3H HOH 利 多 培 南 单 环 类 -内 酰 胺 类 抗 生 素 安 曲 南 和 卡 芦 莫 南安 曲 南 卡 芦 莫 南 2、 非 特 异 性 耐 药 机 制 定 义 ： 对 不 同 结 构 类 别 的 抗 菌 药 物 具 有 同 样 的 耐 药 机 制 如 （ 1） 细 胞 膜 渗 透 性 改 变 （ 2） 外 排 泵 （ 3） 菌 膜 针 对 非 特 异 性 耐 药 机 制 的 新 药 开 发-改 善 细 胞 通 透 性 亚 胺 培 南 对 铜 绿 假 单 胞 菌 具 有 很 好 的 活 性 ,主 要 是因 为 它 的 扩 散 是 通 过 一 个 特 殊 的 孔 蛋 白 OprD,其 生理 意 义 似 乎 是 转 运 一 些 基 本 的 氨 基 酸 针 对 非 特 异 性 耐 药 机 制 的 新 药 开 发-细 菌 外 排 泵 抑 制 剂 与 左 氧 氟 沙 星 合 用 对 铜 绿 MIC下 降 464倍 与 红 霉 素 合 用 对 耐 药 大 肠 杆 菌 下 降 64128倍MC-207,110 替 加 环 素对 含 有 核 糖 体 修 饰 因 子 tetM和 tetO,以 及 外排 蛋 白 tetA-E,tetL和 tetK耐 药 菌 有 效 针 对 非 特 异 性 耐 药 机 制 的 新 药 开 发-真 菌 外 排 泵 抑 制 剂 与 米 康 唑 等 联 合 用 药 ,能 够 提 高 那 些 具 有 外 排 机 制 的 耐药 真 菌 的 活 性 Milbemycin a-9 针 对 非 特 异 性 耐 药 机 制 的 新 药 开 发-抗 细 菌 菌 膜 治 疗 方 法1 发 现 现 有 的 抗 菌 药 物 ,如 大 环 内 酯 类2 发 展 抗 细 菌 黏 附 或 聚 集 的 生 物 材 料3 寻 找 新 的 治 疗 方 法 -形 成 菌 膜 过 程 药 物 作 用靶 位 的 寻 找4 其 他 通 入 电 流 等 物 理 方 法 细 菌 致 病 性 毒 素 抑 制 剂 ， 能 否 作 为 抗 菌 药物 ， 并 降 低 细 菌 耐 药 性 的 产 生 ？ 针 对 铜 绿 假 单 孢 菌 群 体 感 应 （ quorum sensing， QS) 介 导 的生 物 被 膜 耐 药 ， 通 过 抑 制 QS系 统 破 坏 生 物 被 膜 的 完 整 性 和 稳定 性 ， 也 能 在 一 定 程 度 上 解 决 耐 药 性 的 问 题 。 这 一 类 药 物 被称 为 抗 菌 性 QS抑 制 剂 药 物 （ antibiotic QSI drugs） 最 近 研 究 发 现 :金 黄 色 葡 萄 球 菌 致 病 性 的 原 因 是 由 于 其 产 生的 小 肽 aureusimines调 节 细 菌 合 成 毒 力 因 子 所 制 ,能 否 通 过抑 制 aureusimines的 产 生 来 控 制 感 染 ? 并 降 低 细 菌 耐 药 性 的产 生 谢 谢 人 类 与 细 菌 的 斗 争 是 一 场 永 恒 的 战 争