细菌耐药性机制与抗菌药物的合理使用

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,细菌耐药性机制与抗菌药物的合理使用,安徽医科大学药学院,李 俊,细菌耐药性的产生,1929年Fleming发现青霉素并随后由Florey和Chain用于临床而取得惊人的效果，这标志着抗生素时代的到来，它使人类的平均寿命延长了15年以上。但是，随着青霉素的广泛应用，发现了耐药菌的产生。1941年用2万单位青霉素能够控制的感染逐步上升到用20万、100万甚至更高的单位才能控制，人们第一次把细菌耐药性的问题提到重要的日程。,科学家在不太长的日子里开发出了半合成抗生素，有力地解决了当时的细菌耐药性问题。但是，随着更多的抗生素特别是第二代和第三代头孢菌素的广泛使用，产生了甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌(methi cillin resistant Staphylococcusaureus，MRSA)，它对许多抗生素产生耐药性。细菌耐药性问题又被第二次提到了重要的日程。半合成抗生素的开发和MRSA的出现都是抗生素化疗史上的重大事件，记述了人们与细菌斗争历史的一个侧面。,自从临床上出现了MRSA和其他耐药菌，使人们的生命受到了严重的威胁，人类的寿命又有可能被缩短。据统计，1992年美国13 000人死于耐药菌的感染，1995年在临床发现的葡萄球菌有96是耐药菌，1998年60万耐药菌感染病人的医疗费增加370万美元。国内的有关资料表明，1998年的MRSA出现频率比 1996年高3倍，青霉素耐药肺炎链球菌(penicillin resistant Streptococcuspneu moniae，PRSP)的出现频率高达30。一度被认为不治之症的结核病曾用链霉素治愈，后来出现的一些耐药菌又被随之开发的利福平类治愈，但近年来出现的对这些药物都产生耐药性的结核分枝杆菌令人担忧。这些耐药菌成为临床医生难以对付的“超级细菌”。,细菌耐药性变异的趋势,近年来临床上发现的耐药细菌的变迁有以下,6,个主要表现：（,1,）耐甲氧西林的金葡菌（,MRSA,）感染率增高；（,2,）凝固酶阴性葡萄球菌（,CNS,）引起感染增多；（,3,）耐青霉素肺炎球菌（,PRP,）在世界范围，包括许多国家和地区传播；（,4,）出现耐万古霉素屎肠球菌（,VRE,）感染；（,5,）耐青霉素和耐头孢菌素的草绿色链球菌（,PRS,）的出现；（,6,）产生超广谱,-,内酰胺酶（,ESBL,）耐药细菌变异。,可以毫不夸张地说，细菌耐药性是21世纪全球关注的热点，它对人类生命健康所构成的威胁绝不亚于艾滋病、癌症和心血管疾病。战胜细菌耐药性的途径，一是要制定一系列的措施，防止由于滥用抗生素而造成耐药菌的快速和广泛地出现，二是要根据细菌产生耐药性的作用机制，不断研究开发新的抗菌药物，有效地控制日益严重的耐药菌感染的问题。,以下我们将对细菌耐药性机制和抗菌药物的合理用药问题分别加以阐述。,细菌耐药性机制,细菌对抗菌药物的耐受性机制就目前的研究结果来看主要有四种：,(一）,细菌产生一种或多种水解酶或钝化酶来水解或修饰进入细菌胞内的抗生素使之失去生物活性；,(二),抗生素作用的靶位,(,如核糖体和核蛋白,),由于发生突变或被细菌产生的某种酶修饰而使抗菌药物无法发挥作用，以及抗生素作用的靶酶,(,如青霉素结合蛋白和,DNA,促旋酶,),的结构发生改变使之与抗生素的亲和力下降；,(三),由于细菌细胞膜渗透性的改变或其他有关特性的改变，如细菌菌膜,(biofilm),的形成而使抗菌药物无法进入胞内；,(四),细菌具有一种依赖于能量的主动转运,(activeefflux),机制，即它能够将已经进入胞内的药物泵至胞外。,下图所示为药物进入细菌胞内的途径和细菌对抗菌药物产生耐药性的各种可能机制。,一、细菌产生灭活酶的耐药机制,灭活酶有两种：一是水解酶，如,内酰胺酶可水解,内酰胺类抗菌药物活性分子从而使细菌具有耐药性,；,二是钝化酶又称合成酶，可催化某些基团结合到抗生素的OH基或NH2基上，使其不易与细菌体内的核蛋白体结合，从而引起耐药性。,细菌通过产生,灭活,酶来破坏进入胞内的各种抗菌药物是大多数耐药菌所具有的耐药机制。下面将分述几种细菌,产生的,灭活,酶。,内酰胺酶,内酰胺酶是一大类能够破坏具有,内酰胺结构抗生素的,灭活,酶。,内酰胺酶可水解,内酰胺类抗菌药物活性分子从而使细菌具有耐药性。具有不同特性的,内酰胺酶细菌对不同结构的,内酰胺抗生素的耐受性不同。在所研究的革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌、分枝杆菌中都发现有不同特性的,内酰胺酶。,根据细菌对,内酰胺类抗菌药物产生耐药的这一机制进行新药研究的策略已取得显著效果的有两个。一是考虑筛选具有对,内酰胺酶稳定的化学结构的药物，从而得到了一系列对不同,内酰胺酶具有不同耐受程度的新的,内酰胺类抗菌药物如甲氧西林、苯唑青霉素、双氯青霉素等。二是筛选对,内酰胺酶具有抑制作用的酶抑制剂，以使那些对这类酶不太稳定的药物在酶抑制剂存在的条件下发挥作用。,氨基糖苷类抗生素钝化酶,与,内酰胺酶一样，很多对氨基糖苷类抗生素产生耐药的细菌其主要耐药机制是产生多种不同性质的钝化酶。但与,内酰胺酶水解,内酰胺类抗菌药物活性分子的作用机制不同，氨基糖苷类抗生素钝化酶的作用机制是对这些抗菌药物分子中某些保持抗菌活性所必须的基因进行修饰，使其与作用靶位核糖体的亲和力大为降低。这些钝化酶包括氨基糖苷酰基转移酶、氨基糖苷腺苷转移酶或氨基糖苷核苷转移酶和氨基糖苷磷酸转移酶等。,MLS类抗生素钝化酶,MLS类抗生素即为大环内酯类-林可霉素-链阳性菌素类抗生素，这类抗生素尽管在化学结构上的差异很大，但其对细菌的作用机制基本相同，因而通常归为一类抗生素加以叙述。已经发现了很多作用于MLS类抗生素活性分子的钝化酶。在乳酸杆菌中发现有大环内酯类抗生素钝化酶存在，但其作用机制和相应的基因结构等还了解得不多。尽管这些钝化酶在细菌对MLS类抗生素产生耐药性方面起着一定的作用，但细菌对这类抗生素产生耐药性的主要原因是由于其作用靶位被改变或修饰所致（将在下面章节介绍）。因此，利用这种耐药性机制进行新药研究的报道并不多见。,其他一些钝化酶,细菌也产生对其他一些抗菌药物作用的各种不同的钝化酶，其中早期研究得到最多的是氯霉素钝化酶，O-酰基转移酶。最近研究发现有另外一类被称之为XATs的氯霉素酰基转移酶，该酶除了能够酰化氯霉素外，对具有羟基的不同结构的化合物都具有酰化作用。,二、药物作用靶位被修饰或发生突变的耐药机制,抗菌药物作用靶位被改变或修饰是细菌对抗生素产生耐药性的另外一种主要的作用机制。这里所指的靶位主要包括抗生素与之结合发挥作用的细菌核糖体和被抗生素直接抑制的某些酶类或有关的蛋白等，这些酶和蛋白通常被称之为靶酶或靶蛋白,。,已经研究清楚：,内酰胺类抗菌药物的作用靶位为青霉素结合蛋白,(penicil1in-bondingproteins,，,PBPs),、氨基糖苷类和四环类抗菌药物的作用靶位为,50S,核糖体，大环内酯类和氯霉素以及克林霉素的作用靶位为,30S,核糖体、利福霉素类的作用靶位为依赖于,DNA,的,RNA,聚合酶，喹诺酮类的作用靶位为,DNA螺,旋酶，磺胺类的作用靶位为二氢叶酸,(dihydropteroate),合成酶和二氢叶酸还原酶，万古霉素的作用靶位为细胞壁五肽末端的,D,丙氨酰,D,丙氨酸的游离羧基。这些作用靶位结构的细微变化都有可能产生很高的耐药性。下图可以清楚的显示,不同药物的作用靶位,。,l一抑制细胞壁合成：环丝氨酸、万古霉素等；2一DNA促旋酶抑制剂：喹诺酮类；3一RNA聚合酶抑制剂：利福平；450S蛋白质合成抑制剂：大环内酯类、氯霉素、林可霉素类；530S蛋白质合成抑制剂：四环类、大观霉素、氨基糖苷类；6一tRNA合成抑制剂：Mupirocin；7一氯霉素酰基转移酶；8一抑制细胞膜合成：多粘菌素类；9一细胞周质空间：,内酰胺酶、氨基糖苷类钝化酶；10抑制叶酸代谢：磺胺类。THFA：四氢叶酸；DHFA：二氢叶酸。,药物作用的靶酶（靶蛋白）被修饰或改变所产生的细菌耐药性,有些细菌对抗菌药物的耐药性是由于这些细菌获得了一种能够编码产生新的抗菌药物作用的靶酶基因，这种具有新特性的靶酶与抗生素的亲和力往往比正常靶酶要低得多。如,内酰胺类抗生素耐药的细菌除了由于产生大量的,内酰胺酶使进入胞内的抗生素被破坏所致外，还可由于青霉素结合蛋白发生了改变使其与这类抗生素的亲和力降低，或者出现了新的青霉素结合蛋白所致。,药物作用靶核糖体被修饰或改变所产生的细菌耐药性,细菌通过改变或修饰药物作用的靶核糖体，使其某些碱基发生突变或是使与核糖体结合的核蛋白（该蛋白起到稳定核糖体的三维结构）的某些氨基酸发生突变，导致药物无法与其结合而发挥抑制细菌蛋白合成的作用从而产生耐药性。,链霉素作用于核糖体,30S,亚基，导致基因密码的错读，引起,mRNA,翻译起始的抑制和异常校读。大量研究表明编码,S12,核糖体蛋白的,rplS,基因及编码,16S rRNA,的,rrs,基因突变都会使核糖体靶位点改变，使细菌对链霉素产生显著水平的耐药。,抗生素产生菌的抗性机制,抗生素产生菌对自身产物产生抗性的机制与一般病原菌产生抗性的机制一样，一个重要的原因是由于其作用靶位核糖体或核蛋白发生变异所致。,三、细菌细胞膜通透性改变和菌膜形成的耐药机制,大多数细菌对某种抗菌药物或对多种抗菌药物的抗性具有多种耐药机制。从已有的研究来看，细菌产生钝化酶的耐药机制和靶位改变产生的耐药机制往往具有特异性，而由于细菌细胞膜渗透性改变或是细菌菌膜的形成所产生的耐药机制往往特异性较差。,细菌外膜渗透性降低的耐药机制,细菌的细胞膜使它们与环境隔离并取得个性。与其他生物膜一样：细菌细胞膜是一种具有高度选择性的渗透性屏障，它控制着胞内外的物质交流。一些具有高渗透性外膜的对抗菌药物原来敏感的细菌可以通过降低外膜的渗透性而发展成为耐药性，如原来允许某种抗菌药物通过的孔蛋白通道由于细菌发生突变而使该孔蛋白通道关闭或消失，抗菌药物无法进入细菌胞膜内发挥作用从而产生很高的耐药性。,革兰氏阴性杆菌的细胞外膜对青霉素G等有天然屏障作用；绿脓杆菌和其他革兰氏阴性杆菌细胞壁水孔或外膜非特异性通道功能改变引起细菌对一些广谱青霉素类、头孢菌素类包括某些第三代头孢菌素的耐药；细菌对四环素耐药主要由于所带的耐药质粒可诱导产生三种新的蛋白，阻塞了细胞壁水孔，使药物无法进入。革兰氏阴性杆菌对氨基甙类耐药除前述产生钝化酶外，也可由于细胞壁水孔改变，使药物不易渗透至细菌体内。,细菌菌膜形成的耐药性机制,细菌形成菌膜而产生耐药性是一种群体保护机制，其研究只是最近刚刚开始。,细菌菌膜的形成机制,尽管至今为止对细菌菌膜形成机制并为完全了解，但就目前的研究结果可以认为：由鞭毛介导的运动和（或）由纤毛介导的运动促使革兰氏阴性菌接触表面和沿着表面方向运动，是菌膜形成的初始阶段；细胞表面蛋白黏附和外聚多糖（exopolysaccharide,EPS)在建立细胞和表面间的交互作用中起着重要作用；另外，外部环境和细菌的信号分子在启动菌膜形成和发展复杂的菌膜三维机构中起着重要 作用。,细菌菌膜的形成特性,已有的研究表明细菌菌膜形成具有以下一些特性：1)菌膜容易在惰性表面或是坏死组织以及体内医疗装置如子宫内避孕器等上形成；2)菌膜也能在活组织上形成，如心内膜；3)菌膜形成速度缓慢，因而由菌膜引起的感染所出现明显症状的时间较长，但一旦包裹在菌膜内的细菌大量释放，则可以引起急性感染，这时的菌膜可以认为是急性感染的病灶；4)形成菌膜的细胞能够释放抗原刺激产生抗体，但这些抗体不仅不能杀灭包裹在菌膜内的细菌，反而可能引起周围免疫系统的破坏，即使对个别具有很好的细胞免疫和体液免疫反应的情况，宿主防卫系统也很难来解决由细菌菌膜引起的感染。,抗菌药物能够改善由菌膜中释放出的细菌引起的体症，但很难杀灭菌膜。因此，由细菌菌膜引起的感染往往有复发症状，如果宿主免疫系统不能迅速的清除从菌膜内释放的细菌，则会引起急性感染，从而可以将菌膜看成是一个急