细菌耐药性机制与抗菌药物的合理使用

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ຫໍສະໝຸດ Baidu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。
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 性感染源。要彻底解决细菌菌膜的感染，看来 目前只能通过外科手术将菌膜形成的植入物或 组织移出。
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。
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β内酰胺 类抗生素耐药的细菌除了由于产生大量的β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。
β内酰胺酶
β内酰胺酶是一大类能够破坏具有β内酰胺结构 抗生素的灭活酶。 β内酰胺酶可水解β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β内酰胺酶细菌对不同结构的β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β内酰胺酶。
根据细菌对β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β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 β内酰胺酶具有不同耐受程度的新的β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β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。
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β-内酰胺酶（ESBL）耐药细菌变异。
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。
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。
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。
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； 4—50S蛋白质合成抑制剂：大环内酯类、氯霉素、林 可霉素类； 5—30S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：β—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。
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。
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。
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β内酰胺 酶可水解β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。
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。
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。
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。
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：β—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。
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
氨基糖苷类抗生素钝化酶
与β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β内酰胺酶水解β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。