抗菌药物

抗菌药物在未来的发展方向

摘要：抗菌药物是临床上应用最多的一类药物，它在医院药费总额中占到40%左右，因此临床上出现很多抗菌药物滥用的现象。这些现象的出现进一步导致细菌耐药性的产生，可以说抗菌药物的发展史也是细菌对其耐药性的发展史,伴随抗菌药物发展,细菌对抗菌药物产生越强的耐药性。细菌耐药性的问题日益严重和临床应对手段有限引起了全社会的极大关注，故研发能够有效对付耐药菌感染的新抗生素迫在眉睫。今后抗菌药物研发的主要方向是我们的首要问题，应该从各类抗生素的结构特点和作用机制等方向进行深入研究，并分析其耐药性的发生机制，寻找新的突破。

关键词：抗菌药物；耐药性；

随着细菌耐药性的逐年增加，目前临床用抗生素大多已对社区和院内获得性感染的主要病原体耐甲氧西林金葡菌（MRSA）和耐甲氧西林凝固酶阴性葡萄球菌，特别是多药耐药（MDR）革兰阴性菌引起的院内重度感染无能为力，故研发新型抗菌药物迫在眉睫。抗菌药物发展较快 ,近年用于临床的抗菌药物已不下数百种 ,主要分为八大类，β-内酰胺类：包括青霉素类、头孢菌素类、碳青霉烯类、含酶抑制剂的β-内酰胺类及单环酰胺类等；氨基糖苷类；四环素类；氟喹诺酮类；叶酸途径抑制剂类；氯霉素；糖肽类：包括万古霉素和替考拉宁；大环内酯类。抗菌药物的应用需根据不同的感染性疾病进行合理选择。

1. β-内酰胺类：

β- 内酞胺抗生素主要包括青霉素和头抱菌素两大类。除青霉素G外，临床中常用的

R_内酞胺抗生素均为半合成抗生素，故除青霉素G中还含有少量的青霉噻唑多肽外，其

中制剂中的高分子杂质主要是聚合物。【1】

2.1青霉噻唑多肽

制剂中青霉噻唑多肽的分子量主要分布在3500^2400左右【2】，由青霉素的各内酸胺环和多肤上的伯氨基按亲核反应机制缩合而成，主要在发酵工艺中形成。

2. 2青霉素聚合物

青霉素的聚合反应可按两种方式进行【3】: 1)反应仅和母核结构有关，一分子青霉素首先开环，形成一新的活性位点，并与另一分子青霉素聚合。2)侧链参与的聚合反应。主要以氨节西林为代表，反应时侧链上的氨基亲核攻击卜内酞胺抗生素的碳基碳原子，形成聚合物。对侧链不含氨基等活泼基团的青霉素，聚合反应只按一种方式进行，如梭节西林、吠节西林、青霉素G和6-APA等;对氨节西林等侧链含有氨基的青霉素，聚合反应可按两种方式进行。利用质谱分析氨节西林中的寡聚物，证明氨节西林中有多种不同的聚合产物存在【4】。

2. 3头袍菌素聚合物

和青霉素一样，头抱菌素聚合也可按只与母核结构有关聚合反应(N型聚合反应)和

7位侧链参与的聚合反应(L型聚合反应)两种途径进行[5,6】，反应机制亦和青霉素相同。所不同的是头抱菌素的卜内酞胺环开环后不能形成类似与青霉噻唑基(penicilloylgroup)那样的头抱噻唑基(cephalosporeylgroup)结构，而是进一步裂解成以7位侧链为主的衍生物〔7〕.通过对模型化合物头抱噻唑、头抱噻唑及其聚合物的UV吸收光谱的比较，可直接证明头抱菌素的N型聚合物中不再含有3位侧链结构【5】。

p一内酸胺抗生素高分子杂质的分离分析

P-内酞胺抗生素中的高分子杂质具有高度的不均一性和不确定性。表现为1)青霉噻唑多肤(蛋白)类杂质:发酵中产生的任何蛋白及蛋白碎片都可能带入到产品中;2)形成的聚合物可发生不同程度的分(降)解作用，如开环等。3)对以异构体形式存在的样品，同聚和异聚反应可同时发生，如梭节西林，样品以L和D型两种异构体存在，二聚体中发现有L-L , D-D 和L-D型三种聚合物【4】4)实践中发现产品中高分子杂质的种类及数量和生产工艺密切相

关，如氨节西林，溶媒结晶工艺样品中的高分子杂质和喷雾干操工艺样品中的高分子杂质在引发豚鼠PCA反应时具有不同的特异性【8】;且两者的二聚物含量也明显不同【9】故对P-内酞胺抗生素中高分子杂质的分离分析是一项复杂的工作。

4对抗生素中高分子杂质控制的策略

控制高分子杂质的总量和控制样品中特定“信号杂质”的含量。

2.氟喹诺酮类

随着喹诺酮类抗菌药广泛应用,耐药菌株日益增加,欧美多见于铜绿假单胞菌、沙雷氏菌、不动杆菌与MRSA[10],东南亚诸国除上述细菌外还有大肠埃希氏菌与痢疾志贺氏菌[11]。日本则以葡萄球菌与铜绿假单胞菌居多[12]。我国喹诺酮耐药性发展尤为严重,据北京大学临床药理研究所统计,临床分离的大肠埃希氏菌环丙沙星耐药率1993年为3.3%,1996年发展到44.2%,1998年高达62.8%,肺炎克雷伯氏菌耐药率亦达18.4%,需密切观注,认真对待。

2.1 喹诺酮类抗菌药作用的靶分子—Ⅱ型拓扑异构酶的变异【13】

DNA促旋酶和拓扑异构酶Ⅳ这两种酶都属于Ⅱ型拓扑异构酶。DNA促旋酶促使DNA逆向超螺旋化,与DNA复制、修复、转录、重组等密切相关,是细菌生存必需的酶,是由gyrA基因编码的GyrA蛋白(2个分子)和由gyrB基因编码的GyrB蛋白(2个分子)组成的四聚体,其中任一亚基变异都会引起喹诺酮耐药性。拓扑异构酶Ⅳ在DNA切断、重接、复制终了后DNA 双链分离等过程中起重要作用,也是细菌生存必要的酶,是由parC基因与parE基因分别编码的ParC蛋白与ParD蛋白各2分子组成的四聚体,其中任一亚基变异也可引起喹诺酮耐药性。

喹诺酮类抗菌药的耐药机制主要有三:作用的靶分子—Ⅱ型拓扑异构酶(包括DNA促旋酶与拓扑异构酶Ⅳ)变异[12],喹诺酮类药物通透性改变[14]和主动外排[15,16]。

2.1.1 DNA促旋酶的变异大肠埃希氏菌KL-16中的GyrA突变，导致GyrA蛋白变异。以精制的大肠埃希氏菌DNA促旋酶(GyrA+GyrB)实验表明:喹诺酮类药物不能直接与DNA促旋酶或DNA单独结合,而是与DNA促旋酶-DNA复合体结合。复合体的构象变化,生成DNA促旋酶单独存在时没有的可容纳喹诺酮类药物结合的空间。喹诺酮类药物与DNA促旋酶-DNA复合体的亲和性决定于靶蛋白,其中个别氨基酸变化使亲和性下降,形成耐药性。

2.1.2 拓扑异构酶Ⅳ的变异与DNA促旋酶同样,拓扑异构酶Ⅳ发生变异,拓扑异构酶Ⅳ-DNA复合体对喹诺酮类药物亲和性降低,而出现耐药性。

2.1.3 其他细菌的DNA促旋酶与拓扑异构酶Ⅳ变异大量研究表明,其他细菌的耐药性变异与大肠埃希氏菌基本相似。如金黄色葡萄球菌DNA促旋酶的GyrA由887个氨基酸组成(分子量99350Da),GyrB由664个氨基酸组成(分子量72539Da),耐药决定域亦与大肠埃希氏菌相似。金黄色葡萄球菌拓扑异构酶Ⅳ的GrlA蛋白由800个氨基酸组成(分子量91040Da),与金黄色葡萄球菌GyrA有39%,与大肠埃希氏菌ParC蛋白有33%同源性。GrlB由663个氨基酸组成(分子量74318Da),与金黄色葡萄球菌GyrB蛋白有52%,与大肠埃希氏菌ParE蛋白有38%同源性,其中任一变异也同样引起耐药性。

2.1.4 喹诺酮耐药程度与靶酶、变异的氨基酸种类、部位、数量的关系喹诺酮类抗菌药在两种靶酶中,首选靶酶因细菌、药物不同而异。在两种靶酶中,敏感性较高的常为首选靶酶,其敏感性决定药物的敏感性。两种靶酶与药物作用部位的立体结构,也因菌株不同而有差异,对喹诺酮作用强弱亦不相同。临床分离耐药菌的喹诺酮耐药程度与靶酶变异的氨基酸种类、部位、数量有关。在喹诺酮类药物作用下,首选靶酶变异,细菌即获得耐药性,第二靶酶变异,使耐药度继续增加,而喹诺酮类药物通透性下降和外排亢进均可使耐药度进一步上升。

2.2 通透性变异喹诺酮类药物与其他抗菌药同样,依靠革兰氏阴性细菌外膜蛋白(OMP)和脂多糖的扩散作用而进入细菌体内,外膜蛋白与脂多糖变异均可使细菌摄取药物减少,而