β內(nèi)酰胺酶抑制劑研究進展

1、淺談-內(nèi)酰胺酶及其抑制劑摘要：隨著抗生素藥物使用的大量普及，抗生素耐藥形勢也日趨嚴峻?？股啬退幍闹饕獧C制為產(chǎn)生-內(nèi)酰胺酶。-內(nèi)酰胺酶依據(jù)分子結(jié)構(gòu)中氨基酸序列差異可主要分為兩類，分別是以絲氨酸為活性位點的A、C、D類，還有以金屬離子為活性位點的金屬酶類。隨著-內(nèi)酰胺酶的泛濫，一些-內(nèi)酰胺酶抑制劑應(yīng)運而生。在治療微生物感染時，常將抗生素與-內(nèi)酰胺酶抑制劑聯(lián)用，治療效果顯著。本文將對-內(nèi)酰胺酶及其抑制劑進行簡要的介紹。關(guān)鍵詞：-內(nèi)酰胺酶 -內(nèi)酰胺酶抑制劑 細菌耐藥 On the -lactamase and its inhibitorsAbstract ：With the increasing p

2、opularity of the use of antibiotic, the situation of antibiotic resistance becomes worsening. The main mechanism of antibiotic resistance is due to the producing of -lactamase. -lactamase can be divided into two categories based on its amino acid sequence in molecular structure. The class of A, C, a

3、nd D is of Ser active site while the class of B has metal ions in its active site. Some -lactamase inhibitor come into being because of the spreading of -lactamase. In the treatment of microbial infection, a number of commonly used antibiotics and -lactamase inhibitor were combined with favored resu

4、lts. In this article, I will have a brief introduction of -lactamase and its inhibitor. Keywords :-lactamase -lactamase inhibitor antibiotic resistance1 抗生素耐藥性及其耐藥機制抗生素（antibiotic）是生物在其生命活動過程中產(chǎn)生的（以及用化學(xué)、生物、生物化學(xué)方法衍生的），能在低微濃度下有選擇性抑制或影響它種生物功能的有機化合物。細菌耐藥性（antibiotic resistance）是指細菌對抗生素不敏感的現(xiàn)象，又可分為固有耐藥（int

5、rinsic resistance）和獲得性耐藥（acquired resistance）。固有耐藥是由細菌染色體基因決定、代代相傳，不會改變的。如鏈球菌對氨基糖苷類抗生素天然耐藥。獲得性耐藥是由于細菌與抗生素接觸后，通過改變自身的代謝途徑，使其不被抗生素殺滅。如本文將重點討論的細菌對-內(nèi)酰胺酶的耐藥性。抗生素的作用機制如下表所示：表一 抗生素的作用機制作用機制代表抗生素干擾細菌細胞壁的合成，使其不能生長繁殖-內(nèi)酰胺類、萬古霉素、環(huán)絲霉素損傷細菌細胞膜，破壞其屏障作用多粘菌素B、兩性霉素B、制霉菌素等影響細菌蛋白質(zhì)合成， 四環(huán)素、氯霉素、大環(huán)內(nèi)酯類等抑制核酸合成或作用，影響核酸代謝，利福霉素類

6、、喹諾酮類、甲硝唑等抑制細菌代謝磺胺藥、甲氧芐氨嘧啶抑制結(jié)核環(huán)脂酸的合成異煙肼圖1 抗生素的作用機制相對于抗生素的作用機制，微生物的耐藥機制主要包括四部分：（1）-內(nèi)酰胺酶的產(chǎn)生，也是主要的作用機制。（2）外膜通透性下降。（3）主動外排作用增強。（4）藥物作用靶點的改變。圖二 微生物耐藥機制2 -內(nèi)酰胺酶的分類及代表物通過上部分的介紹，我們知道微生物產(chǎn)生耐藥性的主要機制為產(chǎn)生-內(nèi)酰胺酶，該酶通過水解類抗生素的內(nèi)酰胺環(huán)從而使抗生素失效。-內(nèi)酰胺酶的分類標準主要有兩類：Ambler分類法和BJM分類法。前者主要依據(jù)-內(nèi)酰胺酶分子結(jié)構(gòu)中氨基酸序列差異，后者則主要依據(jù)-內(nèi)酰胺酶的功能。2.1 Ambl

7、er分類法質(zhì)粒編碼染色體編碼質(zhì)粒編碼A類C類染色體編碼B類金屬-酶絲氨酸-酶-內(nèi)酰胺酶D類 圖三 Ambler分類法2.2 BJM分類法（Bush-Jacoby-Medeiros）表二 BJM分類法類別分子類型被抑制水解底物代表酶CAEDTA1C類-頭孢菌素G-菌的AmpC2aA+-青霉素G+菌的青霉素酶2bA+-青霉素、頭孢菌素TEM-1、TEM-2、SHV-12beA+-青霉素、窄譜與超廣譜頭孢菌素類、單環(huán)類TEM-3至TEM-26，SHV-2至SHV-62brA±-青霉素TEM-30至TEM-362cA+-青霉素、羧芐西林PSE-1 、PSE-3、 PSE-42dD±

8、-青霉素、氯唑西林OXA-12eA+-頭孢菌素普通變形桿菌的頭孢菌素酶2fA+-青霉素、頭孢菌素、碳青霉烯陰溝腸桿菌的NMC-A3aB-+青霉素、頭孢菌素類嗜麥芽黃單胞菌的L13b-+碳青霉烯類產(chǎn)氣單胞菌3c-+氨芐西林、頭孢立啶戈氏熒光桿菌4未知-未知青霉素洋蔥假單胞菌的青霉素酶3 -內(nèi)酰胺酶與-內(nèi)酰胺類抗生素的作用機制-內(nèi)酰胺酶的作用機制由于其活性中心的不同主要分為兩類，一類是以絲氨酸為活性中心的酶，涉及Ambler分類法中的A、C、D類。另一類則是以金屬為活性中心的酶，主要是B類。下面將分別加以介紹。3.1 絲氨酸活性酶-內(nèi)酰胺酶與青霉素結(jié)合蛋白（PBPs）之間具有高度保守的氨基酸序列，

9、它們與D-丙酰氨-D-丙氨酸轉(zhuǎn)肽酶一起屬于“青霉素識別酶”家族。A、C、D類-內(nèi)酰胺酶在活性位點上都有絲氨酸，故又稱活性位點絲氨酸酶。它們的氨基酸序列同源性不強，但酶分子的三級結(jié)構(gòu)非常相似。下圖就是A類-內(nèi)酰胺酶的三級結(jié)構(gòu)圖以及頭孢菌素分子與它的作用機制圖。 A B圖4 (A)圖為A類-內(nèi)酰胺酶活性部位結(jié)構(gòu)圖。其中，W1為水分子。 (B)圖為頭孢菌素分子與-內(nèi)酰胺酶作用機制。如圖4所示，由4個氨基酸殘基組成的四聯(lián)體SXXK位于70-73位點，其中X代表任意一種氨基酸，活性位點絲氨酸（Class A為Ser-70，Class C為Ser-64）位于A-螺旋的N-端。由三個氨基酸殘基組成的三聯(lián)體K

10、TG位于-折疊上（Class A為Lys-234，Class C為Lys-315），另一個三聯(lián)體SDN定位于130-132；KTG和SDN之間通過氫鍵連接起穩(wěn)定的作用。166-170位點上數(shù)個氨基酸殘基組成環(huán)，環(huán)上氨基酸序列在Class A中高度保守，環(huán)可將親核水解反應(yīng)所需的水分子準確定位。SXXK、KTG、SDN和環(huán)這幾個結(jié)構(gòu)域單元（motifs）之間的空間相對位置所形成的腔即為-內(nèi)酰胺底物與酶作用的“鍵合腔” （binding cavity），A-螺旋結(jié)構(gòu)正好使絲氨酸活性位點Ser-70定位于鍵合腔的中央。Ser-70的OH、-NH和Ala-237的-NH共同形成Oxyanion盒(?；?/p>

11、應(yīng)點)，-內(nèi)酰胺環(huán)上的羰基在此與-OH、-NH形成酰化酶復(fù)合物。Class A -內(nèi)酰胺酶在244位上有一個Arg，具有定位另一個水分子的作用，此結(jié)構(gòu)可水解含非典型B-內(nèi)酰胺環(huán)的底物如克拉維酸、舒巴坦；由于Class C -內(nèi)酰胺酶缺乏此結(jié)構(gòu)，對克拉維酸無效。整體上，Class A-內(nèi)酰胺酶嚴整的“鍵合腔”結(jié)構(gòu)和對水分子的精確定位能力使它能高效地水解底物.而Class C -內(nèi)酰胺酶的活性位點為Ser 64 ,并且“鍵合腔”結(jié)構(gòu)較為松散，更適于具有較大空間位阻的底物進入。Class D-內(nèi)酰胺酶的一級結(jié)構(gòu)與Class A相似，其三級結(jié)構(gòu)也具有類似于Class A的結(jié)構(gòu)域單元（如KTG三聯(lián)體等）

12、，雖然這些單元在其氨基酸組成和空間的相對位置上與Class A有一定差別，但一般認為其執(zhí)行的功能是相同的。3.2 金屬活性酶Class B-內(nèi)酰胺酶的結(jié)構(gòu)與其它類型相比最大的不同在于金屬離子可與氨基酸殘基之間形成配位化合物而干預(yù)活性位點上的反應(yīng)，更為特殊的是不同的金屬酶其所含的金屬離子數(shù)目并不固定，從而造成本類酶與底物結(jié)合方式上的多樣性。4 -內(nèi)酰胺酶抑制劑的作用機制目前關(guān)于-內(nèi)酰胺酶抑制劑的作用機理尚不完全清晰。證明了A類、C類-內(nèi)酰胺酶（絲氨酸蛋白酶）都是由羧肽酶經(jīng)由不同途徑反應(yīng)生成，從而證實了-內(nèi)酰胺酶和羧肽酶與-內(nèi)酰胺類化合物具有相似的作用機制。大量的實驗研究表明，A類-內(nèi)酰胺酶中得S

13、er 70去親核進攻-內(nèi)酰胺環(huán)上的羰基。但是目前對于活性點部位各殘基參與?；叭ヵ７磻?yīng)的角色尚有分歧。因此，對于-內(nèi)酰胺酶抑制劑的作用機制不能進行詳細的介紹。5 -內(nèi)酰胺酶抑制劑的發(fā)展目前應(yīng)用較多的內(nèi)酰胺酶抑制劑主要是針對A類酶的，如克拉維酸 (Clavulanic acid)，舒巴坦(Sulbactam)和泰唑巴坦(tazobactam)，這是三種臨床上最常用的抑制劑。它們均為-內(nèi)酰胺衍生物，即它們與-內(nèi)酰胺抗生素一樣，在結(jié)構(gòu)中都存在一個-內(nèi)酰胺環(huán)。下面將進行詳細的介紹。5.1 克拉維酸(Clavulanic acid)克拉維酸（結(jié)構(gòu)式見圖5）的抗菌譜廣，但活性很弱,其特點是能抑制革蘭氏陰性

14、菌和葡萄球菌產(chǎn)生的許多-內(nèi)酰胺酶，是第一個應(yīng)用于臨床的-內(nèi)酰胺酶抑制劑。目前臨床上使用的Augmentin和Timentin就是它分別與羥氨芐青霉素和替卡西林的復(fù)配制劑。圖5 克拉維酸結(jié)構(gòu)式5.2舒巴坦(Sulbactam)舒巴坦（結(jié)構(gòu)式見圖6）屬于青霉烷砜類的-內(nèi)酰胺酶抑制劑,也是第一個人工合成的此類抑制劑。圖6 舒巴坦結(jié)構(gòu)式5.3泰唑巴坦(tazobactam)他唑巴坦(結(jié)構(gòu)如圖7)是從舒巴坦的衍生物中篩選出來的一種高效-內(nèi)酰胺酶抑制劑。它最早由Hall等人從6-APA出發(fā)制得，它的結(jié)構(gòu)是在舒巴坦的基礎(chǔ)上增加一個三氮唑環(huán)，以提高抑酶效果。它是目前臨床效果最佳的-內(nèi)酰胺酶抑制劑。他唑巴坦與數(shù)種-內(nèi)