微生物耐藥基礎(chǔ)與臨床之β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物及耐藥

1抗菌藥物與細(xì)菌耐藥

β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物及耐藥2主要內(nèi)容一、抗菌機(jī)制二、耐藥機(jī)制3抗菌譜廣，毒性相對(duì)小;構(gòu)效關(guān)系明確，可改造性強(qiáng)，利于開發(fā);抗菌藥物的主流。一、β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物的抗菌機(jī)制

4β-內(nèi)酰胺青霉素類頭孢菌素類頭霉素類碳青霉烯類單環(huán)β-內(nèi)酰胺類β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物的基本結(jié)構(gòu)特征5G－菌細(xì)胞壁肽聚糖肽聚糖肽鏈的交聯(lián)由轉(zhuǎn)肽酶、轉(zhuǎn)糖基酶、羧肽酶，即PBPs等催化。G＋菌細(xì)胞壁肽聚糖肽聚糖特有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，承受細(xì)胞內(nèi)高滲透壓。底物：D-丙氨酰-D-丙氨酸6β-內(nèi)酰胺類抗生素構(gòu)型與D-丙氨酰-D-丙氨酸相似β-的內(nèi)酰胺環(huán)β-的內(nèi)酰胺酶7β-內(nèi)酰胺類抗生素構(gòu)型與D-丙氨酰-D-丙氨酸相似。

競(jìng)爭(zhēng)性與細(xì)菌細(xì)胞膜上的青霉素結(jié)合蛋白（penicillin-bindingproteins,PBPs），抑制細(xì)胞壁肽聚糖合成，致細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)松散,無法承受胞內(nèi)滲透壓而膨脹破裂死亡。作用于繁殖期細(xì)菌,繁殖期殺菌劑。一、β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物的抗菌機(jī)制8三種不同細(xì)菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)比較

肽聚糖青霉素結(jié)合蛋白9β-內(nèi)酰胺類抗生素

對(duì)不同種細(xì)菌的作用取決于：抗生素通過細(xì)胞壁（外膜）達(dá)到膜壁間隙的能力；與靶位PBPs結(jié)合的能力；對(duì)β－內(nèi)酰胺酶水解作用的穩(wěn)定性。

如何解決不利因素？？1011青霉素類抗生素天然青霉素：窄譜抗菌譜：G+菌人工半合成：廣譜青霉素：阿莫西林耐青霉素酶青霉素：甲氧西林

抗菌譜：

G+菌，G-球菌，G-桿菌等1213

2.頭孢菌素類抗生素(Cephalosporins)

由四元的內(nèi)酰胺環(huán)與六元的氫化噻嗪環(huán)拼和而成。側(cè)鏈側(cè)鏈1948年，GluseppeBrotzu教授在培育來自意大利撒丁島的一個(gè)排污出口的頭孢菌屬細(xì)菌時(shí)，在其發(fā)酵產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了頭孢菌素C。此后在頭孢菌素C的基礎(chǔ)上，科學(xué)家通過結(jié)構(gòu)改造發(fā)明了100多個(gè)相關(guān)的頭孢菌素品種。先鋒是“頭孢”的原文Ceph=.cefo譯音而來。1415頭孢菌素類抗菌譜廣、抗菌作用強(qiáng)、耐青霉素酶等β－內(nèi)酰胺酶、毒性小、耐酸、過敏反應(yīng)較青霉素類少見。按抗菌譜、對(duì)β－內(nèi)酰胺酶的穩(wěn)定性、腎臟毒性等，將其分為四代。頭孢菌素一般不作首選藥，因?yàn)閷?duì)敏感細(xì)菌其抗菌活性常不及青霉素等。16第一代頭孢氨芐、頭孢唑啉、頭孢拉定、頭孢羥氨芐第二代頭孢呋辛、頭孢孟多、頭孢替安、頭孢西丁、頭孢克羅第三代頭孢噻肟、頭孢哌酮、頭孢曲松、頭孢他啶第四代頭孢匹羅、頭孢吡肟、頭孢克定173、碳青霉烯類Carbapenems碳青霉烯類的結(jié)構(gòu)與青霉素類相似，區(qū)別是噻唑環(huán)中的C2和C3間為不飽和鍵，噻唑環(huán)上的上S為C取代。正是這個(gè)構(gòu)型特殊的基團(tuán)，使該類化合物與通常青霉烯的順式構(gòu)象顯著不同，具有超廣譜的、極強(qiáng)的抗菌活性，對(duì)β-內(nèi)酰胺酶高度的穩(wěn)定性。18抗菌活性強(qiáng)，對(duì)PBPs親和力強(qiáng)，殺菌活性超過頭孢菌素?？咕V廣：除對(duì)軍團(tuán)菌、沙眼衣原體和肺炎支原體無效外，對(duì)其他大多數(shù)G—菌和G+菌均有效。多種病原菌混合感染的首次經(jīng)驗(yàn)性用藥。國(guó)內(nèi)已經(jīng)上市的品種有亞胺培南，美洛培南，帕尼培南，法羅培南，厄他培南，比阿培南。3、碳青霉烯類Carbapenems19廣譜，主要作用于G—桿菌，對(duì)部分厭氧菌有效。對(duì)β-內(nèi)酰胺酶穩(wěn)定，耐藥菌發(fā)展慢。4、單酰胺環(huán)類：氨曲南(Aztreonam)和卡蘆莫南(Carumonan)205、β-內(nèi)酰胺酶抑制劑（lactamaseinhibitor）與β-內(nèi)酰胺酶有較高的親和性，使其失活，從而使β-內(nèi)酰胺類藥物不被分解，抗菌作用。在低濃度時(shí)也有活性。β-內(nèi)酰胺酶抑制劑本身沒有或只有很弱的抗菌活性，但與其它?-內(nèi)酰胺類抗生素聯(lián)合應(yīng)用，則可發(fā)揮抑酶保護(hù)、增效作用。克拉維酸舒巴坦2122二、細(xì)菌對(duì)β內(nèi)酰胺類抗菌藥物的機(jī)制

產(chǎn)生β內(nèi)酰胺酶改變PBPs改變菌膜通透性增強(qiáng)藥物外排形成生物被膜細(xì)菌耐藥的最常見的機(jī)制，在各種耐藥機(jī)制中占80%。23細(xì)菌對(duì)β內(nèi)酰胺類抗菌藥物的機(jī)制L.SilviaMunoz-Price&RobertA.Weinstein.NEnglJMed.2008;358:1271-81.24β內(nèi)酰胺酶介導(dǎo)的細(xì)菌耐藥機(jī)制25可水解具有β內(nèi)酰胺結(jié)構(gòu)抗生素；與藥物牢固結(jié)合（牽制機(jī)制）：抗生素與大量β-內(nèi)酰胺酶迅速、牢固結(jié)合，使其停留于胞膜外間隙中，因而不能進(jìn)入靶位（PBPs）發(fā)生抗菌作用。生理功能：參與細(xì)胞壁的合成（微量），由質(zhì)粒或染色體編碼，為誘導(dǎo)型合成。β內(nèi)酰胺酶介導(dǎo)的細(xì)菌耐藥機(jī)制261980年，Amble以β-內(nèi)酰胺酶的氨基酸序列為依據(jù)，將其分為四類

：

A組：青霉素酶和超廣譜β-內(nèi)酰胺酶、羧芐青霉素酶、非金屬碳青霉烯酶等，B組：金屬酶或碳青霉烯酶，C組：頭孢菌素酶（AmpC酶），

D組：青霉素酶，包括鄰氯青霉素酶（OXA）、苯唑西林水解酶。A組被克拉維酸抑制B、C、D組不被克拉維酸抑制。27青霉素酶（A組）

共涉及三個(gè)基因：blaⅠ、blaR1和blaR2。不易變異底物譜：青霉素G（天然青霉素）；酶抑制劑：被克拉維酸、舒巴坦、他唑巴坦抑制為G+菌產(chǎn)生，約90%的葡萄球菌菌株能產(chǎn)生青霉素酶對(duì)產(chǎn)生此酶的細(xì)菌可用的β-內(nèi)酰胺類藥物？耐受此酶的β-內(nèi)酰胺類：半合成青霉素（苯唑西林、甲氧西林、萘夫西林等）、頭孢菌素、碳青酶烯類28超廣譜β-內(nèi)酰胺酶（A組）

Extended-Spectyumβ-Lactamase，ESBLs底物譜廣：青霉素類，頭孢菌素、單環(huán)酰胺類。主要由β-內(nèi)酰胺酶基因(TEM和SHV等)點(diǎn)突變，已報(bào)道的TEM類ESBIs已有90多種，

SHV類ESBLs多于25種。屬質(zhì)粒介導(dǎo)，易在不同菌株之間相互傳播。酶抑制劑：多數(shù)可被克拉維酸、他唑巴坦及舒巴坦所抑制。對(duì)產(chǎn)生此酶的細(xì)菌可用的β-內(nèi)酰胺類藥物？頭霉素、碳青酶烯類；復(fù)合制劑當(dāng)前細(xì)菌耐藥的主要趨勢(shì)之一29常見菌：G－菌。最常見是腸桿菌科細(xì)菌（大腸埃希氏菌、肺炎克雷伯氏菌）；其次，陰溝腸桿菌、粘質(zhì)沙雷氏菌、弗勞地枸櫞酸菌、銅綠假單胞菌、奈瑟菌等。臨床用藥原則：一旦檢測(cè)細(xì)菌產(chǎn)生ESBL，即對(duì)所有的青霉素類、頭孢菌素類和氨曲南耐藥，不考慮體外藥敏結(jié)果。

可用碳青霉稀類、頭霉烯類、β內(nèi)酰胺/酶抑制劑復(fù)合類抗菌藥物。臨床若出現(xiàn)產(chǎn)ESBLs菌株，會(huì)引起院內(nèi)感染，及耐藥基因在細(xì)菌間播散，導(dǎo)致臨床高死亡率及高比率持續(xù)性定植，應(yīng)充分引起注意。產(chǎn)ESBLs菌株的特點(diǎn)3031附院歷年大腸埃希氏菌和肺炎克雷伯氏菌ESBL的檢出率(%)1、大腸埃希菌和肺炎克雷伯氏菌的ESBL檢出率呈逐年增加的趨勢(shì)；2、在2003年前，大腸埃希菌產(chǎn)生的ESBL比較肺炎克雷伯氏菌低，2003年后則反之。3233

頭孢菌素酶（AmpC酶）（C組）

（amoxicillin，AmpC，羥氨芐青霉素）底物譜廣：碳青霉烯類以外的所有β-內(nèi)酰胺類抗生素。不被β內(nèi)酰胺酶抑制劑所抑制，對(duì)產(chǎn)生此酶的細(xì)菌可用的β-內(nèi)酰胺類藥物？?jī)H碳青霉烯類34持續(xù)高產(chǎn)AmpC酶菌株在有或無β內(nèi)酰胺類抗生素存在的條件下均可持續(xù)高水平產(chǎn)生AmpC酶。機(jī)制：基因ampC、ampR、ampG、ampD有關(guān)。

去阻遏突變：調(diào)控基因之一的ampD

發(fā)生突變,產(chǎn)生的有缺陷的AmpD蛋白,不能與另一種調(diào)控蛋白AmpR結(jié)合形成復(fù)合物,AmpR蛋白即以激活子狀態(tài)發(fā)揮激活作用,引起AmpC酶的大量表達(dá)。35AmpRAmpC酶的大量表達(dá)阻遏調(diào)節(jié):AmpD阻遏發(fā)生突變產(chǎn)生的有缺陷的AmpDAmpC,AmpR,AmpG,AmpD36產(chǎn)AmpC酶菌株的特點(diǎn)常見菌：G－菌桿菌，如腸桿菌科細(xì)菌，其次，陰溝腸桿菌、粘質(zhì)沙雷氏菌、弗勞地枸櫞酸菌、銅綠假單胞菌、奈瑟菌。由染色體或質(zhì)粒介導(dǎo)產(chǎn)生，耐藥性易傳播。對(duì)臨床危害最大，會(huì)引起院內(nèi)感染，及耐藥基因在細(xì)菌間播散，是臨床微生物實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的重點(diǎn)。37金屬β-內(nèi)酰胺酶（碳青霉烯酶）（B組）

(metallo-be-ta-lactamases,MBLs),

酶活性中心需金屬鋅離子參與現(xiàn)在已報(bào)道了10多種可轉(zhuǎn)移的金屬酶:IMP21～8和VIM21～3，底物譜更廣：所有β-內(nèi)酰胺類抗生素廣泛耐藥不被劑克拉維酸、舒巴坦和他唑巴坦抑制，但可被乙二胺四乙酸（EDTA）所抑制。常見菌：G—菌對(duì)產(chǎn)生此酶的細(xì)菌可用的β-內(nèi)酰胺類藥物？復(fù)合制劑382010年8月11日的《柳葉刀》雜志發(fā)表題為“印度、巴基斯坦、英國(guó)發(fā)現(xiàn)新的病原菌耐藥機(jī)制”的論文肺炎克雷伯菌攜帶金屬β-內(nèi)酰胺酶基因，也稱新德里-金屬β-內(nèi)酰胺酶基因1（NewDelhiMetalo-1，NDM-1）。NDM-1基因存在于細(xì)菌的質(zhì)粒上。該菌對(duì)所有β-內(nèi)酰胺類抗生素廣泛耐藥。對(duì)環(huán)丙沙星也不敏感，僅對(duì)多粘菌素敏感。39MBLs在世界的發(fā)現(xiàn)EnzymeStrainDiscoveryinIMP（28）S.marcescens,P.aeruginosa,A.baumanni,EnterobacteriaceaeJapan1994VIM（26）P.aeruginosa,A.baumanni,EnterobacteriaceaeVerona,Italy1999SPM-1（1）P.aeruginosaBrazil2002GIM-1（1）P.aeruginosaGermany2004SIM-1（1）A.baumanniKorea2005AIM-1（1）P.aeruginosaAustrailia2007KHM-1（1）CitrobacterfreundiiJapan2008NDM-1（1）K.pneumoniae,E.coli,EnterobactercloacaeIndia,UK2009DIM-1（1）PseudomonasstutzeriDutch201040我國(guó)碳青霉烯類抗生素不敏感菌株中的金屬酶分布，

（2006－2007年，16個(gè)城市，28家醫(yī)院）CityMBLsgenotypestrains

GuangzhouIMP-913

VIM-21HangzhouIMP-11

VIM-21ShijiazhuangVIM-24TianjinVIM-22ShanghaiVIM-21WuhanVIM-2141產(chǎn)碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌KPC（KlebsiellaPneumoniaeCarbapenemase）2001年在美國(guó)北卡羅來納州首次報(bào)道水解包括碳青霉烯類抗生素在內(nèi)的所有β-內(nèi)酰胺類抗生素,酶抑制劑如克拉維酸有部分抑制作用編碼基因位于質(zhì)粒上。42432005-2010年CHINET耐藥監(jiān)測(cè)肺炎克雷伯菌

對(duì)碳青霉烯類的耐藥率（%）肺桿株數(shù)20052136200628342007303720083435200945562010209344β-內(nèi)酰胺類藥物與β-內(nèi)酰胺酶（參考）

酶抗生素青霉素酶超廣譜β-內(nèi)酰胺酶ESBLs頭孢菌素酶AmpC酶金屬β-內(nèi)酰胺酶MBLs青霉素類分解分解分解分解頭孢菌素類穩(wěn)定分解分解（除第三、四代）分解碳青霉烯類穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定分解被酶抑制劑所抑制能能不能被EDTA抑制

目前最后的防線45碳青霉烯類主要使用于以下三類患者：重癥感染，包括院內(nèi)獲得性肺炎、敗血癥、腹膜炎以及中性粒細(xì)胞減少的發(fā)熱病人，在病原體明確前，為了盡量覆蓋可能的病原菌，常作為經(jīng)驗(yàn)性治療的首選藥物?！爸劐N猛擊”。病原明確后可繼續(xù)使用，也可“降階梯治療”。多重耐藥菌感染的治療，如產(chǎn)ESBLs菌株、產(chǎn)AmpC酶菌株或同時(shí)產(chǎn)ESBLs及AmpC酶菌株的感染。第三、四代頭孢菌素及復(fù)合制劑療效不理想的細(xì)菌引起的腹膜炎、肺炎、敗血癥等。4647二、細(xì)菌對(duì)β內(nèi)酰胺類藥物的耐藥機(jī)制

產(chǎn)生β內(nèi)酰胺酶改變PBPs改變菌膜通透性增強(qiáng)藥物外排形成生物被膜48PBPs靶蛋白與抗生素親和力降低、

PBPs增多或產(chǎn)生新的PBPs均可使抗生素失去抗菌作用。

MRSA高度耐藥：由于原有的PBP2與PBP3之間產(chǎn)生一種新的PBP2‘（即PBP2a），

MRSA低、中度耐藥：由于PBPs的產(chǎn)量增多或與甲氧西林等的親和力下降所致。2、PBPs的改變492、PBPs的改變正常PBPs：PBP1，PBP2，PBP3，PBP3’，PBP4PBP2aPBP-2’MRSA表葡菌PBP1a/1bPBP2a/2x/2b肺炎鏈球菌5種相似PBP

腸球菌503、改變外膜通透性G－桿菌外膜對(duì)某些β內(nèi)酰胺類藥物不易通過，產(chǎn)生非特異性低水平耐藥，如對(duì)青霉素G。敏感G－菌的耐藥：改變跨膜通道孔蛋白，通道關(guān)閉或消失，或產(chǎn)生新的蛋白阻塞孔。非特異性跨膜通道：

OmpF(直徑1.16nm)，OmpC(直徑1.08nm)，特異性跨膜通道：OprD，銅綠假單胞菌對(duì)碳青霉烯類。51G－菌耐藥機(jī)制L.SilviaMunoz-Price&RobertA.Weinstein.NEnglJMed.2008;358:1271-81.524、增強(qiáng)藥物主動(dòng)外排由外膜通道蛋白、融合蛋白和胞質(zhì)膜蛋白構(gòu)成主動(dòng)藥物轉(zhuǎn)運(yùn)（activedrugefflux)產(chǎn)生非特異性、多重耐藥。主動(dòng)泵出系統(tǒng)過度表達(dá)：則形成高水平耐藥。在大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、金葡菌、表葡菌等。53多重耐藥主動(dòng)外排泵

內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)體內(nèi)膜膜融合蛋白545、細(xì)菌生物被膜的形成

Highβ-LactamaseLevelsChangethePharmacodynamicsofβ-LactamAntibioticsinPseudomonasaeruginosaBiofilms.

WangHengzhuang,OanaCiofu,LiangYang,HongWu,ZhijunSong,AntonioOliver,andNielsH?iby

Antimicrob.AgentsChemother.,Jan2013;57:196-204.

綠膿桿菌生物被膜中，高水平的β-內(nèi)酰胺酶可以高效改變?chǔ)?內(nèi)酰胺類抗生素的活性。55三種細(xì)菌生物被