微生物藥物學(xué)第四章第三節(jié)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素

微生物藥物學(xué)第四章第三節(jié)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素第1頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

MLS(macrolides-lincosamids-streptogramins)是一類包括：十四、十五和十六元大環(huán)內(nèi)酯類抗生素；林可霉素類抗生素；鏈陽(yáng)性菌素類抗生素。

一MLS類抗生素的結(jié)構(gòu)特性第2頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

1、化學(xué)結(jié)構(gòu)差異大，但其抗菌機(jī)制和細(xì)菌耐藥性機(jī)制非常相似；

2、抗菌譜較窄，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性球菌（特別是葡萄球菌、鏈球菌和腸球菌）和桿菌以及革蘭陰性球菌有效；

3、這些藥物尤其是氯林可霉素對(duì)厭氧菌也有效；

4、革蘭氏陰性桿菌通常對(duì)這類藥物不敏感，但某些腸桿菌和嗜血桿菌在體外對(duì)阿齊霉素敏感。一MLS類抗生素的結(jié)構(gòu)特性第3頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紅霉素第4頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四竹桃霉素第5頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四泰樂(lè)菌素

第6頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四交沙霉素

第7頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四林可霉素類抗生素的化學(xué)結(jié)構(gòu)

第8頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鏈陽(yáng)性菌素A鏈陽(yáng)性菌素B第9頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

二MLS類抗生素的作用機(jī)制

一般認(rèn)為：MLS類抗生素為第Ⅰ類型的蛋白質(zhì)合成抑制劑，即阻斷50S中肽酰轉(zhuǎn)移酶中心的功能，使P位上的肽酰tRNA不能與A位上的氨基酰tRNA結(jié)合形成肽鍵。

第10頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四MLSB類抗生素對(duì)50S核糖體亞基結(jié)合位點(diǎn)的拓模式

大環(huán)內(nèi)酯類抗生素與50S核糖體亞單位可逆性地結(jié)合，阻斷肽鏈的延伸第11頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四MLS類抗生素對(duì)50S核糖體上肽

?；D(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域的結(jié)合位點(diǎn)

MLS類抗生素肽酰基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域

ⅠⅡIII鏈陽(yáng)性菌素B類

14元大環(huán)內(nèi)酯類16元大環(huán)內(nèi)酯類

鏈陽(yáng)性菌素A類

林可類

VS

ERY

LEU/SPM

VM

LIN

第12頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四MLSB類抗生素對(duì)50S核糖體亞基結(jié)合位點(diǎn)的拓模式

第13頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1紅霉素的抗菌作用機(jī)制

核糖體是細(xì)胞中蛋白合成場(chǎng)所，無(wú)論原核或真核細(xì)胞內(nèi)核糖體的含量都與細(xì)胞蛋白合成活性直接相關(guān)。一旦核糖體功能受到破壞，細(xì)胞會(huì)由于不能合成蛋白而死亡。紅霉素在細(xì)胞中的作用對(duì)象就是核糖體，其作用方式有兩種：

一是抑制50S核糖體大亞基的形成；另一個(gè)是抑制核糖體的翻譯作用。

第14頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、紅霉素抑制50S核糖體大亞基的形成

50S大亞基是由23SrRNA、5SrRNA和20多種蛋白組裝而成的，組裝過(guò)程中先后有32S、42S中間產(chǎn)物產(chǎn)生。

當(dāng)細(xì)菌生長(zhǎng)環(huán)境中存在紅霉素時(shí)，正在組裝中的尚未有功能的50S亞單位就可能會(huì)和紅霉素結(jié)合上（結(jié)合位點(diǎn)與紅霉素在成熟50S大亞基上的結(jié)合位點(diǎn)相似但不完全相同），于是50S大亞基的組裝就被停止，而這個(gè)無(wú)功能的50S大亞基中間產(chǎn)物因不能進(jìn)一步形成有功能的核糖體，最終會(huì)被核糖核酸酶（如RNaseE）降解掉。從細(xì)胞水平上看，細(xì)胞核糖體數(shù)量下降，蛋白合成能力降低，細(xì)菌的生長(zhǎng)被抑制住了。第15頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、紅霉素抑制50S核糖體大亞基的形成

一般來(lái)說(shuō)，大環(huán)內(nèi)酯類抗生素對(duì)于50S大亞基形成的抑制作用是特異性的，即30S亞基的形成不受抗生素的影響，而且已組裝好了的50S大亞基也不會(huì)被降解。但是新近文獻(xiàn)報(bào)道在流感嗜血細(xì)胞中酮內(nèi)酯類抗生素泰利霉素（telithromycin）及ABT-773能在相同程度上抑制50S和30S亞基的組裝。

第16頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、紅霉素抑制核糖體的翻譯

核糖體是蛋白合成場(chǎng)所，它能把翻譯中的各種組分聚集起來(lái)完成遺傳信息mRNA到多肽鏈的轉(zhuǎn)變。核糖體上與多肽合成有關(guān)的活性位點(diǎn)有5個(gè)：

1）mRNA結(jié)合部位；

2）接受AA-tRNA的部位；

3）結(jié)合或接受肽基tRNA的部位；

4）肽基轉(zhuǎn)移部位（P位）；

5）形成肽鏈的部位（肽酰轉(zhuǎn)移酶中心）。

紅霉素抑制核糖體的翻譯作用就是通過(guò)影響肽鏈轉(zhuǎn)移酶來(lái)完成的。

第17頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、紅霉素抑制核糖體的翻譯

肽酰轉(zhuǎn)移酶中心定位在23SrRNA結(jié)構(gòu)域V的中心環(huán)部位，這個(gè)中心環(huán)還向外發(fā)散著一些發(fā)夾環(huán)，發(fā)夾環(huán)中間的空擋由多個(gè)蛋白填充起來(lái)，并由這些蛋白中和rRNA磷酸骨架所帶的電荷在肽鏈轉(zhuǎn)移酶中心的下方有一個(gè)新生肽釋放隧道（見(jiàn)圖）；新生肽釋放隧道主要是由RNA組成，但它也含有L4和L22等蛋白，并且這個(gè)隧道最狹小的部分就是由L22和L4組成的（見(jiàn)圖），這兩個(gè)蛋白從隧道的背面互相靠近形成了一個(gè)門(mén)防（這種限制的功能至今未知，推測(cè)可能通過(guò)由L22和L4形成的這個(gè)限制來(lái)感應(yīng)釋放隧道中蛋白鏈的信息）。第18頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四新生肽釋放隧道的部分示意圖

第19頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）紅霉素在核糖體上的結(jié)合位點(diǎn)

L22和L4形成的門(mén)防就是紅霉素結(jié)合的靶位點(diǎn)之一。

通過(guò)兩種放射性標(biāo)記了的紅霉素衍生物與核糖體結(jié)合實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)L22及L4上有放射性，并且還發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)L15能脫離50S大亞基在溶液中與紅霉素作用，但結(jié)合作用較為微弱。第20頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2）紅霉素抑制核糖體翻譯作用的機(jī)制

紅霉素抑制核糖體的翻譯作用實(shí)際上通過(guò)兩個(gè)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的：

一是紅霉素可抑制蛋白合成延伸；二是紅霉素能促進(jìn)肽酰tRNA的脫落，也就是當(dāng)AA-tRNA結(jié)合到核糖體A位并與P位上的肽鏈形成肽鍵時(shí)，紅霉素能阻斷肽酰tRNA（ptRNA）從核糖體A位到P位的轉(zhuǎn)位，并刺激ptRNA從核糖體上脫落，脫落下來(lái)的ptRNA會(huì)被ptRNA水解酶降解釋放出未成熟的肽鏈。第21頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、鏈陽(yáng)性菌素的協(xié)同作用機(jī)制

—鏈陽(yáng)菌素A和B組分在體內(nèi)的協(xié)同作用

組分MIC(ml/L)CFU蛋白質(zhì)合成抑制模式A或B100不變可逆A+B1降低10-2～

10-3不可逆第22頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鏈陽(yáng)菌素A和B組分在體內(nèi)的協(xié)同作用鏈陽(yáng)性菌素獨(dú)特的作用機(jī)制表現(xiàn)為:1)與核糖體非共價(jià)結(jié)合的強(qiáng)度異常大;2)當(dāng)其A組分與50S亞基結(jié)合后能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生永久性即使A組分去除的構(gòu)像變化，這種變化一直保持到核糖體解離至亞基準(zhǔn)備進(jìn)入第二次循環(huán)。

第23頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

鏈鏈陽(yáng)性菌素A起著阻斷底物附著于肽酰轉(zhuǎn)移酶中心的供位和受位，即起著阻斷肽鏈延長(zhǎng)的開(kāi)始；而鏈陽(yáng)性菌素B和其它一些大環(huán)內(nèi)酯類抗生素一樣阻斷蛋白鏈的延長(zhǎng)；另外，鏈陽(yáng)性菌素A僅能結(jié)合在50S中不含氨基酰－tRNA的A位和P位，這種結(jié)合后能夠誘導(dǎo)核糖體產(chǎn)生永久性的構(gòu)像變化并產(chǎn)生一個(gè)多余的60S亞基（這可能是由70S亞基分離而來(lái)），從而增加對(duì)B組分的特殊親和力，使達(dá)到殺菌作用，而鏈陽(yáng)性菌素B和其它大環(huán)內(nèi)酯類抗生素能夠在任何步驟與核糖體結(jié)合。

因此，鏈陽(yáng)性菌素A和B的混合物就是通過(guò)這種雙重代謝阻斷來(lái)達(dá)到抗菌作用的。鏈陽(yáng)性菌素對(duì)50S核糖體表現(xiàn)有特殊的作用機(jī)制：第24頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

喹奴普丁-達(dá)福普丁對(duì)金黃色葡萄球菌表現(xiàn)有特殊的抗生素后效應(yīng)，它不僅在細(xì)菌的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，同時(shí)在遲滯期也有抗生素后效應(yīng)（0.4～6.9小時(shí)），而其它諸如萬(wàn)古霉素、慶大霉素、羅紅霉素和一些β-內(nèi)酰胺類抗生素在細(xì)菌生長(zhǎng)的遲滯期基本上都沒(méi)有后效應(yīng)。這是由于這種藥物能夠與核糖體形成穩(wěn)定的喹奴普丁-核糖體-達(dá)福普丁復(fù)合物，使體內(nèi)的濃度大大地提高（體內(nèi)濃度高于體外58倍）所致。喹奴普丁-達(dá)福普丁具有與鏈陽(yáng)性菌素A和B化合物相同的協(xié)同作用的抗菌機(jī)制。

鏈陽(yáng)性菌素對(duì)50S核糖體表現(xiàn)有特殊的作用機(jī)制：第25頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

細(xì)菌對(duì)MLS類抗生素產(chǎn)生耐藥性的作用機(jī)制第26頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

盡管MLS類抗生素的抗菌作用機(jī)制與其結(jié)構(gòu)特征基本無(wú)關(guān)，但細(xì)菌對(duì)這類抗生素產(chǎn)生耐藥性的作用機(jī)制是不同的，它包括：

內(nèi)在性耐藥（intrinsicresistance）；獲得性耐藥（acquiredresistance）。

細(xì)菌對(duì)MLS類抗生素產(chǎn)生耐藥性的作用機(jī)制第27頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

內(nèi)在性耐藥

所謂的內(nèi)在性耐藥即為細(xì)菌的天然耐藥性，如許多革蘭氏陰性桿菌尤其是一些腸桿菌、假單孢菌和不動(dòng)桿菌對(duì)MLS類抗生素的耐藥似乎是由于細(xì)胞外膜的滲透性所致。這些細(xì)菌的細(xì)胞外膜限制脂溶性抗菌藥物和分子量大于500的MLS類抗生素進(jìn)入胞內(nèi)。細(xì)菌的這種內(nèi)在性耐藥影響了所有的MLS類抗生素的抗菌活性。第28頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四細(xì)菌對(duì)MLS類抗生素獲得性耐藥的三種機(jī)理1.藥物作用靶位分子發(fā)生了變異；

2.抗生素活性分子被鈍化；

3.細(xì)菌產(chǎn)生藥物主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。其實(shí)，這是細(xì)菌對(duì)所有抗菌藥物產(chǎn)生耐藥性的主要作用機(jī)制。

第29頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、細(xì)菌對(duì)紅霉素產(chǎn)生耐藥性的作用機(jī)制①影響紅霉素在胞內(nèi)的積累（大環(huán)內(nèi)酯的外排機(jī)制）；②破壞紅霉素的結(jié)構(gòu)使其失去抗菌作用；③

改造或修飾紅霉素在核糖體上的結(jié)合作用位點(diǎn)。第30頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四①外排機(jī)制介導(dǎo)的細(xì)菌對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素產(chǎn)生的耐藥性

革蘭陽(yáng)性菌和革蘭氏陰性菌都可以通過(guò)過(guò)量表達(dá)外排泵這種膜蛋白來(lái)產(chǎn)生紅霉素抗性作用；

外排泵是一種運(yùn)輸?shù)鞍祝糜趯⒂卸疚镔|(zhì)（包括臨床上所用的抗生素）排出細(xì)胞外；當(dāng)細(xì)胞膜上的外排泵蛋白將紅霉素泵出細(xì)胞外的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于紅霉素流進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的速度時(shí)，胞內(nèi)的紅霉素濃度就會(huì)降低，于是大部分核糖體因沒(méi)有紅霉素的結(jié)合而繼續(xù)合成蛋白，細(xì)胞也就能在存在紅霉素的環(huán)境中存活下來(lái)。第31頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四外排機(jī)制第32頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鈍化酶機(jī)制介導(dǎo)的細(xì)菌對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素產(chǎn)生的耐藥性細(xì)菌名稱被鈍化的抗生素鈍化酶名稱基因定位基因名稱金黃色葡萄球菌SASBLLSAO-酰基轉(zhuǎn)移酶SB

水解酶ND４-LO-核苷酰轉(zhuǎn)移酶pIP524pIP524NDpIP856saasbhLinA’人葡萄球菌MNDpIP860溶血葡萄球菌L４-LO-核苷酰轉(zhuǎn)移酶pIP855LinA’乳房鏈球菌L４-LO-核苷酰轉(zhuǎn)移酶NDLinA’屎鏈球菌SANDpIP815乳酸桿菌屬M(fèi)SAMLMSMLSNDNDND產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌SNDND鏈霉菌MLLND3-LO-磷酸轉(zhuǎn)移酶3-LO-核苷酰轉(zhuǎn)移酶NDNDND假單孢菌MNDND大腸艾希氏菌MMM紅霉素I型酯酶紅霉素II型酯酶大環(huán)內(nèi)酯2’-磷酸轉(zhuǎn)移酶pIP1100pIP1527NDereAereB第33頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紅

霉

素

酯

酶

的

作

用

機(jī)

制

第34頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四③核糖體改變或修飾機(jī)制介導(dǎo)大的細(xì)菌

對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素產(chǎn)生的耐藥性

抗性細(xì)菌第三個(gè)產(chǎn)生耐藥性的途徑就是改造或修飾核糖體上的紅霉素作用位點(diǎn)，也就是通過(guò)直接作用核糖體上的紅霉素作用位點(diǎn)來(lái)影響紅霉素抗菌作用，這種直接作用方式既可以通過(guò)突變作用位點(diǎn)的堿基及蛋白來(lái)完成；也可以通過(guò)產(chǎn)生一種抗性短肽直接將紅霉素從核糖體的結(jié)合位點(diǎn)上替代下來(lái)。第35頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四方式1、核糖體大亞基的23SrRNA

堿基突變產(chǎn)生的抗性

核糖體大亞基的23SrRNA堿基突變引起紅霉素耐藥性的報(bào)道很多，主要集中在結(jié)構(gòu)域Ⅱ和結(jié)構(gòu)域V兩個(gè)位置上發(fā)生突變；結(jié)構(gòu)域V的堿基突變主要在G2057、A2058、A2059、C2611位置上：由于G2057～C2611堿基對(duì)既能穩(wěn)定核糖體23SrRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)，又是紅霉素在結(jié)構(gòu)域上的結(jié)合位點(diǎn)。

所以由G2057、C2611堿基突變引起的2057～2611堿基對(duì)破壞能導(dǎo)致組成型核糖體變化，造成紅霉素對(duì)核糖體親和力降低，從而產(chǎn)生紅霉素抗性。第36頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四方式2、甲基轉(zhuǎn)移酶Erm家族催化的

A2058甲基化引起的抗性

最廣泛的紅霉素抗性產(chǎn)生及傳播的機(jī)制是通過(guò)在A2058的N6上單甲基和雙甲基化來(lái)降低紅霉素與RNA的親和力而產(chǎn)生抗性，這個(gè)修飾是由S-腺苷-L-甲硫氨酸（AdoMet）依賴的甲基轉(zhuǎn)移酶Erm家族催化的，Erm家族成員的序列具有24.6%～85%的同源性。第37頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

Erm機(jī)制是金黃色葡萄球菌產(chǎn)生紅霉素抗性的主要原因，金黃色葡萄球菌主要靠ermA、ermB、ermC及ermF這四個(gè)基因的產(chǎn)物來(lái)甲基化修飾堿基而得到紅霉素抗性的，這些紅霉素抗性菌株可以分成兩種類型：

一類是組成型抗性菌株，其能在超過(guò)100μg/mL的紅霉素濃度下生長(zhǎng)；另一類是誘導(dǎo)型抗性菌株，能在亞抑制單位的抗生素濃度誘導(dǎo)下對(duì)高濃度的紅霉素形成抗性。這種誘導(dǎo)調(diào)節(jié)的作用機(jī)制可以用圖來(lái)解釋。第38頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四核糖體大亞基上蛋白質(zhì)突變引起的抗性

核糖體蛋白質(zhì)L4和L22突變能引起紅霉素抗性，在大腸埃希氏菌和肺炎鏈球菌的抗性菌株中均發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象。對(duì)L4和L22蛋白突變所引起的抗性機(jī)制的解釋是：

一是結(jié)合在23SrRNA結(jié)構(gòu)域I上的L4和L22突變會(huì)造成整個(gè)23SrRNA的整體結(jié)構(gòu)變化，從而影響了紅霉素作用的其它靶位點(diǎn)與紅霉素的結(jié)合；

二是L4和L22突變降低了紅霉素與核糖體的結(jié)合作用，因?yàn)榧t霉素是通過(guò)結(jié)合在肽鏈釋放隧道上L4和L22形成的狹小門(mén)防位置，而促使肽鏈無(wú)法進(jìn)入才抑制蛋白合成的。第39頁(yè)，共47頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、細(xì)菌對(duì)鏈陽(yáng)性菌素產(chǎn)生耐藥性的作用機(jī)制

對(duì)鏈陽(yáng)性菌素產(chǎn)生耐藥性的問(wèn)題首先在葡萄球菌中發(fā)現(xiàn)，其僅對(duì)鏈陽(yáng)性菌素A組分產(chǎn)生耐藥性;

葡萄球菌中有很多編碼對(duì)鏈陽(yáng)