抗菌药物的发展与细菌耐药

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抗菌药物的发展与细菌耐药

抗菌药物的发展史也就是细菌对其耐药性的发展史。伴随抗菌药物强大的抗感染疗效的同时，细菌等病原体对抗菌药物的耐药问题日渐显露出来。 　　偶然发现开创了抗生素历史 　　1929年，美国弗来明（Fleming）博士报告发现了青霉素。而这一发现纯属偶然：弗来明博士在他欲抛弃的偶有青霉菌生长的葡萄球菌培养皿上发现，在青霉菌的周围，已生长的葡萄球菌出现溶解现象。他将该青霉菌培养液稀释1000倍后，稀释液仍能抑制葡萄球菌的生长，该稀释液还能抑制其他革兰氏阳性球菌的生长。弗来明博士将其中的有效物质命名为青霉素。他在报告中指出，该培养液中的青霉素能抑制革兰氏阳性球菌生长，可用来鉴别革兰氏阳性菌和阴性菌。不过，弗来明博士当时没有做葡萄球菌和肺炎链球菌的抗感染实验，也没有想到用青霉素来作为治疗药物用于临床。 　　1932年，Raistrick博士报告青霉素提取方法；1941年，Florey、Chain、Heatley等博士先后发现青霉素粗制品有抗感染效果。随后，青霉素被应用到临床治疗感染性疾病。1942年，Waksman在美国细菌学会提出“抗生素”一词，至此，抗菌药物时代来临。 　　由自然性转向化学合成 　　1945年至1947年以后，青霉素开始在临床普遍使用。从1942年开始美国的制药公司开始了抗生素的筛选工作。随着研究的不断深入和青霉素提取技术的进步，青霉素由黄色物质变为白色物质，培养液中青霉素产量由每毫升500单位提高到每毫升50000单位以上，在临床逐步大量使用。 　　在青霉素临床应用的同时，科研人员先后于1944年发现链霉素，1947年发现氯霉素，1948年发现金霉素，1949年发现土霉素，1951年发现红霉素。这些新型抗菌药物都来自于细菌和真菌。后来，随着化学合成技术的发展，在弄清自然来源的抗生素的结构后，人们开始生产半合成抗生素，许多半合成抗生素加入到了抗感染队伍中。 　　虽然1945年Brotzu就发现了头胞菌素，但直到上世纪60年代人们才确定了头胞菌素C的化学结构，并开始进行对耐药菌有效的半合成抗菌药物研究。最先用于临床的头胞菌素是头胞噻酚。自1972年开始，美国、日本、法国等国家的大型制药公司先后推出头胞孟多、头胞呋新、头胞替胺、头胞噻肟、头胞唑肟、头胞哌酮、磺苄头胞菌素、头胞西尼、头胞美唑以及口服头胞菌素等。1976年硫霉素被发现，同时第一个β-内酰胺酶抑制剂—克拉维酸问世。 　　除抗生素外，磺胺药也在20世纪初被开发利用。第一个磺胺类药物“百浪多息（Protosil）”是由Klarer和Mietzsch于1932年首先合成，是由多马克医师所实验的对溶血性链球菌感染有治疗作用的系列偶氮染料之一。当时产褥热的死亡率很高，磺胺药问世后，产褥热的病死率急剧下降，并随着更有效的磺胺药的出现其病死率进一步降低。 　　从磺胺药的问世到青霉素等β-内酰胺类抗菌药物的不断发展，及其他抗菌药物陆续投入临床使用，抗菌药物在人类与感染性疾病的斗争中发挥了举足轻重的作用。 　　耐药问题接踵而至　　1940年，青霉素刚开始投入临床时的药敏实验显示，所有金黄色葡萄球菌（简称“金葡菌”）均对其敏感。1942年，Ramel-kamp和Maxon报道出现对青霉素耐药的金葡菌，其实际出现时间应为1941年。1944年，Kirby从7株耐青霉素金葡菌中提取出青霉素酶。随着青霉素的广泛使用，金葡菌的耐药性迅速增加，当时主要通过质粒介导的诱导性A类β-内酰胺酶水解青霉素。为解决这一问题，1961年甲氧西林问世并投入临床使用，不久之后报告出现耐甲氧西林金葡菌（MRSA）。后来研发的万古霉素对MR鄄SA一直相当敏感，但在20世纪90年代末期，又有对万古霉素敏感性降低的金葡菌的报告，2002年以来美国已先后报道3株对万古霉素完全耐药的金葡菌。 　　20世纪50年代中期，革兰阴性菌和葡萄球菌出现耐药性开始引起人们的注意。1957年发现并开始研究卡那霉素对耐药菌的效果，并于1958年将其应用于临床。1959年Rolinson博士发酵生产6—APA成功，于是开始研究开发抗青霉素酶（β—内酰胺酶）和对耐药菌有效的半合成青霉素。 　　为满足临床需要，广谱青霉素及头胞菌素的开发与应用发展迅速，但细菌的耐药性也进一步发展。人们发现，抗菌药物时代以前的质粒不带耐药基因，而当前的质粒携带耐药基因，传播耐药性。1963年，科研人员在雅典从一株大肠杆菌中首次分离出TEM-1型β-内酰胺酶，随后发现携带TEM-1基因的转座子在全球内各菌株中广泛传播；1973年发现染色体介导的C型酶（AmpC），1983年发现超广谱β-内酰胺酶（ESBL），这两种酶能水解三代头孢菌素。少数细菌可产生金属酶，对β-内酰胺类抗菌药物具有极强的破坏力。现在，革兰氏阴性菌已成为医院感染的主要病原菌。 　　同样，对其他抗菌药物，细菌也不断表现出新的耐药性。目前除已出现对万古霉素敏感性降低的金葡菌外，多重耐药的革兰氏阴性杆菌特别是肠杆菌、结核杆菌迅速增加。同时由于一些抗菌药物被作为动物促生产剂在动物饲料中作为添加剂，使细菌耐药性问题变得更加复杂，如美国用尚未上市的新抗菌药“奎奴普丁/达福普丁”对临床分离细菌做药敏实验，发现部分细菌已对其产生耐药性，其原因可能与饲料添加剂中含类似成分有关；再如临床应用时间并不长的喹诺酮类药物，在国内由于广泛使用，目前细菌对其耐药性已十分严重。 　　抗菌药物压力与耐药性 　　与抗菌药物的接触（抗菌药物压力）是细菌产生耐药的主要源动力。1985年，著名学者McGowan指出了与医院内细菌耐药性的出现相关的7个方面：（1）引起医院感染的微生物的耐药性比引起社会感染的微生物的耐药性更多见；（2）医院中耐药菌株感染者使用的抗菌药物比敏感株感染或定植者使用的抗菌药物多；（3）抗菌药物使用情况的变化会引起细菌耐药情况的变化，如投入或停用某种抗菌药物常与其耐药性的消长有关；（4）抗菌药物使用愈多的区域耐药菌分布愈多；（5）抗菌药物应用时间越长耐药菌定植的可能性越大；（6）抗菌药物剂量越大耐药菌定植或感染的机会更多；（7）抗菌药物对自身菌群有影响并有利于耐药菌生长。 　　1998年，StuartBLevy在《新英格兰医学杂志》上发表题为《多重耐药——一个时代的标志》的文章，认为（1）抗菌药物只要使用了足够时间，就会出现细菌耐药性，如使用青霉素25年后出现耐青霉素肺炎球菌、氟喹诺酮使用10年后出现了肠杆菌耐药；（2）耐药性是不断进化的，随着抗菌药物的应用，耐药也从低度耐药向中度、高度耐药转化；（3）对一种抗菌药物耐药的微生物可能对其他抗菌药物也耐药；（4）细菌耐药性的消亡很慢；（5）使用抗菌药物治疗后，患者容易携带耐药菌。 　　遗传机制确定了细菌耐药性的生化机制。细菌耐药的生化机制主要有（1）抗菌药物作用靶位的改变；（2）抗菌药物被细菌产生的酶灭活；（3）细菌细胞膜通透性的改变，使抗菌药物不能进入细菌细胞或被细菌细胞膜的药物泵排出细胞；（4）形成细菌生物被膜，为细菌躲避抗菌药物作用提供场所；（5）以上几种机制的结合。细菌耐药性既可在细菌间传播，也可通过人或环境进行传播。 　　当今重要的耐药菌， 　　1、耐药金葡菌：首先是产生内酰胺酶，1961年报告耐甲氧西林金葡菌（MRSA）；至上世纪90年代，MRSA已成为医院感染的重要致病菌；20世纪末，发现对万古霉素的敏感性下降的金葡菌（VISA）；至21世纪初，美国报道已发现耐万古霉素金葡菌(VRSA)。 　　2、耐药肺炎链球菌：1967年巴布亚新几内亚首先报道肺炎链球菌对青霉素耐药(PRSP)；随后世界各国报告逐渐增加。1995年报告耐头胞噻肟的肺炎链球菌。 　　3、耐药肠球菌：上世纪90年代报告的耐万古霉素肠球菌(VRE)。 　　4、耐药流感嗜血杆菌：1972年首次报告由质粒介导的内酰胺酶产生的对氨苄西林耐药菌。 　　5、耐药淋球菌：1976年以来，产生内酰胺酶，由质粒介导的对青霉素高水平耐药的淋球菌在东南亚、西非出现并传播到西方国家，随后又出现对四环素类高度耐药淋球菌及对大观霉素耐药菌株，对喹诺酮类耐药菌株。目前淋病治疗困难与细菌耐药有密切关系. 　　6、耐药脑膜炎奈瑟菌：上世纪60年代出现耐磺胺药的脑膜炎奈瑟菌，随后又出现对利福平、喹诺酮类耐药菌株；国外对青霉素敏感性降低或耐药菌株也有报道。 　　7、耐药肠杆菌科细菌：1965年首先报道氨苄西林、羟氨苄西林耐药的大肠杆菌，并在医院内传播，目前大肠杆菌及其他肠杆菌对几乎所有抗菌药物都可以耐药，包括新上市的氟喹诺酮类药物，碳青霉烯类药物等。伤寒的耐药性发展也较快。 　　8、耐药与多重耐药结核杆菌：结核杆菌耐药可对雷米封或利福平等单药耐药，也可以对利福平、雷米封、乙胺丁醇等多药同时耐药，称为多重耐药结核杆菌。

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自然性抗菌药物和合成抗菌药物等的出现使有效治疗各种细菌感染成为可能，为保障人类健康做出了卓越贡献。但随着抗生素的广泛应用，也出现了细菌耐药性逐年增加，致使一些抗生素疗效降低、甚至无效的情况。过去已获控制的一些传染性疾病（如结核病等）出现了再次流行的趋势；一些非致病菌成为条件致病菌，如变形杆菌、绿脓杆菌等；而病毒与深部真菌等感染仍然缺乏良好的防治药物。这些情况的出现，迫切要求不断地提供新型抗菌药物，并对已有的抗菌药物发展策略提出了挑战。

　　新抗生素研究风起云涌

　　新抗生素的筛选仍然是新抗菌药物发现的重要途径。当前各大类抗生素均有所发展，β-内酰胺类抗生素特别是头孢菌素在抗生素领域仍占主导地位。出现第四代头孢菌素[头孢匹罗(Cefpirom)、头孢吡肟(Ce鄄fepime)、头孢唑兰(Cefozopran)与头孢噻利(Cefoselis)]；发现兼具免疫调节作用的头孢菌素[头孢地秦(Cefodizime)]；一批第三代口服头孢菌素和性能优于已有品种的第一、

　　二代口服头孢菌素也陆续上市；碳青霉烯类在保持对肾脱氢肽酶稳定的基础上，其抗菌活性、安全性和药代动力学特征不断得以改善。

　　大环内酯类抗生素已由第一代发展到第三代。当前研究的主要动向是继续采用化学与生物学等方法修饰结构，以改善其耐药性并研发其在抗菌以外的应用。第一个第三代大环内酯药物亦于2002年首次上市。

　　氨基糖苷类抗生素通过结构修饰已明显改善了耐药性，近年又研制出抗耐甲氧西林金葡菌（MRSA）的新氨基糖苷类药物。阿贝卡星(Arbekacin)不易受氨基糖苷钝化酶侵袭，对更多的氨基糖苷耐药菌有作用，其抗革兰氏阳性菌、阴性菌的活性比阿米卡星强，特别对MRSA有强大的抗菌力；依替米星(Etimicin)对庆大霉素耐药菌的敏感率高于奈替米星，对MRSA亦有较强作用。

　　科研人员对四环素类抗生素的耐药性问题也在探索。新研究表明，从Dactylospo鄄rangium发酵液中分离出的4种Dactylocy鄄cline，对耐四环素的革兰阳性菌有作用。甘氨酰四环素(Glycylcycline)是经过结构修饰的半合成四环素，对起源于核糖体保护和外排机制的耐药菌有作用；叔丁基甘氨酰米诺环素tigilcycline(TBG-MINO、GRA-936)对临床重要致病菌（包括耐四环素、糖肽与氟喹诺酮的革兰阳性菌）有广泛的活性，抗MRSA、PRSP（耐青霉素的肺炎链球菌）、VRE（耐万古霉素肠球菌）作用优于万古霉素。

　　MRSA、PRSP、VRE是目前临床常见的几种重要的耐药革兰氏阳性菌。它们的出现给临床治疗带来了极大困难。近年来，针对这些方面的研究已经取得了一定进展。新糖肽类抗生素Oritavancin(LY-333328)为半合成糖肽类药物，其体内半衰期较长，对MRSA、PRSP与VRE均显示良好作用，是抗VRE活性最强的药物之一。链阳霉素类抗生素Synercid(RP-59500)是“奎奴普丁/达福普丁”的复合制剂，能使细菌蛋白质的合成停止于转肽阶段，阻断核糖体合成蛋白质的外排而使细菌死亡，对MRSA、MSCNS（甲氧西林敏感的凝固酶阴性葡萄球菌）、链球菌属、屎肠球菌等均有较强的杀灭作用。近年来新发现的对多重耐药金葡球菌、MRSA、VRE等有较强作用的其它新抗生素包括了酮内酯类、脂肽类、脂糖肽类、长链烯酸类、含噻唑与?唑的环肽等。

　　对多重耐药的非发酵革兰氏阴性杆菌（如铜绿假单胞菌、不动杆菌、嗜麦芽窄食单胞菌、产ESBLs的肺炎克雷伯菌、大肠杆菌和奇异变形杆菌等）有效的新抗生素主要包括第四代头孢菌素、碳青霉烯、新喹诺酮类，及β-内酰胺类/β-内酰胺酶抑制剂等。近年发现的对耐药革兰氏阳性、阴性菌都有一定抗菌作用的新抗生素有脱甲酰酶(Deformylase)抑制剂BB-3497与Actinonin等。

　　值得一提的是，对多肽抗生素的研究近年来十分活跃。迄今为止,已在昆虫、鸟类、动物及植物等生物中发现了700多种内源多肽抗生素。其高效广谱的抗菌活性引起了各国学者的重视。一般认为多肽抗生素分子可以在细菌质膜上形成跨膜离子通道，从而使细菌不能保持其正常渗透压而死亡，细菌将难以对其产生耐药性。

　　合成抗菌药物花样翻新

　　近年来各国上市了十几种新喹诺酮类抗菌药。与过去的第三代品种相比，或在抗菌作用或在药代动力学性能等方面有所改善。新近正在开发的新喹诺酮类药物既保留了抗革兰氏阴性菌的高活性，又明显增强了抗革兰氏阳性菌活性，并对厌氧菌、支原体、衣原体等也有一定作用。克服喹诺酮类耐药性的研究也有新进展。2-Pyridone类化合物ABT-719(A-86719)是作用于不同靶位的新DNA旋转酶抑制剂，对耐环丙沙星的金葡球菌、表葡球菌、肠球菌和MRSA均有很强活性；新近发现的喹诺酮外排泵抑制剂MC-207110能使左氟沙星抗铜绿假单胞菌活性增效8倍。CJ-13136是假诺卡氏菌产生的新喹诺酮，对幽门螺杆菌有极强的选择性抗菌作用。

　　引人注目的一个新进展是结构新颖的?唑烷酮类抗生素的发现。?唑烷酮类抗生素为抑菌剂，通过选择性地与50S核糖体的23S亚单位结合，抑制起始复合物的形成，在翻译的早期阻断细菌蛋白的合成。其独特的作用特点使其与其他蛋白合成抑制剂间没有交叉耐药发生。该类抗生素中的利奈唑胺(Linezolid)对MRSA等多重耐药革兰氏阳性菌的疗效优于万古霉素，利奈唑胺与Syner鄄cid均已获FDA批准，可用于VRE所致严重感染的治疗。

　　另外，科研人员在对二氢叶酸还原酶抑制剂的研究发现了药代动力学性能和抗菌活性更好的新抗菌药；在合成新化合物的筛选中，找到了螺异?唑衍生物KY-9和喹啉-吲哚衍生物SEP-32196，它们对多重耐药性金葡球菌、MRSA、VRE等均有较强抗菌作用；抗结核杆菌的新药研究则找到了对耐药性结核杆菌有效的硝基咪唑并吡喃类化合物PA-824和具有较强抗结核杆菌作用的吡咯衍生物BM-212。

　　备受关注的新动向

　　过去的抗菌药都是直接作用于细菌病原体。近年来的抗菌药物开发，除继续致力于筛选对耐药菌有效的、具有新抗菌谱和新作用机制或新作用靶位的抗菌药之外，还注意寻找提高与保护抗菌药效能、增强机体防御机能和衰减微生物病原性的物质。

　　抗生素增强剂可以明显增强抗生素的抗菌效力。最近发现的β-内酰胺类增强剂MC-270252、MC-200616与β-内酰胺类联合使用可使β-内酰胺类抗生素对铜绿假单胞菌的最低抑菌浓度（MIC）下降到原来的1/500。

　　抗生素灭活酶抑制剂中的β-内酰胺酶抑制剂药物已成功地应用于临床，获得良好疗效。比较典型的是克拉维酸、舒巴坦和三唑巴坦，但三者都不能抑制B型β-内酰胺酶。寻找新β-内酰胺酶抑制剂已成为近年抗生素研究的热点之一。科研人员先后发现了对A、B、C、D型β-内酰胺酶有广谱抑制活性（如从碳青霉烯中筛选出的J-110441）和对B型β-内酰胺酶显示出强力抑制作用（如青霉烷砜衍生物CL-186195和CL-18665）的新抗菌药；与大环内酯-林可霉素-链阳霉素类抗生素（MLS）耐药性相关的Erm甲基转移酶的抑制剂研究正在进行中。

　　近年来，其它如渗透性促进剂、外排泵抑制剂、生体防御机能调节剂、微生物感染途径阻断与病原性衰减剂的研究也颇受重视。

　　研究展望

　　微生物及其代谢产物的多样性，为新抗菌药物的筛选提供了丰富来源，但过去半个多世纪以来的药物筛选还只触及到其中很小的一部分。而对海洋微生物和极端微生物的研究为新型抗菌药物开发提供了更广阔的前景。

　　当前各国学者正致力于将传统的随机筛选转变为目标明确的理性筛选，运用抗生素作用机制、耐药原理和分子药理学与病理学等方面的新成就，创建新的筛选模型，利用高新技术建立自动、快速、高通量的筛选程序；广开菌源，并采用基因工程、细胞工程等技术构建生物工程菌株，运用电子计算机辅助设计和组合化学等手段大量获取新化合物。已经完成的对重要致病菌基因组的研究初步揭示了许多潜在抗生素作用新靶点的存在，尽管目前相关研究开展的还比较少，但人们已着手探索。无疑，二十一世纪的抗菌药物必将获得更大的发展。

    抗菌药物的发展与细菌耐药

　　抗菌药物的发展史也就是细菌对其耐药性的发展史。伴随抗菌药物强大的抗感染疗效的同时，细菌等病原体对抗菌药物的耐药问题日渐显露出来。
　　偶然发现开创了抗生素历史1929年，美国弗来明（Fleming）博士报告发现了青霉素。而这一发现纯属偶然：弗来明博士在他欲抛弃的偶有青霉菌生长的葡萄球菌培养皿上发现，在青霉菌的周围，已生长的葡萄球菌出现溶解现象。他将该青霉菌培养液稀释1000倍后，稀释液仍能抑制葡萄球菌的生长，该稀释液还能抑制其他革兰氏阳性球菌的生长。弗来明博士将其中的有效物质命名为青霉素。他在报告中指出，该培养液中的青霉素能抑制革兰氏阳性球菌生长，可用来鉴别革兰氏阳性菌和阴性菌。不过，弗来明博士当时没有做葡萄球菌和肺炎链球菌的抗感染实验，也没有想到用青霉素来作为治疗药物用于临床。

　　1932年，Raistrick博士报告青霉素提取方法；1941年，Florey、Chain、Heatley等博士先后发现青霉素粗制品有抗感染效果。随后，青霉素被应用到临床治疗感染性疾病。1942年，Waksman在美国细菌学会提出“抗生素”一词，至此，抗菌药物时代来临。

　　由自然性转向化学合成1945年至1947年以后，青霉素开始在临床普遍使用。

　　从1942年开始美国的制药公司开始了抗生素的筛选工作。随着研究的不断深入和青霉素提取技术的进步，青霉素由黄色物质变为白色物质，培养液中青霉素产量由每毫升500单位提高到每毫升50000单位以上，在临床逐步大量使用。

　　在青霉素临床应用的同时，科研人员先后于1944年发现链霉素，1947年发现氯霉素，1948年发现金霉素，1949年发现土霉素，1951年发现红霉素。这些新型抗菌药物都来自于细菌和真菌。后来，随着化学合成技术的发展，在弄清自然来源的抗生素的结构后，人们开始生产半合成抗生素，许多半合成抗生素加入到了抗感染队伍中。

　　虽然1945年Brotzu就发现了头胞菌素，但直到上世纪60年代人们才确定了头胞菌素C的化学结构，并开始进行对耐药菌有效的半合成抗菌药物研究。最先用于临床的头胞菌素是头胞噻酚。自1972年开始，美国、日本、法国等国家的大型制药公司先后推出头胞孟多、头胞呋新、头胞替胺、头胞噻肟、头胞唑肟、头胞哌酮、磺苄头胞菌素、头胞西尼、头胞美唑以及口服头胞菌素等。1976年硫霉素被发现，同时第一个β-内酰胺酶抑制剂—克拉维酸问世。

　　除抗生素外，磺胺药也在20世纪初被开发利用。第一个磺胺类药物“百浪多息（Protosil）”是由Klarer和Mietzsch于1932年首先合成，是由多马克医师所实验的对溶血性链球菌感染有治疗作用的系列偶氮染料之一。当时产褥热的死亡率很高，磺胺药问世后，产褥热的病死率急剧下降，并随着更有效的磺胺药的出现其病死率进一步降低。

　　从磺胺药的问世到青霉素等β-内酰胺类抗菌药物的不断发展，及其他抗菌药物陆续投入临床使用，抗菌药物在人类与感染性疾病的斗争中发挥了举足轻重的作用。

宝瓶

谢谢分享，收获不小。:handshake :look

紫菱

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