喹诺酮类抗菌药的作用机制及细菌耐药性的研究进展

󰀁27󰀁

文章编号:1001-8751(2004)01-0027-03

喹诺酮类抗菌药的作用机制及细菌耐药性的研究进展

󰀁范󰀁柏

(天津市药品检验所,天津󰀁300070)

󰀁󰀁摘要:󰀁喹诺酮类抗菌药具有抗菌谱广,作用机制独特,药物动力学性能好以及口服和非肠道给药均有效等特点,在临床上广泛应用于各种感染的治疗。但是随着此类药物的使用,其耐药性亦不断增长,并已迅速发展至十分严重的程度。耐药性的大量出现与广泛传播会给人们的健康造成很大的危害,给临床治疗带来很大困难,甚至造成治疗失败,目前已引起了普遍重视。因此,深入研究喹诺酮类药物的作用机制,耐药机制,进而探索解决其耐药性的方法,开发新型喹诺酮类药物和具有抑制喹诺酮细菌耐药性的新药,以遏制或减缓此类药物细菌耐药性的发展已迫在眉睫。本文对近年来关于喹诺酮类抗菌药物的作用机制、耐药机制以及克服耐药性的对策等项的研究作一综述。

关键词:󰀁喹诺酮;作用机制;耐药机制;对策中图分类号:󰀁R978󰀁1+9󰀁󰀁󰀁󰀁文献标识码:󰀁A

󰀁󰀁喹诺酮是一类由萘啶酸发展起来的全合成抗菌药,具有独特的作用机制、优秀的药物动力学性能和抗菌活性,多年来已成为广受欢迎的临床治疗用药。自20世纪70年代后期诺氟沙星问世以来,氟喹诺酮类新药的研究和开发,在世界范围内迅速发展,相继报道了有临床应用价值的新型药物,如氧氟沙星、环丙沙星、依诺沙星、氟罗沙星、培氟沙星和洛美沙星等,在临床上广泛应用于感染性疾病,取得了优异的疗效[1]。

20世纪90年代以来,相继合成了新的氟喹诺酮类抗菌药,如司帕沙星、托氟沙星、加替沙星、曲伐沙星、格帕沙星、克林沙星等,明显扩大了抗菌谱和增强了抗菌活性。但随之而来的一个潜在问题即此类药物在临床上的广泛应用,尤其是滥用,致使细菌耐药性迅速增加

[2]

菌作用机制成为可能。已确认氟喹诺酮类药物的作用靶位是DNA促旋酶,当时认为它是仅存在于细菌体

内的一种必不可少的拓扑异构酶󰀁,是细菌体内已知的、惟一能够使双链DNA产生负超螺旋的拓扑异构酶。近年来研究发现拓扑异构酶󰀁也是氟喹诺酮类药物的作用靶位。在革兰氏阳性菌中,主要作用靶位是拓扑异构酶󰀁,而在革兰氏阴性菌中,主要作用靶位是DNA促旋酶。人体细胞缺乏这些靶体酶,因此喹诺酮类药物对细菌细胞具有选择性。DNA促旋酶催化DNA负超螺旋和连锁的分离,复制姐妹染色体,对DNA的复制和转录及复制的染色体的分离很重要。在复制循环的末尾,拓扑异构酶󰀁通过解开姐妹复制子连环体,分离染色体,而引起超螺旋DNA的松驰[3]。

DNA促旋酶和拓扑异构酶󰀁都是细菌生长所必需的酶,其中任一种酶受到抑制都将使细胞生长被抑制,最终导致细胞死亡。喹诺酮类药物的作用机制正是药物通过与DNA、DNA促旋酶或拓扑异构酶VI发生交互作用形成三元复合物,药物的这种作用诱导DNA和拓扑异构酶IV发生构型改变,从而导致这种酶对DNA不能发挥正常的功能,最后导致DNA降解及菌体死亡

[4]

,耐药性产生的直接后果是严重影响了临床

疗效,增加了治疗成本,同时缩短了新药的应用周期,增大了新药的研究与开发成本。因此,目前已引起了广泛关注,为了解决这一难题,关于此类药物的作用机

制、耐药机制及其对抗其细菌耐药性的对策等大量研究工作也在逐步深入。1󰀁作用机制

新喹诺酮类药物的迅速发展与两个重要发现密切相关,其中Gellert等证实的DNA促旋酶则是喹诺酮类药物迅速发展的第一个也是最关键的发现,这一发现使人们在分子水平上更好地理解喹诺酮类药物的抗󰀁

收稿日期:2003-05-11

作者简介:范柏,女,生于1954年,副主任药师,从事抗生素药物分析。

。

2󰀁细菌对喹诺酮类抗菌药物产生耐药性的作用机制

随着喹诺酮类药物在临床上的频繁使用,其细菌

󰀁28󰀁

耐药性呈蔓延趋势,耐药的细菌种类不断增多,耐药的程度也趋加重[5]。据报道,欧美多见于铜绿假单胞菌、沙雷氏菌、不动杆菌与MRAS,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,日本则以葡萄球菌与铜绿假单胞菌居多。我国喹诺酮耐药性发展尤为严重,目前几乎所有医院感染常见致病菌均可见到喹诺酮耐药菌株。革兰氏阳性菌对喹诺酮类药物的耐药率上升较快,特别是MRSA对环丙沙星的耐药率已达到90%~99%,对氧氟沙星也达到82%;甲氧西林耐药凝固酶阴性葡萄球菌对诺氟沙星的耐药率已达50%,肠球菌对环丙沙星的耐药率达82%。革兰氏阴性菌对喹诺酮类药物的耐药率增长也很快,目前耐氟喹诺酮类药物的大肠埃希氏菌(FREC)临床检出率达50%~70%以上。而且院外感染与院内感染所分离菌株的耐药率无显著性差异,这与门诊病人对喹诺酮类药物的广泛使用,尤其是不合理使用有关[6]。

目前认为喹诺酮类抗菌药的耐药机制主要有:(1)作用的靶分子󰀁󰀂型拓扑异构酶变异胞膜通透性改变[8];(3)主动外排[9]。2.1󰀁󰀁型拓扑异构酶的变异

在大肠埃希氏菌中已确证存在的󰀁型拓扑异构酶包括两种,即DNA促旋酶和拓扑异构酶󰀁。前者促使DNA逆向超螺旋化,与DNA复制、修复、转录、重组等密切相关,后者在DNA切断、重接和复制终了后DNA双链分离等过程中起重要作用。DNA促旋酶是由gyrA基因编码的GyrA蛋白和由gyrB基因编码的GyrB蛋白质组成的四聚体,其中任一亚基变异都会引起喹诺酮耐药性。拓扑异构酶󰀁是由parC基因与parD基因分别编码的ParC蛋白与ParD蛋白各2分子组成的四聚体,其中任一亚基变异均会引起喹诺酮耐药性[10]。有实验表明: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。由于DNA促旋酶发生变异,其中个别氨基酸变化使喹诺酮类药物与DNA促旋酶󰀁DNA复合体的亲和性下降,形成耐药性。与DNA促旋酶相同,拓扑异构酶󰀁发生变异,拓扑异构酶󰀁󰀂DNA复合体对喹诺酮类药物亲和性降低,从而出现耐药性。2.2󰀁细菌细胞膜通透性改变

革兰氏阳性菌缺少细菌外膜,因而不存在膜通透性下降的耐药机理。革兰氏阴性菌对膜通透能力变化较大,膜孔蛋白通道非常狭窄,能对大分子及疏水性化合物的穿透形成有效屏障。革兰氏阴性菌细胞外膜通透性降低会阻碍抗生素进入细菌内膜靶位,由此导致细菌耐药性产生,其主要原因有:(1)膜孔蛋白缺失;

[7]

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(2)多向性突变;(3)特异性通道的突变;(4)脂质双层改变。

喹诺酮类药物与其他抗菌药相同,依靠革兰氏阴性菌外膜蛋白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的量减少而导致耐药。例如大肠埃希氏菌通透喹诺酮类药物的孔蛋白主要为OmpF与OmpC,在喹诺酮药物作用下,发生变异而缺失OmpF的菌株,药物不能进入细胞。有许多大肠埃希氏菌菌株既耐诺氟沙星、环丙沙星,又耐早期的非氟喹诺酮类药物,在这种情况下,药物的非渗透性阻碍了抑制细菌DNA促旋酶所必须的细胞内喹诺酮类药物的浓度,出现耐药性。另有研究表明[11],铜绿假单胞菌较低的外膜通透性表明膜孔蛋白孔道狭窄,其对喹诺酮类等抗生素的固有耐药性也是有效通透屏障和多重外排转运相结合的结果。2.3󰀁主动外排

外排系统是细菌对喹诺酮类耐药的另一重要途径。细菌细胞膜上存在一类蛋白质,在能量支持下,可将进入胞内的药物选择或非选择地排出细胞外,故又称外排泵。此种外排系统亢进,使菌体内药物浓度降低而导致耐药。目前的研究认为,细菌产生的耐药性应从三个层面不断深入理解,第一层认为与抗菌药的结构和作用机制有关,第二层是由于细菌长期接触药物,引起菌体细胞膜孔蛋白的丢失,从而导致细胞通透性下降,而这引起的仅是低度耐药,第三层则是细菌细胞膜上外排泵(主动外排系统)的表达水平不断提高,能主动将扩散入细菌细胞内的药物或其他底物泵出细胞外,此为形成细菌的多重耐药性的主要原因。

近年来,报道了大量能介导喹诺酮类药物耐药性的主动外排蛋白[13],如耻垢分枝杆菌的LfrA[14],枯草芽孢杆菌的Blt和Bmr,肺炎链球菌的PmrA[15],其中AcrB蛋白是大肠埃希氏菌的一个典型介导多重耐药性的外排泵。由喹诺硐耐药性MRSA克隆出的norA基因编码的NorA蛋白为一疏水性膜蛋白,能依赖能量将诺氟沙星、环丙沙星等亲水性喹诺酮类药排出菌体外[10]。最新信息表明,调节基因位点也影响NorA蛋白的表达,从而导致药物的流出[16]。细菌对外排泵的调控是一个极复杂的过程,其复杂性说明了细菌对包括抗生素在内的外界环境压力作出反应的能力3󰀁克服耐药性的对策

3.1开发对耐药菌有作用的非氟喹诺酮

近年上市的新一代喹诺酮类药物如曲伐沙星、格帕沙星、加替沙星等因结构相似、作用机制相同而存在着交叉耐药性[10]。最近发现的几种非氟喹诺酮则有[17]

[12]

;(2)细菌细

。

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󰀁29󰀁

无论是质粒或染色体介导的耐药性,一般只发生在少数细菌内,只有当占优势的敏感菌因抗菌药的选择性作用被大量消灭后,耐药菌才得以繁殖并导致感染[25],而细菌耐药性的产生和发展是抗菌药物广泛应用,特别是滥用的结果。因此,有指征地选用喹诺酮类抗菌药是控制和减缓细菌对此类药物耐药性进一步增长的关键

[26]

明显改善。如6-去氟-8-甲基喹诺酮对甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌、喹诺酮耐药金黄色葡萄球菌,肺炎链球菌和粪肠球菌等革兰氏阳性菌有很强活性;8-甲氧基非氟喹诺酮PGE-9262932对喹诺酮高度耐药性MRSA、青霉素耐药肺炎链球菌和喹诺酮耐药肺炎链球菌有很强活性;T-3811的6-位的氟移到8-位甲氧基的未端,具有良好的抗菌作用,对MRSA、肠球菌等革兰氏阳性菌的活性优于左氧氟沙星与曲伐沙星[19]。

3.2󰀁外排泵抑制剂

抑制排出系统可以增加细菌对药物的敏感性。最近发现的喹诺酮类药物外排泵抑制剂MC-107110是一种由苯丙氨酸、精氨酸󰀁-萘胺组成的二肽酰胺,能抑制细菌外排喹诺酮类药物,可使左氧氟沙星抗铜绿假单胞菌活性增效8倍,现正以其为先导物,进行结构优化

[20]

[18]

。

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。

[21]

Markham等报道利血平能抑制肺炎链球菌对

环丙沙星和金黄色葡萄球菌对诺氟沙星、环丙沙星等水溶性氟喹诺酮类药物的耐药性,但由于此类药物的应用剂量有较高毒性,因此其应用的可能性尚有待研究。另有一类外排泵抑制剂为质子泵抑制剂,有氰氯苯腙和新型制酸剂,前者能抑制主动外排耐药系统能量来源的质子浓度梯度,从而破环外排系统的主动外排作用,表现为药物在细菌中的蓄积显著增加,后者包括雷贝拉唑、奥美拉唑、兰索拉唑等一类新开发的抗消化道溃疡的质子泵抑制剂能显著提高金黄色葡萄球菌对诺氟沙星和环丙沙星等亲水性氟喹诺酮类药物的敏感性。由Markham等报道的质子泵抑制剂与氟喹诺酮类药物联合应用,可使铜绿假单胞菌与金黄色葡萄球菌对氟喹酮类药物的敏感性增加。

由于主动外排耐药系统广泛存在于病原微生物中,而且常介导多重耐药性,因此,研究、开发该系统的抑制剂是解决喹诺酮类多重耐药性的有力措施之一。3.3󰀁渗透性促进剂

利用其他某些药物分子小,可通过主动转运,并能作用于多重耐药性铜绿假单胞菌,使其外膜出现破绽的特点,在菌体内形成高浓度染,获得良好疗效。3.4联合用药

喹诺酮类药物与󰀁-内酰胺类或氨基糖苷类抗生素联用,在体外通常呈相加或协同作用,因此联合用药可抑制细菌对喹诺酮类药物产生耐药性。3.5󰀁加强合理用药[24]

[22]

[23]

。如同时并用磷霉素

(分子小)与诺氟沙星治疗MRSA或铜绿假单胞菌感

(下转第48页)

󰀁48󰀁

用rLL-10治疗后血清ALT水平明显降低,在第12月时从基线平均142IU/mL到75IU/mL(所有剂量联合),其中14名患者炎症评分改善并11名患者纤维化评分降低。

但是在rLL-10治疗的12个月中,平均血清丙肝病毒(HCV)RNA水平增加0.5log,5名患者病毒载量>100Meq/mL,其中2名ALT水平连续明显上升,12个月后,由于这些原因停止了进一步拟定的治疗方案。

在rLL-10治疗期间,在外周血中观察到免疫变化,包括HCV特定CD4+和CD8+干扰素󰀁分泌T细胞的量减少,CD8+效应物部位的功能损害,外周血细胞因子产物显示正在远离TH0/TH1细胞效应向TH2细胞效应转化。

Anon,Inpharma,2003,1411:12(英文)吴小林摘25-09󰀁阿奇霉素对社区获得性肺炎的有效性

美国的研究者报道,阿奇霉素可有效的治疗轻至中度的社区获得性肺炎。

与2001年美国胸科学会(ATS)推荐的除阿奇霉素以外的抗菌剂和非ATS推荐的抗菌剂比较,研究者评价了阿奇霉素单一疗法的有效性。

对非严重性社区获得性肺炎的住院患者进行回顾性分析,442名患者中,221名接受阿奇霉素单一疗法,129名接受ATS推荐的治疗剂,92名接受非ATS推荐的治疗剂,调整两组之间严重程度的变化后,与ATS组(5.73d)和非ATS组(6.71d)比较,阿奇霉素

国外医药抗生素分册2004年1月第25卷第1期

组平均总的住院时间缩短(4.35d),与ATS组(2.84d,p:0.008)和非ATS组(2.85d,p:0.64)比较,阿奇霉素组达到出院标准的时间更短。在这三个治疗组中,死亡率、重症的转移、复诊率和其它临床结果相近。

FeldmanRB,etal.ArchInternMed,2003,163(14):1718(英文)

25-10󰀁阿奇霉素不能预防冠心病的发生

据报道以前患有心肌梗塞并肺炎衣原体感染的患者,用阿奇霉素治疗不能降低与冠心病相关的不良事件的发生率。

该项多中心研究涉及7747名有心肌梗塞的病史并对肺炎衣原体的免疫球蛋白滴度󰀁1:16的患者。这些患者随机接受阿奇霉素600mg(n=3879)或安慰剂,每天1次,共3d,然后每周1次,共11周。

46%的患者随访期󰀁42个月,35%的患者随访期不到12个月。对于死亡、复发心肌梗塞、冠状血管重形成或因心绞痛住院等的发生率两组间无显著差异。

而亚组分析显示:在男人、吸烟者、有糖尿病和有高胆固醇血症史的患者中,阿奇霉素可以减少与冠心病相关的不良事件的发生率。后分析表明:服药时间过长对早期治疗有影响。

研究者不推荐在有心肌梗塞病史的患者中,用阿奇霉素治疗预防复发冠心病。

PislaruSV,etal.JAMA,2003,290(11):1515(英文)

(上接第29页)

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