細菌耐藥性的非特異性機制

細菌耐藥性的非特異性機制第1頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二一、安莎類抗生素的結構特征安莎環(huán)類是由一類在化學結構上類似、以一個脂肪鏈連接著一個芳香核的兩個不相鄰碳原子的“安莎橋”結構為特征的抗生素所組成:它又可以根據(jù)化學結構中組成芳香核的不同而分為兩族。如芳香核為苯環(huán),則稱為苯安莎霉素族(benzoquinoid),包括格爾德霉素(geldanamycin)、柄型菌素(ansamitocins)等;如芳香核為萘環(huán)，則為萘安莎霉素族(naphthoquinoid)，包括利福霉素、鏈伐立星、鹵霉素(halomicin)等;康樂霉素是由我國發(fā)現(xiàn)的具有免疫抑制活性的安莎類抗生素。第2頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二第3頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二利福布汀利福噴汀第4頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二格爾德霉素柄型霉素第5頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、利福霉素類抗生素的應用名稱生物學活性鏈伐立星類抗細菌(包括革蘭氏陽性、陰性菌和分枝桿菌)；抗病毒；抑制逆轉錄酶利福霉素類抗細菌(包括革蘭氏陽性、陰性菌和分枝桿菌)；抗病毒；抑制逆轉錄酶康樂霉素抗革蘭氏陽性細菌；免疫抑制顆粒霉素抗革蘭氏陽性細菌鹵霉素抗革蘭氏陽性細菌格爾德霉素抗原蟲；抑制逆轉錄酶萘霉素抗革蘭氏陽性細菌；維生素K的拮抗劑柄型菌素類抗真菌；抗原蟲；抗白血病、抗腫瘤第6頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、利福霉素類抗生素的應用利福平適用于耐藥結核桿菌、耐藥金黃色葡萄球菌、鏈球菌、肺炎雙球菌、腸球菌等引起的感染;如:肺結核、泌尿生殖系統(tǒng)結核、肺炎、淋巴結核、肺膿瘍、麻風病等;其與異煙肼、乙胺丁醇合用有協(xié)同作用，可延緩耐藥性的產(chǎn)生。第7頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、利福霉素類抗生素的應用利福布汀在體外對幽門螺桿菌（Helicobater

pylori）的抑制濃度非常低;幽門螺桿菌是一種重要的人體致病菌，估計它能夠感染50%左右的人群。受其感染后會引發(fā)很多胃腸道疾病如：胃炎、胃潰瘍和胃癌等，且這種細菌一旦在胃黏膜生存，則受感染的病人將會終生攜帶，除非服藥治療;當臨床上使用其它一些抗菌藥物治療這種感染失敗時，往往采用利福布汀、阿莫西林和質(zhì)子泵抑制劑三聯(lián)治療方案能夠有效地控制這種感染，且不管這些細菌對其它抗菌藥物是否產(chǎn)生耐藥性。第8頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、利福霉素類抗生素的應用利福定口服后經(jīng)胃腸道迅速吸收,各組織分布以肝臟和膽汁為最高,人體血濃度在服藥2～4h達到高峰;因其副作用較小,對結核分枝桿菌有很強抑菌或殺菌作用,故主要用于耐藥結核分枝桿菌感染;在治療結核病時,應與其它抗結核藥物合并使用,以防止耐藥菌之產(chǎn)生并增強療效。第9頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、利福霉素類抗生素的應用利福噴汀與利福平、利福定之間有交叉耐藥作用,但它對其它類型的抗結核藥的耐藥菌株仍有效;臨床上它可用于結核病、麻風病、急性肺部感染、化膿性皮膚病、沙眼病等治療。

第10頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二三、細菌對利福霉素類抗生素的產(chǎn)生

耐藥性的作用機制利福霉素類抗生素的作用機制是通過抑制RNA聚合酶的活性，來干擾細菌DNA的正常轉錄，從而達到抗菌的目的;對M.smegmatis蛋白的體內(nèi)外研究表明，利福平通過對RNA聚合酶全酶的交互作用來干擾轉錄的開始。第11頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二三、細菌對利福霉素類抗生素的產(chǎn)生

耐藥性的作用機制編碼分支結核桿菌和麻風分枝桿菌（M.leprae）RNA聚合酶亞基α、β、β，和σ的基因分別為rpoA、rpoB、rpoC和rpoD。最近的研究表明，編碼σ的基因rpoD發(fā)生突變，影響對啟動子的識別。第12頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二三、細菌對利福霉素類抗生素的產(chǎn)生

耐藥性的作用機制細菌對利福平和利福布汀產(chǎn)生耐藥性的主要原因是由于依賴于DNA的RNA多聚酶（RpoB）β-亞基的氨基酸發(fā)生變異;大腸埃希菌rpoB

基因密碼子中的第146、507-533、563-572和687位，或結核分支桿菌密碼子的507-533（基因簇區(qū)域）位發(fā)生變異能夠誘導生產(chǎn)細菌耐藥性;從對利福平耐藥的細菌的研究發(fā)現(xiàn)，其96%的細菌的rpoB

基因發(fā)生了變異。其中有40%左右的細菌是由于RpoB密碼子531位的絲氨酸變?yōu)榱涟彼崴?；?%左右的細菌是由于526位的組氨酸變?yōu)榫彼崴?。?3頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二四、利福霉素對逆轉腫瘤細胞抗性的作用利福平能夠抑制多藥抗性蛋白（MRP）的外排機制，積累calcein，一種MRP的熒光顏料底物，在MRP－過量表達的CGC4/ADR細胞內(nèi)的量;另外，利福平能夠增強長春新堿，同樣為MRP底物的抗癌藥物在這種腫瘤細胞內(nèi)的積累量。但在MRP非過量表達的細胞中，利福平?jīng)]有這樣的作用，說明這種抗結核桿菌的藥物具有特異性的逆轉外排機制的功能;除利福平外，利福霉素SV和B具有同樣的作用，說明安莎類的結構特征具有抗外排機制的特異性。第14頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)

其他類別的抑制細菌細胞壁合成的抗生素第15頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二其他類別的抑制細菌

細胞壁合成的抗生素β-內(nèi)酰胺類抗生素和糖肽類抗生素是臨床上非常重要的抗細菌抗生素,其作用機制是抑制細菌細胞壁的合成;除此之外,像磷霉素、桿菌肽和環(huán)絲氨酸等也是作用于細菌細胞壁合成的抗生素,但盡管如此,其作用位點和機制是不盡相同的,圖所示為這些抗生素的作用位點。第16頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二細菌細胞壁合成及抗生素作用位點示意圖第17頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二一、磷霉素------來源磷霉素是由西班牙CEPA公司的Hendin等從費氏鏈霉菌(Streptomycesfradia)發(fā)酵液中分離得到的一種分子量較小的(MW=138.06)廣譜抗生素;其它鏈霉菌如綠色產(chǎn)色鏈霉菌(Streptomycesuiridochromogenes)和威德摩爾鏈霉菌(Streptomyceswedmorems)等也能產(chǎn)生該物質(zhì);1969年美國默克公司Christensen等首先作了結構測定并合成了該化合物;由于該化合物的合成工藝比較簡單,故很快代替了發(fā)酵法用于生產(chǎn);該產(chǎn)品于1975年開始投入生產(chǎn)并應用于臨床。

第18頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二一、磷霉素----作用機制磷霉素的作用部位目前尚有爭議,可能與磷酸烯醇丙酮酸競爭UDP(uridinediphosphate)-NAG(二磷酸尿喧啶核苷-N-乙酰葡糖胺)轉移酶,抑制了粘肽合成的第一步,使UDP-NAG不能轉化為UDP-NAMA;由于磷霉素與UDP-NAG轉移酶的親和力較小，故必須使用高濃度的磷霉素才能起抑制作用。第19頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二

磷酸烯醇式丙酮酸與磷霉素的化學結構

第20頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二一、磷霉素------抗菌活性磷霉素的抗菌譜很廣，對大多數(shù)革蘭氏陽性菌和陰性菌有作用，為一種殺菌劑;與一些常用的已知抗生素不產(chǎn)生交叉耐藥性，且有協(xié)同作用;磷霉素的毒性低，易通過血腦屏障進入腦脊液，對耐藥性金葡菌、大腸埃希氏菌、變形桿菌、銅綠假單孢菌、沙門氏菌等引起的感染均有效,可用于嚴重的全身性感染如敗血癥、腦膜炎、肺炎及尿道、腸道、皮膚軟組織等的感染。第21頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、桿菌肽------來源桿菌肽最早是由Johnson等于1943年從一個受傷的7歲的小女孩,MargaretTracy，身上分離的菌株的培養(yǎng)物中發(fā)現(xiàn)的，故其名稱為Bacitracin(融合有病孩的名字)，目前的生產(chǎn)菌株為枯草芽孢桿菌(BacilusSubtilis)。第22頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、桿菌肽-----結構特征桿菌肽發(fā)酵產(chǎn)物中的主要成分為桿菌肽A，其也是生物活性最強的組分;目前使用的桿菌肽的生物效價(游離堿)為70～74Iμ/mg。桿菌肽的另一個特性是其水溶液通過加適當?shù)亩r金屬離子，能使桿菌肽與之結合而被析出，而二價離子對桿菌肽發(fā)揮抗菌作用是必需的;研究表明最具活性的離子是Cd2+、Mn2+和Zn2+，而桿菌肽分子中的二氫噻唑環(huán)和組氨酸殘基的咪唑環(huán)中3位氮為二價金屬離子的結合部位。因為桿菌肽鋅鹽最為穩(wěn)定，故目前應用的桿菌肽鹽為其鋅鹽，鋅的含量為4～6%。

第23頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二

桿菌肽A的化學結構

第24頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二桿菌肽的作用機制是阻止細胞膜上脂質(zhì)體的再生，因而導致UDP-NAMA-五肽在細胞漿內(nèi)堆積,從而影響細胞壁粘肽的合成。

第25頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二三、環(huán)絲氨酸和鄰甲氨酰-D-絲氨酸D-環(huán)絲氨酸和鄰甲氨酰-D-絲氨酸的結構與D-丙氨酸相似，可干擾丙氨酸消旋酶的作用,使L-丙氨酸不能變成D-丙氨酸，并可阻斷兩分子D-丙氨酸連接時所需D-丙氨酸合成酶的作用。第26頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二

D-環(huán)絲氨酸、鄰甲氨酰-D-絲氨酸的化學結構式及其作用部位

第27頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二四、多黏菌素

多黏菌素為一組環(huán)肽類抗生素，由Bacilluspolymyxa產(chǎn)生;目前已經(jīng)分離得到了多黏菌素A、B1、B2、C、D1、D2、E、F、K、M、P、S和T等物質(zhì)（其中一些化合物的結構如圖所示）。

第28頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二一些多黏菌素類化合物的化學結構第29頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二一些多黏菌素類化合物的化學結構第30頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)

其他類別的抑制細菌蛋白質(zhì)合成的抗生素第31頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二一、四環(huán)類抗生素

－－－－結構特性第32頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二品名分子結構中文名英文名R2R5R6R6’R7金霉素chlortetracyclineHHOH-CH3Cl土霉素oxytetracyclineHOHOH-CH3H四環(huán)素tetracyclineHHOH-CH3H地美環(huán)素（去甲金霉素）demeclocyclineHHOHHCl美他霉素（甲氧土霉素）methacyclineHOH=CH2H多西環(huán)素（去氧土霉素）deoxycylineHOHH-CH3H米諾環(huán)素（二甲胺四環(huán)素）minocyclineHHHHN(CH3)2羅利環(huán)素（氫吡四環(huán)素）rolitetracycline吡咯烷甲基HOH-CH3H第33頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二一、四環(huán)類抗生素

－－－－抗菌特性四環(huán)類抗生素為廣譜抗生素,對多種革蘭氏陽性球菌、桿菌，革蘭陰性球菌、腸桿菌、布魯菌、霍亂弧菌等都有抗菌作用；對螺旋體,立克次體和一些原蟲以及大型病毒也有作用；四環(huán)素抗菌作用的主要機制是阻斷多肽鏈的延長。第34頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二一、四環(huán)類抗生素

－－－－耐藥機制最頻繁地發(fā)生的革蘭陰性細菌對四環(huán)素類抗生素耐藥是由Tet阻遏物識別作用所觸發(fā)的；其引起阻遏物-操作子DNA復合物的締合作用,使耐藥蛋白質(zhì)TetA能夠得以表達,TetA負責四環(huán)素的活性外排；Tet阻遏物與四環(huán)素-鎂復合的二聚體的2.5A分辨度的結晶結構揭示著詳細的藥物識別作用。第35頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二四環(huán)素與TetRD之間相互作用

第36頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二一、四環(huán)類抗生素

－－－－抗耐藥菌結構類似物根據(jù)細菌對四環(huán)素產(chǎn)生耐藥性的作用機制，通過對四環(huán)素結構的化學修飾，已經(jīng)得到了一些具有外排蛋白抑制劑功能的結構類似物；13-[（3-氯丙基）硫]-5-羥基-α-6-脫氧四環(huán)素等第三代四環(huán)類是很好的外排蛋白抑制劑：它與四環(huán)素合并使用對許多四環(huán)素耐藥細菌具有協(xié)同作用，如對具有A組或B組Tet蛋白的大腸埃希氏桿菌、具有K組蛋白的金黃色葡萄球菌和具有L組蛋白的糞腸球菌等都具有很好的協(xié)同作用。第37頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二13-[（3-氯丙基）硫]-5-羥基-α-6-脫氧四環(huán)素的化學結構

第38頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二第39頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二甘氨酰四環(huán)素Tigecycline，又稱tigicycline，即GAR-936，中文名：替加環(huán)素。是WyethPharms(Wyeth-Ayerst)公司開發(fā)的第三代四環(huán)素—甘氨酰四環(huán)素，為9-(N-叔丁基甘氨酰)胺基米諾環(huán)素，2005年6月5日已獲美國FDA按P類(比上市品種具有明顯的改善)加快審查批準(N021821)，商品名Tygacil；適應癥為復雜的皮膚或皮膚結構感染(cSSSI)與內(nèi)腹腔感染(cIAI)。

第40頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二甘氨酰四環(huán)素研究表明，tigecycline具有強效的離體抗菌活性，可抑制廣泛的致病菌，包括對早期四環(huán)素有耐受性的細菌；在體內(nèi)的保護作用，尤其是抗四環(huán)素耐受菌作用，與其離體活性一致：如，對臨床分離的37種萬古霉素耐受的腸球菌、26種甲氧西林耐受的金色鏈霉菌和30種高水平的青霉素耐受的肺炎鏈霉菌的抑制濃度分別在1、2或0.25g/mL，2g/mL的tigecycline與0.25g/mL的奎寧始霉素無相互作用。第41頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二甘氨酰四環(huán)素發(fā)現(xiàn)甘氨酰四環(huán)類衍生物不僅對四環(huán)類敏感菌有效，且對含有核糖體修飾因子tetM和tetO耐藥菌和外排蛋白tetA-E、tetL和tetK耐藥菌有效，即具有廣譜抗耐藥菌的優(yōu)良特性；這些9位甘氨酰氨基取代的衍生物來源于二甲胺四環(huán)素、強力霉素（脫氧四環(huán)素）和脫甲氧四環(huán)素；它們對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都有效，且對二甲胺四環(huán)素、萬古霉素和β-內(nèi)酰胺抗生素耐藥的耐藥菌也有效。第42頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二甘氨酰四環(huán)素其中萬古霉素廣泛用于治療所選的格蘭氏陽性菌感染，奎寧始霉素與利奈唑烷/胺(linezolid)則是FDA近年批準的用于治療嚴重的萬古霉素耐受菌感染，但近期也發(fā)現(xiàn)了二者耐藥菌；青霉素耐受的肺炎菌是特征的多藥耐菌，常表現(xiàn)為對大環(huán)內(nèi)酯類、頭孢類、甲氧芐氨嘧啶/磺胺惡唑，及其它抗菌藥的敏感性減??；對喹諾酮類的抗藥性近來也增加。因此，tigecycline可能像linezolid應用于解決日益緊迫的抗藥性問題。第43頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、氯霉素

————來源氯霉素是在美國于1947年從委瑞內(nèi)拉鏈霉菌(Streptomycesvenezuelae)的培養(yǎng)物中分離得到的第一個廣譜抗生素；由于其化學結構比較簡單，故于1949年使用化學合成法制備獲得成功；以后各國相繼發(fā)表了各種合成工藝，并很快應用于生產(chǎn)而代替發(fā)酵法。第44頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、氯霉素

———結構特征從氯霉素的化學結構可知，其有2個手性碳原子,因而有4種旋光異構體，其中僅是D(一)蘇阿糖型的有抗菌活性，為臨床使用的氯霉素；臨床所用的合霉素(syntomycin)是氯霉素的外消旋體，療效為氯霉素的一半；目前臨床應用的一些氯霉素結構類似物有:甲砜霉素(thiamphenicol)、甲砜霉素甘氨酸酯、無味氯霉素即氯霉素棕櫚酸酯(chloramphenicolpalmitate)、琥珀氯霉素(chloramphenicolsuccinate)、氯霉素甘氨酸酯、氯霉素硬脂酸酯和氯霉素精氨酰琥珀酸等。第45頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、氯霉素

———結構特征第46頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、氯霉素

———抗菌特性在臨床上,氯霉素類藥物主要用于由革蘭氏陽性菌引起的感染,但對革蘭陰性菌和銅綠假單胞菌也有效；氯霉素對大多數(shù)厭氧菌、立克次氏體、衣原體和支原體具有活性；特別是由于氯霉素對治療立克次氏體病和復發(fā)型流行性斑疹傷寒等具有特殊療效而一直具有相當?shù)纳?。?7頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、氯霉素

———不良反應盡管氯霉素在極低的濃度下表現(xiàn)出廣譜抗菌的特性,但由于其在臨床上表現(xiàn)有灰嬰綜合癥和再生障礙貧血的毒性作用,使其使用的劑量、周期、范圍等受到限制,在一般情況下都不考慮使用或盡可能少的使用；由氯霉素產(chǎn)生的再生障礙貧血的毒性作用一種是依賴于所用的劑量,另一種則與所用劑量無關且是不可逆的。后一種往往是致死性的,其發(fā)病常常是延緩出現(xiàn),且其發(fā)病原因尚不清楚。這種危險性不超過二萬分之一。第48頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、氯霉素

———耐藥機制細菌對氯霉素產(chǎn)生耐藥性的主要作用機制是細菌產(chǎn)生的O-?；笇⒙让顾胤肿又械挠坞x羥基乙?；?；氯霉素酰化酶（chloramphenicolacetyltrasterase,CAT）基因廣泛地存在于革蘭氏陽性細菌和革蘭氏陰性細菌中；所有的CAT多肽的分子量為24-26kDa且通常為同型三聚體α3和β3，但有兩個CAT突變體為異型四聚體α2β3和αβ2；氯霉素耐藥細菌往往含有一個以上的cat基因。第49頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、氯霉素

———耐藥機制鈍化酶分子中的195-組氨酸中Nε2將氯霉素分子中C-3醇羥基的質(zhì)子去除，氯霉素的氧反應結果去攻擊酰基-CoA中?；聂驶迹挥纱水a(chǎn)生的氯霉素四面體中間體與148-絲氨酸共享一個氫原子，其兩個氧原子間的距離推測為2.4A；這種短暫的四面體結構最終生成3-O-酰基氯霉素和HS-CoA，同時生成195-組氨酸以催化下一輪?；磻?。第50頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、氯霉素

———耐藥機制第51頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、氯霉素

———耐藥機制第52頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二三、甾類抗生素

－－－結構特征甾類抗生素是指具有羧鏈孢烷骨架的羧鏈孢酸類化合物和其它一些甾體衍生物；從其化學結構上看,大致可分為四種類型,即1）羧鏈孢酸類（fusidicacid）：2）多孔蕈酸類（polyporenicacid）；3）綠毛菌素類(uiridin)；4）抗生素A-25822(antibioticA-25822)。第53頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二三、甾類抗生素

－－－羧鏈孢酸的結構特征第54頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二三、甾類抗生素

－－－抗菌特性對革蘭氏陽性菌和分枝桿菌有較強的抗菌作用,對青霉素敏感菌和耐藥菌也有較強的抑菌作用；臨床上作為有價值的二線藥物,用于治療青霉素耐藥的金黃色葡萄球菌的感染等；它和青霉素、四環(huán)素等其它抗生素還有協(xié)同作用。第55頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二三、甾類抗生素

－－－作用機制其作用機制是對氨基酸轉移酶有選擇性抑制作用,從而阻斷細菌蛋白質(zhì)的合成；實驗證明,羧鏈孢酸是延長作用因子EF-G(原核細胞)或EF-Z(真核細胞)的選擇性抑制劑,因而它抑制氨基酸在核糖體上從氨乙?；?tRNA轉化成蛋白質(zhì)。第56頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二

羧鏈孢酸及阻斷延長因子G蛋白的功能

第57頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二四、嘌呤霉素嘌呤霉素是由白黑鏈霉菌(Streptomycesalboniger)產(chǎn)生的3’-脫氧嘌呤核苷抗生素。在結構上它與氨酰-tRNA的3’-末端相似。嘌呤霉素是革蘭氏陽性細菌的強烈抑制劑,它是肽合成的一種有效抑制劑,所以對高等動物的毒性也頗大,沒有臨床應用價值,但它是生物化學和分子生物學研究領域的優(yōu)秀的不可替代的研究工具,它已被廣泛應用于哺乳動物和細菌無細胞核糖體和非核糖體系統(tǒng)中蛋白質(zhì)生物合成機理的研究。

第58頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二四、嘌呤霉素嘌呤霉素的主要生物化學特性是:嘌呤霉素通過催化不完全肽鏈從肽酰-tRNA一信使核糖體復合物上釋放出來,而起著不依賴密碼子的氨酰-tRNA的作用,并和核糖體的肽酰-tRNA位上新生多肽反應,起著阻抑蛋白質(zhì)合成的作用。即它能和結合在P位的肽酰-tRNA反應,生成肽酰嘌呤霉素復合體,并從核蛋白體上游離。第59頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二

嘌呤霉素氨酰-tRNA的3’-末端第60頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二五、Mupirocin

Mupirocin為異亮氨酸的結構類似物，其作用機制為通過抑制異亮氨酰RNA合成酶，阻止異亮氨酰摻入到正在合成的肽鏈中去；盡管該藥物對人體沒有太大的毒性，但由于進入人體內(nèi)的藥物被快速地代謝為無活性的形式，因此，臨床上以外用制劑形式用于治療皮膚感染，而難以治療系統(tǒng)性感染疾病。第61頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二Mupirocin的化學結構

第62頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)有關化學合成類抗細菌藥物

的作用機制及細菌耐藥性第63頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二一、磺胺類藥物的作用機制及細菌耐藥性發(fā)現(xiàn)：20世紀初，人類已發(fā)明和擁有了一些療效顯著的化學藥物，可以治愈原蟲病和螺旋體病，但對細菌性感染則束手無策，為此，人們試圖研制一種新藥以征服嚴重威脅人類健康的病原菌；這一難關終于在1932年被32歲的德國藥物學家、病理學家、細菌學家格哈德·多馬克(G.Domagk)所攻破。第64頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二G.Domagk,deorigenalemán,descubrelasulfamida.Publicaelartículo“Contribuciónalaquimioterapiadelasinfeccionesbacterianas”dondeexplicabacomounproducto,especiedederivadodelazufre,conteníaextraordinariaspropiedadesbactericidas:lassulfamidas

第65頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二百浪多息－－第一種磺胺藥物多馬克及其合作者經(jīng)過千百次試驗，發(fā)現(xiàn)了一種在試管內(nèi)并無抑菌作用的、名為“百浪多息”（prontosil）的桔紅色化合物——4－氨磺酰－2′，4′－二胺偶氮苯的鹽酸鹽，對感染鏈球菌的小白鼠療效極佳，且毒性很小；多馬克對已感染上了鏈球菌的自己的小女兒作人體實驗，服用了“百浪多息”，挽救了她的生命；第一種磺胺藥物“百浪多息”的發(fā)現(xiàn)和臨床應用的巨大成功，使得現(xiàn)代醫(yī)學進入化學醫(yī)療的新時代，人們更有信心解決傳染病的治療問題；1939年，多馬克獲得了諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。第66頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（一）磺胺類藥物的作用機制

“百浪多息”應用于臨床后不久，法國巴斯德研究所的特雷富埃(Trefouel)夫婦及其同事揭開了“百浪多息”在活體中發(fā)生作用之謎；他們認為“百浪多息”在體內(nèi)可轉化為具有制菌活性的磺胺—ρ-氨基苯磺酰胺(簡稱磺胺,SN)。第67頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二百浪多息的化學結構磺胺結構通式第68頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（一）磺胺類藥物的作用機制

1940年,Wood和Fildes研究了磺胺的作用機制，并闡明由于它的分子結構、電荷分布與細菌生長所需要的對氨基苯甲酸（PABA,para-aminobenzoicacid）高度相似，因而兩者發(fā)生了競爭性拮抗作用；之后，美國的Lederle實驗室的學者發(fā)現(xiàn)PABA是葉酸的一個組分，磺胺能與PABA互相競爭二氫蝶酸合成酶，從而妨礙葉酸合成。第69頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（一）磺胺類藥物的作用機制

四氫葉酸(tetrahydrofolicacid,THFA,CoF)是一個傳遞一碳單位的輔酶，而一碳單位與氨基酸代謝密切相關，還參與嘌呤和嘧啶的生物合成及S-腺苷甲硫氨酸的生物合成，其在生命代謝中是必不可少的；很多細菌不能利用葉酸作為前體，需要外源的PABA合成四氫葉酸，如細菌缺乏四氫葉酸，影響核酸合成，則使細菌生長繁殖受到抑制，再利用機體各類防御機能就可克服細菌感染。

第70頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二

PABA磺胺

葉酸

第71頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二四氫葉酸的合成過程及磺胺類藥物的作用位點

第72頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二磺胺類藥物的作用機制1）磺胺是PABA（正常底物）的結構類似物，可作為競爭性抑制劑與二氫蝶酸合成酶結合，阻斷了葉酸的合成；2）二氫蝶酸合成酶將磺胺作為底物形成一種穩(wěn)定的磺胺－二氫蝶啶類似物，這會使得細胞內(nèi)二氫蝶啶酰焦磷酸的含量減少，由此降低了二氫葉酸合成酶的反應速率，導致細胞中四氫葉酸濃度降低。這樣就使那些能利用二氫蝶啶和PABA的細菌無法合成足夠的葉酸，于是生長受到抑制；抗菌增效劑甲氧芐胺嘧啶能抑制二氫葉酸還原酶的活性，使二氫葉酸無法還原為四氫葉酸，因而也阻礙了葉酸的代謝和利用。第73頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二磺胺類藥物的作用機制人類因為沒有二氫蝶酸合成酶、二氫葉酸合成酶及二氫葉酸還原酶，故不能利用外界提供的PABA自行合成四氫葉酸，亦即必須在營養(yǎng)物中直接提供此類物質(zhì)，因而對二氫蝶酸合成酶的抑制劑—磺胺藥不敏感，對二氫葉酸還原酶抑制劑—TMP也不敏感；這就是為什么磺胺類藥物具有選擇性毒力。

第74頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（二）細菌對磺胺類藥物產(chǎn)生耐藥性的作用機制

1、二氫蝶酸合成酶發(fā)生變異的耐藥機制1）染色體介導的磺胺抗性（1）點突變從抗性大腸埃希菌菌株中分離到突變的染色體dhps基因，與野生型比較僅有一對堿基的差異，即Phe28→Ile即引起了對磺胺的抗性；而在金黃色葡萄球菌中對磺胺抗性的突變涉及到14個位點的突變。第75頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二1）染色體介導的磺胺抗性

（1）點突變

Maskell等對肺炎雙球菌磺胺抗性株的研究表明編碼DHPS的染色體基因sulA上有3~6個堿基的重復，即在Arg58→Tyr63間有一、二個氨基酸的重復；還有研究表明此類菌對TMP-SMZ抗性是由于Arg58、Pro59的重復以及Gly60、Ser61間插入了一個Arg。第76頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二1）染色體介導的磺胺抗性

（2）基因重組在腦膜炎奈瑟氏菌中，已發(fā)現(xiàn)磺胺抗性與染色體突變有關；多數(shù)臨床分離的磺胺抗性株與敏感株比較，約有10%的差異，但它們DHPS的C-端、N-端以及中心的424對堿基是相同的，可以認為抗性株的這種差異是由于水平基因轉移(horizontalgenetransfer)或同源重組(homologousrecombination)及非同源重組（illegitimaterecombination）造成的，而并非點突變的結果。第77頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二1）染色體介導的磺胺抗性

（2）基因重組同源重組使得受體菌dhps基因鄰近的限制性位點與供體菌相應位點發(fā)生了大段DNA交換；非同源重組導致了供體dhps基因整合到供體菌中，造成dhps基因重復；對抗性基因序列的分析表明抗性菌dhps基因有一高度保守序列，即插入了6個核苷酸，從而使酶多了兩個氨基酸，若用點突變的方法去除這兩個氨基酸，則菌株對磺胺敏感。第78頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二1）染色體介導的磺胺抗性

（2）基因重組Swedberg等研究人員將釀膿鏈球菌磺胺抗性株的染色體DHPS克隆測序，與敏感株相比有30個氨基酸（占11.3%）發(fā)生了變化，他們也得出同樣的結論，這種獲得性耐藥并非點突變累積的結果，可能是由于某種重組機制造成的。第79頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二2）質(zhì)粒介導的磺胺抗性

已有研究表明革蘭氏陰性腸細菌中出現(xiàn)的臨床磺胺抗性多為質(zhì)粒介導，這是由于DHPS靶酶抗性突變體的存在所致,R－細菌可從R＋細菌中獲得這種抗性基因；已分離出編碼DHPS的兩種質(zhì)?；?，sulⅠ和

sulⅡ，這兩種基因有57%氨基酸相同；發(fā)現(xiàn)sulⅠ基因與其他抗性基因相連定位于Tn21家族的轉座子上，sulⅡ基因通常位于屬于IncQ家族(RSF1010)的小質(zhì)粒中或pBP1質(zhì)粒中；第80頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二2）質(zhì)粒介導的磺胺抗性在偶發(fā)分支桿菌（Mycobacteriumfortuitum）中還發(fā)現(xiàn)了sulⅢ基因，實際上它是因sulⅠ基因的缺失而形成的突變體；由質(zhì)粒編碼的DHPS較染色體編碼的酶分子量低，對熱不穩(wěn)定，雖然兩者結合底物PABA的能力相同，但質(zhì)粒編碼的酶結合磺胺的能力較染色體酶低10,000倍，由此導致了抗性的形成。第81頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二2、二氫葉酸還原酶發(fā)生變異的耐藥機制

1）染色體介導的TMP抗性

（1）抗性基因插入：有報道從11株肺炎雙球菌TMP抗性株（MIC64~512μg/ml）中分離得到的DHFR基因，再經(jīng)PCR擴增測序，發(fā)現(xiàn)有兩種主要的突變類型，這兩種類型中有6處發(fā)生了同樣的變化，分別是Glu20→Asp,Pro70→Ser,Gln81→His,Asp92→Ala,Ile100→Leu,Leu135→Phe；點突變試驗表明Ile100→Leu的突變導致TMP的ID50（50%inhibitorydoses,50%抑制劑量）增加50倍。抗性株核苷酸順序上這些高度保守的位點被認為是基因編碼的抗性DHFR在種內(nèi)、種間轉化重組的結果。第82頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二1）抗性基因插入：

另有研究表明在高水平TMP抗性腸桿菌中，普遍存在著由轉座子Tn7介導的Ⅰ型DHFR，Tn7可定位于染色體中，使染色體DHFR過量合成，如大腸埃希菌T118菌株酶活提高了80倍，對TMP的抗性達1000mg/L。第83頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（2）TMP作用靶酶的染色體基因突變：

在核糖體結合區(qū)，發(fā)現(xiàn)有7個堿基發(fā)生了變化，其中的兩個堿基造成了與核糖體16SRNA3′-末端的5個堿基的互補；在啟動子的-10區(qū)和啟動密碼子之間+9位插入了一個腺嘌呤。這種遺傳上的改變使得轉錄和翻譯更加有效，增加了mRNA的表達。所有這些突變都使得菌株可以生存于含有抗葉酸藥物的環(huán)境中；可以得出結論，16srRNA3′-端翻譯控制區(qū)的同源性以及蛋白質(zhì)起始密碼子與mRNA核糖體結合位點的距離都會影響翻譯過程，高表達的基因在翻譯過程中通常使用含量豐富的tRNA。第84頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（2）TMP作用靶酶的染色體基因突變：還發(fā)現(xiàn)在結構基因中Glu69→Lys,Asp77→Asn。因此，可以認為靶酶結構的變化及過量的產(chǎn)生可提高TMP抗性；將流感桿菌抗性株及敏感株的DHFR純化，并進行生化方面的研究，結果表明兩株菌催化二氫葉酸和NADPH的Km值相近，敏感菌的IC50（抑制50%DHFR的活性所需的TMP濃度）為1nM，而抗性株的IC50為300nM；所以抗性株的DHFR突變降低了靶酶對TMP的親和性。第85頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（2）TMP作用靶酶的染色體基因突變：酶性質(zhì)的改變可以是磺胺類耐藥的主要原因，通過遺傳分析進一步表明，一個基因的不同突變可使同一種酶產(chǎn)生幾種改變形式，即按各種不同的方式改變酶的性質(zhì)。第86頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二2）質(zhì)粒介導的TMP抗性

----（1）質(zhì)粒介導的DHFR的多種類型DHFRⅠ型有兩種不同的亞型：DHFRⅠa由13.6kb轉座子Tn7介導，它同時還具有鏈霉素抗性，為二聚體蛋白;DHFRⅠb由3kb轉座子Tn4132介導，僅具有TMP抗性，為單體蛋白;這兩種酶均對熱不穩(wěn)定，DHFR的IC50較接近，DHFRⅠ型引起的TMP抗性普遍存在于門診及住院病人中。

第87頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（1）質(zhì)粒介導的DHFR的多種類型DHFRⅡ有三種不同的亞型，都為四聚體（亞單位8.3-8.5kDa）;Ⅱ型酶對熱穩(wěn)定，且對TMP有高水平抗性，IC50較大腸埃希菌染色體DHFR高106倍（IC50>1mM）;Ⅱ型酶的多肽鏈僅有78個氨基酸;DHFRⅠa較DHFRⅡ更為普遍，兩種類型可同時存在。第88頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（1）質(zhì)粒介導的DHFR的多種類型在鼠傷寒沙門氏菌中分離到Ⅲ型DHFR，此菌在動物中流行，偶而感染人體;DHFRⅢ型為單體蛋白，分子量為16.9kDa,對TMP相對敏感;DHFRⅣ型是質(zhì)粒介導的分子量最大的酶（46.7kDa），此酶對TMP抗性不強，但經(jīng)TMP誘導后，酶活是染色體酶的600倍。在斯里蘭卡分離到的TMP抗性株中DHFRⅤ型占優(yōu)勢，IC50較染色體酶高1000倍;在引起小豬腹瀉的大腸埃希菌菌株中首先發(fā)現(xiàn)了dhfrⅨ基因，它位于三個不同的結合質(zhì)粒中(pCJO01,pCJO02,pCJO03)，在TMP選擇壓力下，形成了抗性傳播的有效載體，dhfrⅨ基因介導的對藥物的抗性水平為250mg/L。第89頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（2）水平基因轉移產(chǎn)生的抗性

病原菌中TMP抗性基因的出現(xiàn)很可能是因為與某種微生物發(fā)生了水平基因交換;細菌染色體DHFRs具有多樣性，其中也包括低水平的抗TMP基因;運用包括特異性位點重組等復雜的轉運機制使細菌獲得了抗性基因;其實，這種復雜的機制同樣已在其他一些過程中出現(xiàn)，如噬菌體的溶源現(xiàn)象，表面抗原變異，環(huán)狀染色體的單體化等。第90頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（3）DNA序列組件(cassette)介導的抗性

dhfrⅠ基因定位于一個可轉移單位上，稱作DNA組件,因為它的可移動性，能在不同的整合子（integron）間進行交換，因此整合子可作為抗性基因的載體，導致革蘭氏陰性菌中DHFR基因廣泛傳播;在微生物細胞中，整合子是控制著附屬基因（accessorygenes）的重組系統(tǒng)，它由兩個保守區(qū)和一個可變區(qū)組成，可變區(qū)包括一個或多個插入DNA組件，相鄰基因編碼了重組酶;這種組件與GTTPuPu(Pu為嘌呤)相接作為同源交換區(qū)。很多遺傳過程中都觀察到因轉座子的移動攜帶了整合子，如Tn5090和Tn7。第91頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二（3）DNA序列組件(cassette)介導的抗性用整合子的整合酶基因作為探針，通過PCR技術，研究整合子中DNA組件的組成;現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)有9個不同類型的TMP抗性DNA組件，這在整合子中觀察到的全部抗性組件中占了絕大多數(shù);這種組件介導的TMP抗性似乎比非DNA組件介導的抗性更為普遍。DHFR家族1中所有成員都位于DNA組件中，家族2亦是如此;dhfrⅫ基因也在組件中被發(fā)現(xiàn)，而dhfrⅩ基因例外，它位于質(zhì)粒pDGO100的整合子中。第92頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二(4)非DNA組件介導的TMP抗性廣宿主范圍的小質(zhì)粒是普遍存在的，往往攜帶有磺胺和氨基糖類抗生素的抗性基因。在TMP抗性基因中僅發(fā)現(xiàn)dhfrⅢ基因緊密結合于質(zhì)粒pAZ1中的基因簇中。IS26屬于插入序列家族中的一員，推測可因共整合而移動。已知Tn5091是唯一與IS26相連的元件（element）,其上包含有TMP抗性基因（dhfrⅧ）。在幾個不同的分離株中都發(fā)現(xiàn)了這種抗性基因，可以認為這是經(jīng)元件傳播的。第93頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二3、其它抗性機制

1）代謝途徑改變。由于基因突變，使得這類菌不能使脫氧鳥苷酸甲基化成胸腺嘧啶核苷酸，而需要外源的胸苷。這種突變的結果使得細胞不再需要DHFR合成四氫葉酸，所以不受TMP的抑制;2）早年對金黃色葡萄球菌的研究發(fā)現(xiàn)抗性株能過量產(chǎn)生PABA。第94頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二3、其它抗性機制

3）大腸埃希菌中還存在有對磺胺藥物的主動轉運機制。從大腸埃希菌磺胺抗性株中分離出一種sur基因，其編碼的產(chǎn)物類似于反轉蛋白，它依賴質(zhì)子偶聯(lián)交換產(chǎn)生的質(zhì)子驅動力將藥物外排;4）TMP的不滲透性。在肺炎克氏桿菌、粘質(zhì)沙雷氏菌及腸桿菌中已發(fā)現(xiàn)由于外膜蛋白的改變產(chǎn)生了包括TMP在內(nèi)的多藥抗性。第95頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二3、其它抗性機制5）固有耐藥性。有多種細菌存在著內(nèi)源性TMP抗性，與大腸埃希菌相比，乳酸桿菌的DHFRs對TMP的敏感程度要低，啤酒片球菌(Pediococcuscerevisiae)對TMP的IC50要高出1000倍，脆弱擬桿菌及梭狀芽孢桿菌(Clostridiumspp)等厭氧菌對TMP更加不敏感，從其中分離純化的DHFR與大腸埃希菌相比，IC50要高出幾百至上千倍;銅綠假單胞菌可滲透突變株盡管靶酶(DHFR)的表達活性與野生株相同，但對TMP非常敏感。銅綠假單胞菌及其他一些假單胞菌對TMP的抗性是由于細胞壁通透性較低的緣故。第96頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二3、其它抗性機制6）有的病原菌如沙門氏菌能對多種抗生素產(chǎn)生抗藥性，它的形成與菌體R因子或跳躍因子以及致命毒素的產(chǎn)生有密切關系。特別是當抗藥性致病菌侵染宿主后大量繁衍，形成“菌膜”（菌體群），而上述這些因子或毒素通過菌體繁衍，彼此交流信息，相互傳播，為其自身的生存與發(fā)展形成強力抗藥性或強毒力的生物武器.第97頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、喹諾酮類藥物的作用機制及細菌耐藥性

（一）喹諾酮類藥物的作用機制喹諾酮類抗菌藥物的作用機制涉及到其與最早發(fā)現(xiàn)的作用靶位DNA促旋酶以及拓撲異構酶IV（與拓撲異構酶II相關）發(fā)生交互作用;不同細菌中的這兩種酶對很多喹諾酮類藥物的敏感性是不同的:一般地，革蘭氏陰性菌中的DNA促旋酶往往對藥物的敏感性大于拓撲異構酶IV對藥物的敏感性，而革蘭氏陽性菌中的情況正好相反。第98頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、喹諾酮類藥物的作用機制及細菌耐藥性

（一）喹諾酮類藥物的作用機制這類抗菌藥物對細菌作用的標志是藥物通過與DNA、DNA促旋酶或拓撲異構酶IV發(fā)生交互作用形成三元復合物，藥物的這種作用誘導DNA和拓撲異構酶IV發(fā)生構型改變，從而導致這種酶對DNA不能發(fā)揮正常的功能;X-線結晶學研究發(fā)現(xiàn)：DNA促旋酶A亞基的結構中似乎有一個能夠與喹諾酮類藥物結合的結構域，而拓撲異構酶IV結構中尚未發(fā)現(xiàn)類似的結構域。第99頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二二、喹諾酮類藥物的作用機制及細菌耐藥性

（一）喹諾酮類藥物的作用機制喹諾酮類抗菌藥物抑制DNA的合成一方面通過對靶酶的作用，使DNA斷裂，另一方面用可逆的喹諾酮類-DNA-拓撲異構酶三元復合物與復制叉碰撞而轉化為不可逆的狀態(tài);但是往往在可逆的三元復合物中隨之產(chǎn)生DNA雙鏈的斷裂，這就啟動了細胞的死亡。第100頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二促旋酶-DNA-喹諾酮類復合物的交互作用模式第101頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二1、喹諾酮類抗菌藥物的雙重作用靶位

1）DNA促旋酶

細菌的DNA促旋酶是一個由兩種亞基組成的分子量為400kD的四聚體。105kD的A亞基由gyrA基因（即nalA）編碼，與DNA鏈的斷裂和重新連接的過程有關。變性時，A亞基通過和DNA底物以轉酯化作用形成共價連接。分子量為95kD的B亞基由gyrB基因（即cou）編碼，具有ATP的功能，促使DNA形成超螺旋。這種DNA促旋酶是細菌體內(nèi)獨特的拓撲異構酶II，是已知的唯一能夠使雙鏈DNA產(chǎn)生負超螺旋化的拓撲異構酶。第102頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二DNA促旋酶的作用模式

第103頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二2)拓撲異構酶拓撲異構酶的功能是改變DNA的連接數(shù)目和DNA的拓撲結構，使其發(fā)揮正常的功能。拓撲異構酶的作用方式一般經(jīng)過三個步驟完成:第一步是酶與DNA結合，使DNA的一條鏈或兩條鏈產(chǎn)生缺口或斷裂；第二步是酶從已經(jīng)形成的臨時缺口通過DNA鏈，這個過程正常情況下在分子內(nèi)進行，但在特殊情況下也可以在分子間進行而導致雜合DNA分子的形成；在最后階段，斷開的DNA鏈重新閉合，形成相對于天然DNA底物或是“松弛”或是“超螺旋”的雙鏈，并釋放出DNA和酶。

第104頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二2)拓撲異構酶拓撲異構酶I使單鏈DNA斷裂和閉合，這些酶能夠促使DNA形成不同的拓撲結構的互變，從而使連接數(shù)目發(fā)生變化。拓撲異構酶II利用雙鏈DNA的臨時性雙鏈缺口以改變DNA的拓撲結構，使DNA連接數(shù)目改變兩個整數(shù)。圖所示為哺乳類拓撲異構酶I（A）和拓撲異構酶II(B)對DNA的作用模式，以及拓撲異構酶II抑制劑造成細胞死亡的過程(C)。

第105頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二拓撲異構酶I對DNA的作用模式第106頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二拓撲異構酶II對DNA的作用模式

第107頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二拓撲異構酶II抑制劑造成細胞死亡的作用模式

第108頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二2)拓撲異構酶拓撲異構酶IV是細菌細胞生長所必須的酶，其為2個C亞基和2個E亞基組成的四聚體，在DNA復制后期姊妹染色體的分離過程中起重要的作用。其中C亞基由parC

基因編碼（金黃色葡萄球菌由grlA基因編碼），負責DNA的斷裂和重接；E亞基由parE基因編碼（金黃色葡萄球菌由grlB基因編碼），催化ATP的水解。第109頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二2、喹諾酮類藥物與拓撲異構酶-DNA

復合物的交互作用

已有的研究表明，喹諾酮類藥物的特異性結合同時需要DNA和拓撲異構酶，因此，這類藥物的作用靶位是酶-DNA復合物。很多研究表明，喹諾酮類藥物與DNA-拓撲異構酶II復合物的交互作用能夠影響DNA結合、DNA結構以及拓撲異構酶的構型。另外，與酶-DNA復合物結合的喹諾酮類藥物，在拓撲異構酶的作用下，隨著由喹諾酮類的誘導而造成的DNA發(fā)生斷裂而被釋放出來。第110頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二2、喹諾酮類藥物與拓撲異構酶-DNA

復合物的交互作用

諾氟沙星能夠穩(wěn)定DNA與拓撲異構酶的交互作用，且在沒有ATP存在的條件下以及不發(fā)生DNA斷裂的情況下也有作用，這就提示喹諾酮類藥物的作用在DNA鏈的斷裂之前。另外，諾氟沙星通過與DNA-拓撲異構酶IV復合物的結合，使DNA的結構發(fā)生改變。這種由喹諾酮類藥物誘導的DNA結構變化的程度，在DNA鏈不發(fā)生斷裂的情況下的強度大于不存在拓撲異構酶IV時的強度。第111頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二2、喹諾酮類藥物與拓撲異構酶-DNA

復合物的交互作用環(huán)丙沙星也能與DNA-DNA促旋酶（不能引起DNA斷裂的突變株）復合物結合，并能促進酶的構型發(fā)生變異。酶的這些構型變化能夠改變ATP水解的速率，這種喹諾酮類-特征速率可以用來監(jiān)測藥物結合和DNA斷裂的動力學。環(huán)丙沙星能夠快速地改變ATP水解的速率，但DNA斷裂的速率相當緩慢，提示這兩個過程是分離的。因此，喹諾酮類藥物似乎是起到穩(wěn)定DNA與拓撲異構酶結合的作用，以及促進酶的構型發(fā)生變化。第112頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二3、喹諾酮類-拓撲異構酶-DNA復合物與DNA復制叉和RNA多聚酶的交互作用

喹諾酮類藥物不僅能夠抑制DNA的合成，在較高的濃度下，也能抑制RNA的合成。這種作用是通過喹諾酮類藥物穩(wěn)定DNA-拓撲異構酶II復合物來介導的，對DNA合成的抑制作用在體內(nèi)可以由喹諾酮類藥物與DNA促旋酶和拓撲異構酶IV的交互作用來實現(xiàn)。第113頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二3、喹諾酮類-拓撲異構酶-DNA復合物與DNA復制叉和RNA多聚酶的交互作用在體外研究這一作用機制時發(fā)現(xiàn)：加入EDTA能夠逆轉由喹諾酮類藥物穩(wěn)定的DNA-拓撲異構酶II復合物。但是，具有活性的DNA復制復合物與DNA-拓撲異構酶II復合物的碰撞所產(chǎn)生的復合物，不受加入EDTA的影響，但也不會使DNA斷裂。這種碰撞也阻礙了DNA復制叉的功能。喪失斷裂DNA能力的拓撲異構酶IV突變株雖然能夠與拓撲異構酶IV結合，但即使在喹諾酮類藥物存在的情況下也不能阻礙DNA復制叉的功能。因此，DNA-喹諾酮類藥物-活性拓撲異構酶IV復合物似乎對DNA復制叉形成了物理障礙。盡管復制與拓撲異構酶復合物的交互作用將DNA-喹諾酮類藥物-拓撲異構酶復合物趨于更加穩(wěn)定，但僅是這一作用似乎還不足于使雙鏈DNA斷裂，而喹諾酮類藥物對細菌的抑制作用必須要使雙鏈DNA斷裂。第114頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二3、喹諾酮類-拓撲異構酶-DNA復合物與DNA復制叉和RNA多聚酶的交互作用在體外，通過與DNA促旋酶的交互作用能夠很快地抑制DNA的合成，與拓撲異構酶IV的交互作用所引起的DNA合成抑制比較緩慢。這種差異可以認為是由于DNA促旋酶和拓撲異構酶IV在細菌染色體上的位置差異所致。DNA促旋酶位于DNA復制叉的前面，所以，當喹諾酮類-促旋酶-DNA形成后立刻就產(chǎn)生碰撞；相反，拓撲異構酶IV被認為位于DNA復制叉的后面，所以不能與復制叉產(chǎn)生碰撞，除非要到下一輪DNA復制。喹諾酮類-DNA、促旋酶-DNA復合物也能阻礙RNA聚合酶的移動，因此使轉譯提前終止。與阻礙DNA復制一樣，不能斷裂DNA的促旋酶突變株也不能阻礙轉譯過程。第115頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二3、喹諾酮類-拓撲異構酶-DNA復合物與DNA復制叉和RNA多聚酶的交互作用盡管近年來對喹諾酮類藥物的作用機制進行了許多研究工作，并取得了很大的進展，但尚有許多地方需要進一步研究加以闡明，如：喹諾酮類藥物與DNA-拓撲異構酶結合的位點、酶的構型的改變與結合位點的形成以及由于喹諾酮類藥物的結合而產(chǎn)生的拓撲異構酶構型的改變等。另外，體內(nèi)喹諾酮類藥物與DNA-拓撲異構酶復合物產(chǎn)生交互作用所引起DNA雙鏈斷裂的分子因素（molecularfactors）、以及這些分子因素對喹諾酮類藥物抗菌活力的作用等都是今后值得進一步研究的重要課題。

第116頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二(二)細菌對喹諾酮類抗菌藥物產(chǎn)生

耐藥性的作用機制

細菌對喹諾酮類藥物產(chǎn)生耐藥性是由于靶酶（DNA促旋酶和/或拓撲異構酶IV）發(fā)生變異，使藥物與靶酶的親和力降低，以及細菌通過降低藥物在胞內(nèi)的累積量。編碼這些酶的基因（gyrA/gyrB/parC/parE）的核苷酸順序以及這些酶的氨基酸順序都具有很大的相似性。在gyrA和parC基因內(nèi)有一個被稱之為熱點（hotspots）的喹諾酮類耐藥決定區(qū)（quinoloneresisitancedeterminingregion,QRDR）。

第117頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二1、DNA促旋酶發(fā)生變異的耐藥機制

細菌對喹諾酮類藥物產(chǎn)生耐藥性的機制研究主要集中在對DNA促旋酶的研究，特別是對其亞基的研究。有關大腸埃希菌GyrA蛋白的三維結構已經(jīng)有所研究。喹諾酮類藥物與該酶的交互作用阻止了GyrA將DNA切斷后重新拼接功能的發(fā)揮。從GyrA蛋白的三維結構看，GRASP（甘氨酸-精氨酸-丙氨酸-絲氨酸-脯氨酸）的序列具有靜電學特征。從這一特征分析，TonyMaxwell提出了DNA繞著DNA促旋酶的“鞍座”（saddle）和“駝峰”(hump)彎曲的模型。根據(jù)這一模型，DNA結構需要變形以與122位酪氨酸活性部位發(fā)生作用，使DNA發(fā)生斷裂和重新拼接。第118頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二2、DNA拓撲異構酶IV發(fā)生變異的耐藥機制

DNA拓撲異構酶IV作為喹諾酮類藥物的另一個作用靶位，近年來進行了很多的研究。盡管在革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌中，氟喹諾酮類藥物的首選靶位是DNA促旋酶，但對于那些廣譜的新的氟喹諾酮類藥物來說并不是如此，它們對DNA促旋酶和DNA拓撲異構酶IV具有相同的作用。DNA拓撲異構酶IV是一個由2個A亞基和2個B亞基組成的四聚體酶，其氨基酸順序和核苷酸順序與DNA促旋酶非常相似。DNA拓撲異構酶IV的研究工作大多數(shù)是在肺炎鏈球菌和金黃色葡萄球菌中進行的。用大腸埃希菌來定位，則gyrA基因的突變熱點（83位絲氨酸和87位谷氨酸）與parC基因的突變熱點（79位的絲氨酸和83位門冬氨酸）一樣。氟喹諾酮類藥物與DNA促旋酶的作用，和與DNA拓撲異構酶IV相似。第119頁，共127頁，2023年，2月20日，星期二3、對喹諾酮類藥物產(chǎn)生耐藥性的主動外排機制

在大腸埃希菌中，外膜的孔蛋白與外排泵相聯(lián)，孔蛋白的作用是使藥物或其它物質(zhì)能夠進入胞內(nèi)。對其研究發(fā)現(xiàn)，降低喹諾酮類藥物敏感性的外排泵為acrAB-tolC

系統(tǒng)，其中AcrB為存在于細胞質(zhì)膜的外排泵蛋白、AcrA為輔助蛋白、TolC為外膜蛋白。較早的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)mar操縱子和sox操縱子能夠提高抗菌藥物的多重耐藥性。引起增加轉譯活化子marA和soxS表達的突變，會影響各種不同基因的表達