第8章-糖肽类抗生素

第八章糖肽类抗生素的作用机制和细菌耐药性第一节糖肽类抗生素的结构特征和临床应用一、糖肽类抗生素的结构特征VMB：万古霉素；MDCV1、2：单脱氯万古霉素；DDCV：双脱氯万古霉素；DESV：单糖万古霉素；AGLUV：无糖万古霉素；CDPM、CDPm：万古霉素结晶型降解物异构体替考拉宁的化学结构其他一些糖肽类抗生素的化学结构微生物来源的其他一些糖肽类抗生素的化学结构微生物来源的其他一些糖肽类抗生素的化学结构二、糖肽类抗生素的临床应用万古霉素是由Micormick等于1956年从一株东方拟无枝酸菌的发酵液中分离得到的一种糖肽类抗生素。万古霉素问世后的前20年，由于青霉素和头孢菌素类抗生素的上市使用，万古霉素仅作为保留药物，治疗由少数金黄色葡萄球菌引起的严重感染性疾病，临床使用很少。二、糖肽类抗生素的临床应用后来随着β-内酰胺类抗生素的大量使用，由甲氧西林耐药金葡菌（MRSA）所引起的感染逐渐流行，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌目前被认为是最顽固的耐药菌，它对几乎所有的β-内酰胺类抗生素包括第三代头孢菌素具有耐药性；对大部分四环类抗生素和氨基糖苷类等其它抗生素也产生耐药性。二、糖肽类抗生素的临床应用至1982年，有报道称在美国大医院中，MRSA引起的感染已由原来的2%上升到20%。国内的研究表明，1998～2000年耐甲氧西林金葡菌和敏感金葡菌的比例高达30%以上。二、糖肽类抗生素的临床应用在这种情况下，万古霉素愈来愈引起人们的重视，是目前临床上用于治疗由MRSA引起的严重感染疾病的首选药物，并被国际抗生素专家誉为“人类对付顽固性耐药菌株的最后一道防线”和“王牌抗生素”。二、糖肽类抗生素的临床应用万古霉素（结构如图所示，国内生产的为N-去甲基万古霉素）是一个极为重要的糖肽类抗生素，其抗菌谱很窄，基本上局限于很小一部分的革兰氏阳性菌和一些螺旋体。在万古霉素发现的前20年，并未引起人们的重视，因为当时新出现的－内酰胺类抗生素基本上能够控制临床出现的各种感染。二、糖肽类抗生素的临床应用随着近年来多重耐药肠球菌如粪肠球菌的出现，恢复了人们对万古霉素的强烈兴趣，一度被打入冷宫的万古霉素重见天日，并愈发体现了它的作用。万古霉素是一个非常有价值的抗生素。不过在临床上通常被用作经－内酰胺类抗生素或其它抗菌药物治疗失败后才使用的最后手段，故也常被认为是抗菌药物的最后一道防线。第二节糖肽类抗生素的作用机制糖肽类抗生素的作用机制糖肽类抗生素的抗菌作用虽与－内酰胺类抗生素的相同，都是通过干扰细菌细胞壁肽聚糖的铰链，从而使细菌细胞发生溶解。革兰阳性菌的细胞壁是由一厚厚的肽聚糖层构成，其位于细胞质膜（内膜的外侧）；而革兰阴性菌在一薄薄的肽聚糖层外面还有一完整的细胞外膜，其阻止万古霉素和替考拉宁等糖肽类抗生素渗透到肽聚糖。因此，这类抗生素仅对革兰氏阳性菌有效。革兰阴性菌和革兰阳性菌的细胞表面结构肽聚糖的生物合成过程万古霉素的作用机制就细胞水平而言万古霉素通过干扰细菌细胞壁的合成最终使细菌细胞发生溶解。从分子水平上讲，万古霉素抑制细胞壁合成第二阶段(类脂结合)中一个关键的转化反应，即具有刚性交叉连接的7肽骨架识别未交叉连接肽聚糖链中N-酰基－D-Ala4-D-Ala5中末端D,D-二肽，并在脂II分子中通过五个氢键形成具有高度亲和力的复合物，这些氢键从糖肽类抗生素分子的下表面与肽聚糖末端的酰胺基和羧基结合，如图所示。万古霉素的作用机制同时，研究发现有两种作用机制加强万古霉素中肽骨架与细菌细胞壁合成过程中的D-Ala-D-Ala的结合作用。（1）两个万古霉素分子间糖苷结构通过氢键的作用形成二聚体，万古霉素以这种聚合体形式存在增强了结构的稳定性，同时锁定了万古霉素中与D-Ala-D-Ala结合域（bindingpocket）呈正确的构象（图）；（2）万古霉素结构中的亲脂部分使得抗生素位于细菌的表面上从而接近细胞壁合成前体。万古霉素与N-Acyl-D-Ala-D-Ala生交互作用时的氢键万古霉素在细胞壁上作用位点及细胞壁中间体发生交互作用时的氢键万古霉素与N2,6－二（酰基）－L－Lys-L-Ala-D-Ala结合的分子结构实体模型化合物MIC（μg/ml）敏感菌耐药菌万古霉素12048氯二苯基万古霉素0.0316结构破坏的万古霉素无活性无活性结构破坏的氯二苯基万古霉素1040糖肽类抗生素的二种作用机制模式直接抑制转葡基酶——第二种作用机制Kahne等在研究万古霉素类的作用机制时，首先将破坏万古霉素结构类似物分子中的肽结合袋被（即去除甙元分子中的N-甲基亮氨酸部分，其既能通过氢键与D-Ala-D-Ala结合，也能通过静电与之接触），让其不能与N-乙酰D-Ala-D-Ala结合，然后测定这种化合物对敏感菌和万古霉素耐药菌的抗菌活性。结果发现，结构破坏的氯二苯基万古霉素正如预期的那样，对敏感菌的活性大幅下降（下降330多倍），但对耐药菌的抗菌活性几乎没有影响.第三节细菌对糖肽类抗生素产生耐药性的作用机制一、万古霉素耐药肠球菌和金黄色葡萄球菌的发展随着上世纪80年代细菌耐药性的传播和扩散，特别是甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌的爆发，万古霉素被广泛使用，成为拯救革兰氏阳性细菌感染危重病人的救命药物。但是，随着万古霉素的广泛使用，已经出现了万古霉素耐药的革兰氏阳性细菌，特别是万古霉素耐药肠球菌，以及万古霉素耐药的金黄色葡萄球菌，使人类的生命健康又受到了严重的威胁。（一）万古霉素耐药肠球菌VRE的发展很快，有报道数据显示：1987在医院临床分离株中为0.4％，而到1993年高达16％；VRE能引起危及生命的感染，病死率高达30%。其之所以危险，是因为控制这种感染的措施容易失败，且目前临床上尚无一种或几种抗生素联合使用，使治疗有效的办法。（一）万古霉素耐药肠球菌VRE逐渐增加的原因除了耐万古霉素的遗传因子可以传播外；另一个重要的因素是将糖肽类抗生素作为动物生长促进剂用于食源性动物，提供VRE出现的选择压力。特征耐药表型VanAVanBVanCVanDVanE*遗传特征获得性（Tn1546）获得性（Tn1547）固有性（染色体编码）获得性获得性肽聚糖前体末端D-Ala-LacD-Ala-LacD-Ala-SerD-Ala-SerD-Ala-Ser最低抑菌浓度（µg/mL）万古霉素替考拉宁64～10016～5124～1000.5～322～320.5～116～642～4160.5连接基因vanAvanBvanC-1和vanC-2/vanC-3vanDvanE含有这些基因的菌株屎肠球菌、粪肠球菌、耐久肠球菌、蒙氏肠球菌、鸟肠球菌、醇鸡肠球菌、铅黄肠球菌、Bacissulscirulans、解没子酸链球菌、棒杆菌、隐秘杆菌、乳球菌、纤微单胞菌屎肠球菌、粪肠球菌、牛链球菌、解没子酸链球菌醇鸡肠球菌、铅黄肠球菌/黄色肠球菌屎肠球菌粪肠球菌从实验室转移获得万古霉素耐药的菌株血链球菌、酿脓链球菌、李斯特菌和金黄色葡萄球菌屎肠球菌、粪肠球菌、包括氨苄西林耐药的转移（二）万古霉素耐药金黄色葡萄球菌为了解决金黄色葡萄球菌的耐药性问题，1959年半合成的青霉素类抗生素甲氧西林和苯唑西林投入临床使用；然而，仅两年之后的1961年于英国首次发现了耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（methicillinresistantStaphylococcusaureus，MRSA）；此后，MRSA遍及世界。（二）万古霉素耐药金黄色葡萄球菌MRSA和MRCNS(甲氧西林耐药凝固酶阴性菌)感染的治疗主要局限在万古霉素上，尤其是对MRSA多重耐药株，万古霉素是有效治疗的唯一选择；最近，国外已有万古霉素耐药金黄色葡萄球菌的报道，但国内尚未有类似的发现。（二）万古霉素耐药金黄色葡萄球菌值得注意的是：国外关于万古霉素对金黄色葡萄球菌最低抑菌浓度增高的报道，即出现万古霉素中等耐药金黄色葡萄球菌（vancomycin-intermidiateS.aureus，VISA），因此，由多重耐药的MRSA变迁为VISA，而引起的感染就会导致任何治疗无效；现已证明，VISA均来自于MRSA。万古霉素耐药金黄色葡萄球菌的出现仅是时间问题，这可从图中万古霉素对MRSA的抑菌圈变化可以清楚地看到。1994年万古霉素对MRSA的抑菌圈直径的分布1997年万古霉素对MRSA的抑菌圈直径的分布2000年万古霉素对MRSA的抑菌圈直径的分布二、细菌对糖肽类抗生素产生耐药性的作用机制细菌对万古霉素产生耐药性的机制是由于耐药菌能够产生一种分子结构不同于敏感菌的肽聚糖前体末端二肽，D-丙氨酰-D-乳酸、D-丙氨酰-D-丝氨酸，或D-丙氨酸，使万古霉素分子不能与之结合，而细菌能够照样合成其细胞壁，如图所示为D-丙氨酰-D-乳酸与万古霉素之间的氢键结合。与敏感菌中的D-Ala-D-Ala结合与耐药菌中的D-Ala-D-Lac结合A：对糖肽类抗生素产生耐药性的肠球菌的肽聚糖前体的C-末端掺入有D-２－羟基丁酸和D-乳酸；B：掺入D-２－氨基丁酸的改变的合成途径；C：对糖肽类抗生素敏感的肠球菌的UDP-胞壁五肽的合成途径；末端为D-ala-Dala；：取代基肽聚糖末端D-丙氨酰-D-乳酸的合成与万古霉素的作用二、细菌对糖肽类抗生素产生耐药性的作用机制对细菌产生万古霉素耐药性的更为精细的作用机制的研究发现:vanA基因存在于被称为转座子或跳跃基因的Tn1546中；这一转座子含有9个基因：其中二个编码与转座能力有关的功能；另外7个通常被称为万古霉素耐药基因的“vanA基因簇。二、细菌对糖肽类抗生素产生耐药性的作用机制由vanA基因编码的蛋白包括VanS和VanR，这两种蛋白负责耐药性的诱导作用。其中VanS似乎是一种探头（sensor），以探测环境中是否存在有万古霉素，或更像是万古霉素对细胞壁合成的早期影响；当VanS探测到环境中有万古霉素后就将信号传递给VanR，VanR是一种响应调节物（responseregulator），这种调节物最终导致活化或启动其它有关耐药性的蛋白的合成，如VanH、VanA、VanX等。二、细菌对糖肽类抗生素产生耐药性的作用机制当环境中存在有万古霉素或肽古霉素时，VanS上的组氨酸残基间接地产生自身磷酸化作用，然后该磷酸化残基被转移到响应调节物VanR的门冬氨酸的残基上；最后，磷酸化的VanR作用于启动子（Pro），启动van基因簇的转录和对糖肽类抗生素产生耐药性的表达（如图所示）。VanS和VanR的调节机制细菌对万古霉素产生耐药性的作用机制推测的VRSA的形成机制第四节具有抗耐药菌作用的新的糖肽类抗生素一、达托霉素————化学结构达托霉素由13个氨基酸组成，其中十个氨基酸组成一个氨基酸环，另有3个氨基酸排列成线状，这三个氨基酸末端的L－色氨酸接着一个十碳癸酸。一、达托霉素————作用机制达托霉素的抗菌机制与糖肽类抗生素的作用机制不同，它可扰乱细胞膜对氨基酸的转运，从而阻碍细菌细胞壁肽聚糖的磷壁(酸)脂质（LTA）的生物合成，改变细胞质膜的性质；另外，它还能通过破坏细菌的细胞膜，使其内容物外泄而达到杀灭细菌的目的；也有报道是其与细胞膜的结合，导致膜电位的降低，从而破坏胞内RNA和DNA的合成，最终抑制细菌生长。该抗生素的抗菌活性为浓度依赖性的，并受到pH和离子化钙浓度的影响。一、达托霉素————抗菌活性达托霉素具有在体外抗绝大多数的临床革兰阳性菌的作用；主要用于耐药菌，如耐万古霉素肠球菌（VRE），耐甲氧西林金葡菌（MRSA），糖肽类中等敏感的金葡菌（GISA），凝固酶阴性葡萄球菌（CNS）和耐青霉素肺炎链球菌（PRSP）的感染，对于这些耐药菌可选择的抗生素很少；一、达托霉素————抗菌活性达托霉素的抑菌活性如下：对MRSA（MIC50=0.25～2µg/ml），青霉素耐药肺炎链球菌（MIC50＝0.03～1µg/ml）具有极好的活性；对甲氧西林敏感和耐药金葡菌的MIC/MBC为0.5/0.5µg/ml，对万古霉素中度敏感金葡菌的MIC/MBC为