碳青霉烯类抗生素耐药机制及药物治疗研究进展

碳青霉烯类抗生素耐药机制及药物治疗研究进展

碳青霉烯类抗生素属于i-内酰胺类抗生素。具有广泛的抗菌谱和内酰胺酶，以及较强的抗菌活性和低毒性。作为对抗细菌的“最后一道防线”之一，它在对医院重症感染的治疗中发挥了重要作用。β-内酰胺酶根据氨基酸同源性分为A、B、C和D类(Ambler分类法)。其中A、C和D类酶活性位点含有丝氨酸残基,可以称作丝氨酸碳青霉烯酶;B类酶需要Zn1获得性b类碳青霉烯酶金属碳青霉烯酶根据氨基酸序列同源性以及对金属离子的需求,分为B1、B2、B3和B44个亚族,另外,Bush等B类金属酶最常见的有VIM酶(Verona整合子编码的金属酶)、IMP酶(耐亚胺培南假单胞菌产金属酶)和NDM酶(新德里金属β-内酰胺酶),这3个家族的酶是最常见的获得性B类碳青霉烯酶。IMP组包括48种分型,分离自临床重要的革兰阴性菌,如肠杆菌科,假单胞菌属和不动杆菌属;VIM组包括41种分型,主要分离自肠杆菌科,部分来自铜绿假单胞菌2金属碳青霉烯酶系统金属碳青霉烯酶的序列相似性虽然仅有25%,但是它们的三维结构相似,由2个位于中间的β-片层和5个位于表面的α-螺旋构成了以αβ/βα的“三明治”结构为特点的构象。ZnB1和B3类金属碳青霉烯酶包括2个ZnB2碳青霉烯酶只与Zn2结合发挥活性,与Zn1的结合反而使活性下降。B2中Zn2和Asp120、Cys221、His263及1个水分子结合,由Asp120或者His118激活,而不是Zn2激活水分子,亲核进攻羰基碳原子。接着氮原子由His118、Asp120残基和1个水分子或者与Zn2结合的1个水分子来实现质子化作用,接着内酰胺环被破坏,酶将之释放,恢复活力SPR-1作为B4类,也包括2个Zn3金属酶抑制剂的作用机制根据耐药机制设计相应的碳青霉烯酶抑制剂是解决耐药的有效方法,临床上应用的丝氨酸抑制剂均难以抑制金属碳青霉烯酶的活性。尽管有报道称金属螯合剂、二氮菲和吡啶二羧酸对所有金属β-内酰胺酶(metallo-β-lactamases,MBLs)有抑制作用,然而它们在临床上却没有很大意义。因为临床有效的金属酶抑制剂须符合以下条件:(1)对人体金属酶无害,如血管紧张素转化酶(angiotensinconvertingenzyme,ACE);(2)对各种MBLs或同种类型MBLs起作用。金属碳青霉烯酶是造成多重耐药局面的重要原因,以下重点介绍目前发现的金属碳青霉烯酶抑制剂的结构,主要将其分为两类:一类是含有β-内酰胺环结构,另一类是锌离子配合物,或是锌离子螯合物。3.1含有-内酰胺环结构的金属酶抑制剂含有β-内酰胺环结构的金属酶抑制剂可能容易进入酶活位点,从而使酶失活;也可能螯合了辅基,使酶失去催化能力。3.1.1氨基乙酸钠和氨基酸丙烯酸酯mls的抑制剂8-硫代头孢菌素的水解产物(图3化合物1)是BcⅡ酶的底物,抑制常数Ki=96μmol/L3.1.2类和青霉烷类的mblc抑制剂改变青霉素类抗生素的结构,使其与金属酶结合抑制MBLs的活性从而提高药物抗菌活性3.1.3碳青霉烯类衍生物6位取代的亚乙基青霉烯对CcrA酶的抑制活性在14~260nmol/L,其中化合物6(图5)的活性最好,ICC-2位含有二硫代氨基甲酸、苯并噻吩巯基及吡咯烷基硫亚胺的1β-甲基碳青霉烯类衍生物具有良好的抑酶活性。其中,化合物7(J-110,441)(图5)可作为MBLs(如BcII酶、L1酶、CcrA酶和IMP-1酶)的广谱抑制剂,它存在和酶相互作用后能产生与锌螯合的基团而抑制酶的活性3.2不含-内酰胺环结构的抑制剂3.2.1氨基酸及氨基酸类mbls抑制剂氨基酸及类氨基酸中含有可能与金属离子螯合的结构,如果氨基酸能作为MBLs的抑制剂,则具有低毒性的可能,基于此构想设计氨基酸类了抑制剂N-苯甲酰-D-半胱氨酸9(图6)是BcII酶的潜在抑制剂(Ki=740nmol/L)3.2.2竞争抑制剂的筛选含巯基的化合物对Zn经典的MBLs抑制剂-硫醇:巯基乙酸13(图7)(IC合成的巯基磷酸类化合物,大多数可作为MBLs中B1、B2和B33个亚型的竞争抑制剂。除个别化合物外,绝大多数巯基磷酸类化合物对CphA酶(B2亚型MBLs)具有良好的抑制活性(Ki<15μmol/L),其中代表物17(图7)最具开发前景此外,含有疏水基团的巯基羧酸化合物18(PhenylC硫酯类化合物其抗MBLs(BcⅡ、CfiA、L1和CphA)活性不尽同(IC3.2.3苯丙烯酸-盐酸Liénard等3.2.4二苯基和二羧酸Toney等丁二酸3.2.5m-1和b2磺酸胺类化合物是通过虚拟筛选得到的对MBLs有抑制作用的化合物,其中31(图11)对NDM-1酶的活性最佳,ICβ-磷酸内酰胺32(图11)在100μmol/L的浓度下,证明是IMP-1酶(抑制率为70%),CcrA酶(抑制率为70%),L1酶(抑制率为70%),NDM-1酶(抑制率为53%)和Bla2酶(抑制率为94%)的弱抑制剂4-内酰胺类药物产碳青霉烯酶多重耐药菌给临床治疗带来了严重的挑战,其中金属碳青霉烯