MLS类抗生素及细菌耐药性课件

MLS類抗生素及細菌耐藥性

第一節MLS類抗生素的結構特性

MLS類抗生素的結構特性

MLS(macrolides-lincosamids-streptogramins)是一類包括：十四、十五和十六元大環內酯類抗生素；林可黴素類抗生素；鏈陽性菌素類抗生素。

MLS類抗生素的結構特性

1、化學結構差異大，但其抗菌機制和細菌耐藥性機制非常相似；

2、抗菌譜較窄，對革蘭氏陽性球菌（特別是葡萄球菌、鏈球菌和腸球菌）和桿菌以及革蘭陰性球菌有效；

3、這些藥物尤其是氯林可黴素對厭氧菌也有效；

4、革蘭氏陰性桿菌通常對這類藥物不敏感，但某些腸桿菌和嗜血桿菌在體外對阿齊黴素敏感。竹桃黴素泰樂菌素

交沙黴素

林可黴素類抗生素的化學結構

鏈陽性菌素A鏈陽性菌素B第七章MLS類抗生素及細菌耐藥性

第一節MLS類抗生素的結構特性

MLS類抗生素的作用機制

一般認為：MLS類抗生素為第Ⅰ類型的蛋白質合成抑制劑，即阻斷50S中肽醯轉移酶中心的功能，使P位上的肽醯tRNA不能與A位上的氨基醯tRNA結合形成肽鍵。

大環內酯類抗生素與50S核糖體亞單位可逆性地結合，阻斷肽鏈的延伸

MLSB類抗生素對50S核糖體亞基結合位點的拓模式MLS類抗生素對50S核糖體上肽醯基轉移酶

結構域的結合位點

MLS類抗生素肽醯基轉移酶結構域

ⅠⅡIII鏈陽性菌素B類

14元大環內酯類16元大環內酯類

鏈陽性菌素A類

林可類

VS

ERY

LEU/SPM

VM

LIN

MLSB類抗生素對50S核糖體亞基結合位點的拓模式

一、紅黴素的抗菌作用機制

核糖體是細胞中蛋白合成場所，無論原核或真核細胞內核糖體的含量都與細胞蛋白合成活性直接相關。一旦核糖體功能受到破壞，細胞會由於不能合成蛋白而死亡。紅黴素在細胞中的作用對象就是核糖體，其作用方式有兩種：

一是抑制50S核糖體大亞基的形成;

另一個是抑制核糖體的翻譯作用。

1、紅黴素抑制50S核糖體大亞基的形成

50S大亞基是由23SrRNA、5SrRNA和20多種蛋白組裝而成的，組裝過程中先後有32S、42S中間產物產生。當細菌生長環境中存在紅黴素時，正在組裝中的尚未有功能的50S亞單位就可能會和紅黴素結合上（結合位點與紅黴素在成熟50S大亞基上的結合位點相似但不完全相同），於是50S大亞基的組裝就被停止，而這個無功能的50S大亞基中間產物因不能進一步形成有功能的核糖體，最終會被核糖核酸酶（如RNaseE）降解掉。從細胞水準上看，細胞核糖體數量下降，蛋白合成能力降低，細菌的生長被抑制住了。1、紅黴素抑制50S核糖體大亞基的形成

一般來說，大環內酯類抗生素對於50S大亞基形成的抑制作用是特異性的，即30S亞基的形成不受抗生素的影響，而且已組裝好了的50S大亞基也不會被降解。但是新近文獻報導在流感嗜血細胞中酮內酯類抗生素泰利黴素（telithromycin）及ABT-773能在相同程度上抑制50S和30S亞基的組裝。

2、紅黴素抑制核糖體的翻譯

核糖體是蛋白合成場所，它能把翻譯中的各種組分聚集起來完成遺傳資訊mRNA到多肽鏈的轉變。核糖體上與多肽合成有關的活性位點有5個：

1）mRNA結合部位；

2）接受AA-tRNA的部位；

3）結合或接受肽基tRNA的部位；

4）肽基轉移部位（P位）；

5）形成肽鏈的部位（肽醯轉移酶中心）。

紅黴素抑制核糖體的翻譯作用就是通過影響肽鏈轉移酶來完成的。

2、紅黴素抑制核糖體的翻譯

肽醯轉移酶中心定位在23SrRNA結構域V的中心環部位，這個中心環還向外發散著一些髮夾環，髮夾環中間的空擋由多個蛋白填充起來，並由這些蛋白中和rRNA磷酸骨架所帶的電荷在肽鏈轉移酶中心的下方有一個新生肽釋放隧道（見圖）；新生肽釋放隧道主要是由RNA組成，但它也含有L4和L22等蛋白，並且這個隧道最狹小的部分就是由L22和L4組成的（見圖），這兩個蛋白從隧道的背面互相靠近形成了一個門防（這種限制的功能至今未知，推測可能通過由L22和L4形成的這個限制來感應釋放隧道中蛋白鏈的資訊）。

新生肽釋放隧道的部分示意圖

1）紅黴素在核糖體上的結合位點

L22和L4形成的門防就是紅黴素結合的靶位點之一。通過兩種放射性標記了的紅黴素衍生物與核糖體結合實驗發現L22及L4上有放射性，並且還發現蛋白質L15能脫離50S大亞基在溶液中與紅黴素作用，但結合作用較為微弱。2）紅黴素抑制核糖體翻譯作用的機制

紅黴素抑制核糖體的翻譯作用實際上通過兩個效應實現的：

一是紅黴素可抑制蛋白合成延伸；

二是紅黴素能促進肽醯tRNA的脫落，也就是當AA-tRNA結合到核糖體A位並與P位上的肽鏈形成肽鍵時，紅黴素能阻斷肽醯tRNA（ptRNA）從核糖體A位到P位的轉位，並刺激ptRNA從核糖體上脫落，脫落下來的ptRNA會被ptRNA水解酶降解釋放出未成熟的肽鏈。

二、鏈陽性菌素的協同作用機制

——鏈陽菌素A和B組分在體內的協同作用

組分MIC(ml/L)CFU蛋白質合成抑制模式A或B100不變可逆A+B1降低10-2～

10-3不可逆鏈陽菌素A和B組分在體內的協同作用鏈陽菌素A和B組分在體內的協同作用鏈陽性菌素獨特的作用機制表現為:1)與核糖體非共價結合的強度異常大;2)當其A組分與50S亞基結合後能夠誘導產生永久性即使A組分去除的構像變化，這種變化一直保持到核糖體解離至亞基準備進入第二次迴圈。

鏈陽性菌素對50S核糖體表現有特殊的作用機制：

鏈鏈陽性菌素A起著阻斷底物附著於肽醯轉移酶中心的供位和受位，即起著阻斷肽鏈延長的開始；而鏈陽性菌素B和其他一些大環內酯類抗生素一樣阻斷蛋白鏈的延長；另外，鏈陽性菌素A僅能結合在50S中不含氨基醯－tRNA的A位和P位，這種結合後能夠誘導核糖體產生永久性的構像變化並產生一個多餘的60S亞基（這可能是由70S亞基分離而來），從而增加對B組分的特殊親和力，使達到殺菌作用，而鏈陽性菌素B和其他大環內酯類抗生素能夠在任何步驟與核糖體結合。

因此，鏈陽性菌素A和B的混合物就是通過這種雙重代謝阻斷來達到抗菌作用的。

鏈陽性菌素對50S核糖體表現有特殊的作用機制：

喹奴普丁-達福普丁對金黃色葡萄球菌表現有特殊的抗生素後效應，它不僅在細菌的對數生長期，同時在遲滯期也有抗生素後效應（0.4～6.9小時），而其他諸如萬古黴素、慶大黴素、羅紅黴素和一些β-內醯胺類抗生素在細菌生長的遲滯期基本上都沒有後效應。這是由於這種藥物能夠與核糖體形成穩定的喹奴普丁-核糖體-達福普丁複合物，使體內的濃度大大地提高（體內濃度高於體外58倍）所致。喹奴普丁-達福普丁具有與鏈陽性菌素A和B化合物相同的協同作用的抗菌機制。鏈陽性菌素可能的分子作用模式第三節

細菌對MLS類抗生素產生耐藥性的作用機制

細菌對MLS類抗生素產生耐藥性的作用機制

儘管MLS類抗生素的抗菌作用機制與其結構特徵基本無關，但細菌對這類抗生素產生耐藥性的作用機制是不同的，它包括：

內在性耐藥（intrinsicresistance）；獲得性耐藥（acquiredresistance）。

內在性耐藥

所謂的內在性耐藥即為細菌的天然耐藥性，如許多革蘭氏陰性桿菌尤其是一些腸桿菌、假單孢菌和不動桿菌對MLS類抗生素的耐藥似乎是由於細胞外膜的滲透性所致。這些細菌的細胞外膜限制脂溶性抗菌藥物和分子量大於500的MLS類抗生素進入胞內。細菌的這種內在性耐藥影響了所有的MLS類抗生素的抗菌活性。細菌對MLS類抗生素獲得性耐藥的三種機理

藥物作用靶位分子發生了變異；抗生素活性分子被鈍化；細菌產生藥物主動轉運。其實，這是細菌對所有抗菌藥物產生耐藥性的主要作用機制。葡萄球菌對MLS類抗生素產生耐藥性

的三種作用機制

耐藥機制基因對各種MLS類抗生素產生耐藥性aEryOleMacLinCliSgBSgASg靶位修飾ermbermcRRS/RRSRSRSRSRSSSs藥物鈍化linAlsasaa-sbhSSSSSSSSSRIS/IsIS/ISSRSRRSIR主動轉運epAdmsrARRRRSSSSSSSReSSSND一、細菌對紅黴素產生耐藥性的作用機制①

影響紅黴素在胞內的積累（大環內酯的外排機制）；②

破壞紅黴素的結構使其失去抗菌作用；③

改造或修飾紅黴素在核糖體上的結合作用位點。（一）外排機制介導的細菌對大環內酯類抗生素產生的耐藥性

革蘭陽性菌和革蘭氏陰性菌都可以通過過量表達外排泵這種膜蛋白來產生紅黴素抗性作用；外排泵是一種運輸蛋白，用於將有毒物質（包括臨床上所用的抗生素）排出細胞外；當細胞膜上的外排泵蛋白將紅黴素泵出細胞外的速度遠遠快於紅黴素流進細胞內的速度時，胞內的紅黴素濃度就會降低，於是大部分核糖體因沒有紅黴素的結合而繼續合成蛋白，細胞也就能在存在紅黴素的環境中存活下來。外排機制外排機制鈍化酶機制介導的細菌對大環內酯類抗生素產生的耐藥性細菌名稱被鈍化的抗生素鈍化酶名稱基因定位基因名稱金黃色葡萄球菌SASBLLSAO-醯基轉移酶SB

水解酶ND４-LO-核苷醯轉移酶pIP524pIP524NDpIP856saasbhLinA’人葡萄球菌MNDpIP860溶血葡萄球菌L４-LO-核苷醯轉移酶pIP855LinA’乳房鏈球菌L４-LO-核苷醯轉移酶NDLinA’屎鏈球菌SANDpIP815乳酸桿菌屬MSAMLMSMLSNDNDND產氣莢膜梭狀芽孢桿菌SNDND鏈黴菌MLLND3-LO-磷酸轉移酶3-LO-核苷醯轉移酶NDNDND假單孢菌MNDND大腸艾希氏菌MMM紅黴素I型酯酶紅黴素II型酯酶大环内酯2’-磷酸轉移酶pIP1100pIP1527NDereAereB紅黴素酯酶的作用機制

（三）核糖體改變或修飾機制介導大的細菌對大環內酯類抗生素產生的耐藥性

抗性細菌第三個產生耐藥性的途徑就是改造或修飾核糖體上的紅黴素作用位點，也就是通過直接作用核糖體上的紅黴素作用位點來影響紅黴素抗菌作用，這種直接作用方式既可以通過突變作用位點的堿基及蛋白來完成；也可以通過產生一種抗性短肽直接將紅黴素從核糖體的結合位點上替代下來。

1、核糖體大亞基的23SrRNA

堿基突變產生的抗性

核糖體大亞基的23SrRNA堿基突變引起紅黴素耐藥性的報導很多，主要集中在結構域Ⅱ和結構域V兩個位置上發生突變；結構域V的堿基突變主要在G2057、A2058、A2059、C2611位置上：由於G2057～C2611堿基對既能穩定核糖體23SrRNA的三級結構，又是紅黴素在結構域上的結合位點。所以由G2057、C2611堿基突變引起的2057～2611堿基對破壞能導致組成型核糖體變化，造成紅黴素對核糖體親和力降低，從而產生紅黴素抗性。肽醯轉移酶環結構

肽醯轉移酶環及鄰近堿基的改變對抗生素敏感性的影響

堿基發生改變的位點及種類微生物名稱對抗生素敏感性的影響C2611UC2611UC2611GC2611GC2611G大腸艾希氏菌Chlamydomonasreinhardtii釀酒酵母ChlamydomonasmoewuseiChlamydomonasreinhardtiiEryrLinrSgbrEryrClnrEryrSpirEryrEryrClnrG2032AG2032AG2032UG2032CNicotianapltonbaginafolia大腸艾希氏菌大腸艾希氏菌大腸艾希氏菌LinrEryhsClnrCamrEryhsClnsCamrEryhsClnsCamsG2057AG2057AChlamydomonasreinhardtii大腸艾希氏菌EryrLinsClnsEryrCamrA2058GA2058GA2058GA2058GA2058GA2058CA2058UA2058UChlamydomonasreinhardtii大腸艾希氏菌Nicotianapltonbaginafolia釀酒酵母intracellulare

分支桿菌intracellulare分支桿菌大腸艾希氏菌intracellulare

分支桿菌EryrLinrCamrEryrLinrEryrClarClarEryrClarA2059GNicotianapltonbaginafoliaLinrA2062Chalobiton嗜鹽菌CamrG2447CG2447AHoniasapiens釀酒酵母AnirCamrA2451UMusmucseulusCamrC2452AC2452AC2452UC2452UC2452UHoniasapiensHoniasapiensMusmucseulusSulfolobusacidoculdariusTetrahymenathermophilaCamrCamrCamrCamrCarrCelrAnirA2453CHalobiton嗜鹽菌AnirA2503CA2503C大腸艾希氏菌釀酒酵母CamrCamrU2504CU2504AU2503CHoniasapiensHoniasapiensMusmucseulusCamrCamrCamr2、甲基轉移酶Erm家族催化的A2058

甲基化引起的抗性

最廣泛的紅黴素抗性產生及傳播的機制是通過在A2058的N6上單甲基和雙甲基化來降低紅黴素與RNA的親和力而產生抗性，這個修飾是由S-腺苷-L-甲硫氨酸（AdoMet）依賴的甲基轉移酶Erm家族催化的，Erm家族成員的序列具有24.6%～85%的同源性。2、甲基轉移酶Erm家族催化的A2058

甲基化引起的抗性

Erm機制是金黃色葡萄球菌產生紅黴素抗性的主要原因，金黃色葡萄球菌主要靠ermA、ermB、ermC及ermF這四個基因的產物來甲基化修飾堿基而得到紅黴素抗性的，這些紅黴素抗性菌株可以分成兩種類型：

一類是組成型抗性菌株，其能在超過100μg/mL的紅黴素濃度下生長；

另一類是誘導型抗性菌株，能在亞抑制單位的抗生素濃度誘導下對高濃度的紅黴素形成抗性。這種誘導調節的作用機制可以用圖來解釋。

基因微生物來源ermA金黃色葡萄球菌emAM血鏈球菌ermB金黃色葡萄球菌ermBC大腸艾希氏菌ermB類糞鏈球菌ermC金黃色葡萄球菌ermCD白喉棒壯桿菌ermD地衣型芽孢桿菌ermE紅黴糖多孢菌ermF脆弱擬桿菌，ermFS脆弱擬桿菌ermFU脆弱擬桿菌ermG芽孢桿菌ermGTreuteri乳酸桿菌ermIM枯草桿菌ermJ炭疽桿菌ermK地衣型芽孢桿菌ermM表皮葡萄球菌ermP產氣莢膜梭狀芽孢桿菌ermQ產氣莢膜梭狀芽孢桿菌ermR(ermA’AR)藤黃節桿菌ermSF費氏鏈黴菌ermTR釀膿鏈球菌ermZ艱難梭菌不同微生物來源的甲基化酶的基因

3、核糖體大亞基上蛋白質突變引起的抗性

核糖體蛋白質L4和L22突變能引起紅黴素抗性，在大腸埃希氏菌和肺炎鏈球菌的抗性菌株中均發現這一現象。對L4和L22蛋白突變所引起的抗性機制的解釋是：

一是結合在23SrRNA結構域I上的L4和L22突變會造成整個23SrRNA的整體結構變化，從而影響了紅黴素作用的其他靶位點與紅黴素的結合；

二是L4和L22突變降低了紅黴素與核糖體的結合作用，因為紅黴素是通過結合在肽鏈釋放隧道上L4和L22形成的狹小門防位置，而促使肽鏈無法進入才抑制蛋白合成的。

4、抗性短肽所引起的抗性

近來發現了一種新的紅黴素抗性機制，是通過一些特殊的短肽與核糖體相互作用而產生的。在大腸埃希氏菌中一些23SrRNA片段（均包含堿基1233～1348）的過量表達能導致產生紅黴素抗性的現象，這些片段稱為E-RNA；經缺失分析發現其實只需有小片段（堿基1235～1268）的表達就足以提供紅黴素的抗性了，這個片段稱為E-RNA34。

二、細菌對鏈陽性菌素產生耐藥性的作用機制

對鏈陽性菌素產生耐藥性的問題首先在葡萄球菌中發現，其僅對鏈陽性菌素A組分產生耐藥性;

葡萄球菌中有很多編碼對鏈陽性菌素A產生耐藥性的基因如，編碼醯基轉移酶的vat(A)、vat(B)和vat(C)；編碼涉及到外泵系統的ATP結合蛋白的vga(A)和vga(B)。

二、細菌對鏈陽性菌素產生耐藥性的作用機制在腸球菌中，糞腸球菌對鏈陽性菌素A和B表現為天然抗性，而分離的大多數屎腸球菌對其是敏感的;在對鏈陽性菌素A和B產生耐藥性的糞腸球菌中分離到了satA和satG兩個編碼醯基轉移酶的基因，現在已經分別重新命名為vat(D)和vat(E)。

鏈陽性菌素A衍生物達福黴素被鈍化酶

（醯化酶）修飾的位點

鏈陽性菌素B衍生物喹奴普丁被鈍化酶

（裂合酶）修飾的作用位點

Vgb裂合酶最小底物的結構

三、細菌對林可黴素產生耐藥性的作用機制

在這兩種細菌中，通過鈍化酶的作用使抗生素分子中的４位核苷醯化成為4（5’-核糖核苷）林可黴素或氯林可黴素（如圖所示），這與在鏈黴菌中發現的鈍化機制不同。細菌對林可黴素產生耐藥性的作用機制第四節新型大環內酯類抗生素的研究開發新型大環內酯類抗生素的研究開發

羅紅黴素地紅黴素克拉紅黴素

氟紅黴素阿齊紅黴素羅他黴素

乙醯麥迪黴素品名化學結構抗菌譜臨床藥理羅紅黴素(RXM)14元環C-9肟衍生物與EM近似血峰濃度高，消除半衰期12h，組織滲透性好地紅黴素(DRM)14元環C-9，11惡嗪衍生物與EM近似組織濃度高且持久，血藥濃度低但半衰期長克拉紅黴素(CAM)14元環6-O-甲基衍生物抗革蘭陰性菌及軍團菌血藥濃度與組織濃度均高氟紅黴素(FUM)14元環8-氟基衍生物與EM近似組織濃度較高，血中半衰期8h阿齊紅黴素(AZM)15元環C-9”叔胺衍生物抗革蘭陰性菌組織濃度明顯高於血藥濃度且持久，胞內濃度高羅他黴素(RKM)16元環3”-酯衍生物抗軍團菌、支原體和部分耐EM葡球菌組織濃度高於血藥濃度，胞內濃度高米歐卡黴素（MOM，乙醯麥迪黴素）16元環3”-酯衍生物與RKM近似血藥濃度及半衰期均優於母體化合物麥迪黴素新大環內酯抗生素特徵比較

抗菌藥物名稱試驗濃度範圍（μg/ml）MIC（μg/ml）範圍50%90%二甲胺四環素0.0078—80.062—0.250.1250.25紅黴素0.00024—0.250.0019—0.00780.00390.0078甲紅黴素0.00024—0.250.00048—0.00390.00190.0019羅紅黴素0.00024—0.250.0019—0.00780.00390.0078阿齊黴素0.00003—0.0310.00006—0.000480.000240.00048交沙黴素0.00024—0.250.0019—0.03130.00780.0156左氧氟沙星0.0078—80.125—0.50.250.25泰萊黴素0.00003—0.0310.00024—0.00190.000970.00097泰利黴素和其他一些抗菌藥物的抗肺炎支原體活性比較泰利黴素的化學結構菌株MIC（μg/ml）泰利黴素紅黴素康氏立克次氏體(Richettsiaconorii)Moroccan(ATCVR—14)0.58康氏立克次氏體(Richettsiaconorii)serotypeIsraeli0.58立氏立克次氏體(Richettsirickettsii)SheilaSmith(ATCCVR—149)0.5-18Rickettsiaafricae0.58斑疹傷寒立克次氏體(Rickettsiatyphi)Wilnmington(ATCCVR—144)0.50.5-1普氏立克次氏體(Rickettsiaprowazekii)Breinl(ATCCVR—142)0.50.125-0.25漢氏巴爾通氏體(Bartonellahenselae)Houston1(ATCC49882)和UR.LL.E.90.0030.06-0.25五日熱巴爾通氏體(Bartonellaquinana)Oklahoma(ATCC49793)和UR.P.IE.H20.0060.006-0.12杆狀巴爾通氏體(Bartonellabac