B内酰胺酶分类及其机制研究.ppt

1、第五章-内酰胺类抗生素和细菌耐药第一节-内酰胺类抗生素的基本结构特征，第二节-内酰胺类抗生素的作用机制，一、细菌细胞壁结构，所有细菌都有包围细胞膜的细胞壁。 细胞壁的主要功能是维持细胞形态和保护细胞免受环境渗透压变化引起的细胞溶解。 传统上细菌可分为革兰阳性菌、革兰阴性菌、耐酸菌3种。 在这3种细菌的细胞壁中有肽聚葡萄糖成分，由n -乙酰细胞壁酸(N-acetylmuramic acid，NAM )和n -葡萄糖胺(N-acetylglucosamine，NAG )构成的NAM和NAG呈线状紧密接触线和线之间通过与NAM和NAG相连的内肽桥连接成片状，片和片的堆积成为细胞壁的肽聚糖。肽聚糖的形

2、成、革兰氏阳性菌肽聚糖细胞壁的形成、革兰氏阴性菌的细胞表面结构、脂多糖的构成、耐酸菌(如绿脓菌合分枝杆菌)的肽聚糖层比较薄，其外膜结构也与革兰氏阴性菌不同，来自被称为分枝酸的蜡脂该分枝酸和aribanogalactan糖脂可以调节，阻止某些药物和化学物质通过细胞壁，使细胞具有较高的抗性。耐酸菌的表面结构，三种不同细菌的细胞壁结构比较，二、-内酰胺类抗生素的作用机制，第一阶段从Fleming开始，青霉素抑制克阳性细菌从克阴性细菌列开始有效，直到1945年青霉素观察细菌的形态学效应，青霉素必须干扰细菌细胞的表面结构、-内酰胺类抗生素的作用机制，第二阶段从细菌细胞壁的分离和肽组成的认识开始，由青霉素

3、观察到细菌细胞呈球形，与溶菌酶作用下的原生质体相似，青霉素必定影响细胞壁的合成。 Park及其同事观察抑制的葡萄球菌中尿核苷蓄积，推测是因为青霉素阻断了细菌细胞壁合成的某一步骤。-内酰胺类抗生素的作用机制，第三阶段从1957年开始，揭示了粘肽的结构及其生物合成，确认了青霉素是抑制粘肽生物合成的最后一步(肽转移反应)。-内酰胺类抗生素的作用机制、各种青霉素类、头孢菌素类和非典型的-内酰胺类抗生素均能抑制粘肽合成的肽转移反应，两条多糖链不能形成成约链结构。交链系酶反应、DD-羧肽酶、DD-转移酶、内肽酶、-内酰胺系抗生素的作用机理、转移酶反应，首先，转移酶和酰基-D-丙氨酸-D-丙氨酸供体基质为酰

4、基- d 青霉素等内酰胺类抗生素因其结构与供体基质(D-丙氨酸-D-丙氨酸)的结构相似(两者均有高反应性的-C-N-键)而与转肽酶作用，干扰正常的转肽反应。青霉素(a )和D-丙氨酸-D-丙氨酸(b )的立体模型内酰胺类抗生素的作用机制，近年来对细菌细胞膜进行了深入研究，发现细菌细胞膜上有特殊的蛋白质分子，可与内酰胺类抗生素结合， 发现第三节细菌对内酰胺类抗生素的耐药性作用机制，细菌对内酰胺类抗生素的耐药性作用机制，1、破坏内酰胺类抗生素分子的内酰胺酶2 .抗生素作用靶位PBPs亲和力变化3，以及药物的细菌对内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制一般是PBPs和内酰胺酶，-内酰胺酶是引起细菌对内酰

5、胺酶耐药性的主要原因，有许多结构和功能不同的内酰胺酶。现有研究表明，有4种结构类别的内酰胺酶(a、b、c和d )，其中3种是活性位点氨基酸酶(active-site serine enzyme )，另一种(b类)是锌依赖酶(a、b、c和d ) 已证明内酰胺酶来自细菌细胞壁合成酶，即青霉素结合蛋白(penicillin-binding proteins，PBPs )。 另一方面，与PBPs和内酰胺酶、细菌细胞壁的合成、维持以及肽聚糖结构特征的调节等相关的一组酶通常被称为PBPs的PBPs确实是转肽酶(transpeptidase )、转糖苷酶(trnsglycosystem PBPs多局部存在于

6、细菌的内膜，在细胞周质上可以发挥它们的活性。 二、PBPs-介导的细菌对内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制，青霉素与转肽反应中的基质结构类似物作为转肽酶形成不可逆的青霉素酶复合体。 由于转肽酶的测定非常困难，因此通常由青霉素结合蛋白(PBPs )表示的细菌在以不同细胞周期合成肽聚糖过程中具有多种不同功能的转肽酶-PBPs。 二、pbps介导的细菌对内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制，pbps介导的内酰胺类抗生素的耐药性取决于多种因素。 因为这种药有很多作用靶位。 因此，只有在所有内酰胺类药物作用靶位的亲和性降低时，细菌才能达到对药物的高耐药性。 例如，淋病奈瑟菌有3种pbp2: PBP2和pb

7、p 2是细菌生存所必需的酶，这2种酶中的任一种失活时细菌死亡的PBP3是低分子量酶，即使失活也不会引起细菌死亡。 淋病奈瑟菌的耐药性的进展使亲和力最高的Mr-PBP2的亲和力降低，另一方面使PBP1的亲和力降低。 部分耐-内酰胺抗生素细菌和PBPs的变化情况，具有嵌入结构的青霉素抗性脑膜炎双球菌PBP2的基因结构，来自具有嵌入结构的7种不同国家和地区的青霉素抗性脑膜炎球菌PBP2的基因结构，-内酰胺酶介导的细菌对-内酰胺酶类抗生素的耐药性作用机制， 除了上文提到的PBPs-介导的内酰胺药物耐药机制外，细菌产生内酰胺酶也是细菌产生这种抗菌药物耐药的另一重要原因(可以说是最重要的原因)。 细菌通透

8、性屏障是细菌对药物的普遍耐药性机制(非特异性)，PBPs-介导和内酰胺酶介导的耐药性机制是细菌对内酰胺药物耐药性的特有机制(特异性)。 三、-内酰胺酶介导的细菌对-内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制，耐药性革兰阳性菌如葡萄球菌中的-内酰胺酶以细胞外酶的形式分泌到细胞外破坏这种抗菌药物，或者细菌含有的转肽酶不能与这种药物结合三重内酰胺酶介导的细菌是对内酰胺类抗生素产生耐药性的作用机制，在革兰氏阴性菌中，这些抗菌药透过细菌细胞外膜的孔蛋白进入细菌的周质，细胞周质中的内酰胺酶破坏进入细胞内的这些药物，药物与PBPs 三、-内酰胺酶介导的细菌对内酰胺酶类抗生素产生耐药性的作用机制，-内酰胺酶可同时存在

9、于革兰阳性菌和革兰阴性菌中，似乎为细菌的耐药性作出了贡献。 PBPs介导的细菌耐药性只存在革兰阳性菌。 因此，革兰氏阳性菌对-内切酶类抗菌药的耐药性主要起因于-内切酶和PBPs的亲和性降低、产生新的PBPs，而革兰氏阴性菌对-内酰胺类抗菌药的耐药性主要起因于-内酰胺酶和细胞膜透过性屏障(、-内切酶的耐药性的发展，1940年首次在大肠菌中确定了-内切酶。此后，该酶被许多其他细菌检测出来。 2、在1944年发现产生内酰胺酶(青霉素酶)是金葡萄糖耐青霉素的机制。 当时，该耐药菌产酶水平较低，但随着青霉素的广泛应用，产酶水平和机率均增加。 3、20世纪50年代末在医院分离的许多金葡萄产生了这种酶。-内

10、切酶耐药性的发展，1957年随着青霉素母核6-APA的分离，出现半合成青霉素，-内切酶作为耐药机制具有重要意义。 例如，广谱青霉素类、氨苄青霉素和羧苄青霉素以及随后的羟基氨苄青霉素和卡西林对金葡萄糖和肠杆菌科多种细菌产生的内酰胺酶不稳定，对这些广谱抗生素产生耐药性。 拟菌属也产生内酰胺酶，对氨苄青霉素和羟氨苄青霉素有耐药性。-内酰胺酶耐药性的发展，1961年氨苄青霉素首次应用时，英国医院分离的大肠杆菌耐药菌株占15 %，近年来，医院内和医院外这些耐药菌株达到40%。 2、今天发生的内酰胺酶粘膜炎白兰球菌比10年前更为常见，最近从各国分离出来的这种耐药菌的比例从38%上升到78%，内酰胺酶的耐药

11、性发展，3，此外，自半合成青霉素出现以来，过去内酰胺酶阴性的部分病原菌中也有内酰胺酶1974年首次在流感嗜血杆菌中发现了产生-内酰胺酶的耐药性菌，5，1976年首次报道了淋球菌中产生内酰胺酶的菌株，最近也出现了粪链球菌和脑膜炎双球菌中也产生内酰胺酶的菌株。-内酰胺酶的作用特点，1，分布： -内酰胺酶广泛分布于革兰氏阳性和阴性菌及放线菌和分枝杆菌。 这些在细菌壁以外和细菌壁内都发挥作用。 2 .存在形式：在革兰氏阳性细菌中，如金丝猴，这种酶分泌到细胞外，即细胞外酶，使菌体细胞上的抗生素失活。 革兰阴性细菌中，内酰胺酶经常存在于细胞的周质内，即细胞内酶中，这里也有青霉素靶向酶，这种情况下，抗生素在

12、周质中广泛失活，细菌壁外的失活微不足道。 有时，产生内酰胺酶的遗传信息存在于染色体中有时存在于质粒中。-内酰胺酶的作用特征，3，转导：质粒的复制可以从一个细菌细胞转导到另一个细菌细胞，这种转导不仅可以发生在同种细菌之间，也可以发生在不同细菌之间或不同属之间。 因此，在不相关的细菌之间，耐药性可能会扩大。-内酰胺酶的分类、Richmond和Sykes分类法(表) :这一分类系统的依据是，该酶对不同的-内酰胺类抗生素的水解速度，第二个是对-内酰胺酶抑制剂的灵敏度，第三个是该酶的产生是通过质粒还是通过染色体由此，内酰胺酶可分为由能够高速水解头孢菌素类的内酰胺酶构成的5种类型3360、richmond

13、sykes内酰胺酶分类法、richmondsykes内酰胺酶分类法、类型3360。 因此，通常称为头孢菌素酶，通过染色体。 其典型酶产自大肠杆菌属、沙雷氏菌属和绿脓杆菌。 类型：的酶由变形杆菌特有的内酰胺酶组成，通过染色体。 这样的酶水解青霉素的速度比水解头孢菌素的速度快，也被称为青霉素酶。Richmond Sykes-内酰胺酶分类法、类型：等酶对青霉素和头孢菌素活性基本相同，它们是通过质粒介导的。 像模型：那样的酶是经典染色体介导的肺炎克雷伯菌所产生的。 类型：的酶通过质粒，与大肠杆菌中的苯并三唑青霉素水解酶(该酶也能水解异恶唑类青霉素)及假孢子有关，能够迅速水解羧苄青霉素的绿脓杆菌酶。、B

14、ush-Jacoby-Medeiros-内酰胺酶分类法，第4节细菌克服-内酰胺抗生素的耐药性对策，一个好的-内酰胺类抗生素，有效抑制粘肽的合成，1 )好的渗透性，1 )好的渗透性2 )对内酰胺使内酰胺酶环不被酶解3 )对靶酶，即青霉素结合蛋白具有高亲和性，抑制PBPs的酶活性，抑制或死亡细菌的生长。 细菌对内酰胺酶类抗生素的耐药性的三个主要机制，一是内酰胺酶抑制剂的研制-内酰胺酶抑制剂的发展，一是早在20世纪40年代中期，抑制内酰胺酶增强青霉素g的效力。 抗内酰胺酶血清应用可能性的研究、可能成为各种内酰胺酶抑制剂的有机化合物的筛选等，抑制内酰胺酶的早期作用。 在这些化合物中，也有显示弱抑制活性

15、的化合物，在临床上没有应用的希望。 由于内酰胺酶抑制剂的发展，随着20世纪60年代半合成青霉素的出现，某些青霉素(如甲氧西林、乙氧青霉素和异恶唑类青霉素)发现了这种酶抑制剂的作用，新引起了对内酰胺酶抑制剂的关注尽管如此，这些药物在临床上的潜在效果是明显的。 内酰胺酶抑制剂的发展，在20世纪70年代初开始从微生物中筛选内酰胺酶抑制剂的研究，给这个研究领域带来了转变期。 橄榄酸的发现：产生含肺炎克雷伯菌和金葡萄糖的-内酰胺酶的病原菌在橄榄酸存在时抑制-内酰胺酶，因此这些病原菌对氨苄青霉素和羟氨苄青霉素敏感，但是，有些其他病原菌的橄榄酸作用小这是因为穿透细菌细胞壁和细胞膜的能力低，在体内代谢快，最终

16、不能用于临床。 (1)内切酶抑制剂的发展，4 )橄榄酸是内切酶抑制剂，但在临床上没有应用价值。 尽管如此，微生物的筛选仍在进行中。 终于在1976年从棒状连锁霉菌的代谢产物中分离出了具有强内酰胺酶抑制作用的化合物，命名为克拉维酸(或棒酸)，没有橄榄酸的缺点。 由于内切酶抑制剂的发展，5，1978年Englikh等人报道了青霉酸及其砜类内切酶抑制剂。 其中青霉素砜(舒巴坦)是优良的内酰胺酶抑制剂。 其本身不具有抗菌活性，但在低浓度下，对、和型酶具有非常强的不可逆抑制作用，与多种内酰胺类抗生素并用产生明显的协同作用，大部分抗生素耐药菌的最低抗菌浓度下降到这些抗生素的敏感范围内。 内酰胺酶抑制剂的发展，5、克拉维酸是首次应用于临床的内酰胺酶