第九章 其他类别的抗生素及细菌耐药性
第一节 安莎类抗生素及细菌耐药性
一、安莎类抗生素的结构特征
? 安莎环类是由一类在化学结构上类似、以一个脂肪链连接
着一个芳香核的两个不相邻碳原子的, 安莎桥, 结构为特
征的抗生素所组成,
? 它又可以根据化学结构中组成芳香核的不同而分为两族。
如芳香核为苯环,则称为苯安莎霉素族 (benzoquinoid),包
括格尔德霉素 (geldanamycin)、柄型菌素 (ansamitocins)
等 ;
? 如芳香核为萘环，则为萘安莎霉素族 (naphthoquinoid)，
包括利福霉素、链伐立星、卤霉素 (halomicin)等 ;
? 康乐霉素是由我国发现的具有免疫抑制活性的安莎类抗生
素。
利福布汀 利福喷汀
O
O
H
3
C
O O H
H
N
O
C H
3
C H
3
C H
3
O H
R
H O
H O C H
3
O H
C H
3
H O
C H
3
S t r e p t o v a r i c i n C
R '
R = C O O C H
3
R ' = O C O C H
3
C H
3
格尔德霉素 柄型霉素
二、利福霉素类抗生素的应用
名称 生物学活性
链伐立星类 抗细菌 (包括革兰氏阳性、阴性菌和分枝杆菌 )；
抗病毒；
抑制逆转录酶
利福霉素类 抗细菌 (包括革兰氏阳性、阴性菌和分枝杆菌 )；
抗病毒；
抑制逆转录酶
康乐霉素 抗革兰氏阳性细菌；
免疫抑制
颗粒霉素 抗革兰氏阳性细菌
卤霉素 抗革兰氏阳性细菌
格尔德霉素 抗原虫；
抑制逆转录酶
萘霉素 抗革兰氏阳性细菌；
维生素 K的拮抗剂
柄型菌素类 抗真菌；
抗原虫；
抗白血病、抗肿瘤
二、利福霉素类抗生素的应用
? 利福平适用于耐药结核杆菌、耐药金黄色葡萄球
菌、链球菌、肺炎双球菌、肠球菌等引起的感染 ;
? 如,肺结核、泌尿生殖系统结核、肺炎、淋巴结核、
肺脓疡、麻风病等 ;
? 其与异烟肼、乙胺丁醇合用有协同作用，可延缓
耐药性的产生。
二、利福霉素类抗生素的应用
? 利福布汀在体外对幽门螺杆菌（ Helicobater pylori）的
抑制浓度非常低 ;
? 幽门螺杆菌是一种重要的人体致病菌，估计它能够感染
50%左右的人群。受其感染后会引发很多胃肠道疾病如：
胃炎、胃溃疡和胃癌等，且这种细菌一旦在胃黏膜生存，
则受感染的病人将会终生携带，除非服药治疗 ;
? 当临床上使用其它一些抗菌药物治疗这种感染失败时，往
往采用利福布汀、阿莫西林和质子泵抑制剂三联治疗方案
能够有效地控制这种感染，且不管这些细菌对其它抗菌药
物是否产生耐药性。
二、利福霉素类抗生素的应用
? 利福定口服后经胃肠道迅速吸收,各组织分布以肝
脏和胆汁为最高,人体血浓度在服药 2～ 4h达到高
峰 ;
? 因其副作用较小,对结核分枝杆菌有很强抑菌或杀
菌作用,故主要用于耐药结核分枝杆菌感染 ;
? 在治疗结核病时,应与其它抗结核药物合并使用,
以防止耐药菌之产生并增强疗效。
二、利福霉素类抗生素的应用
? 利福喷汀与利福平、利福定之间有交叉耐
药作用,但它对其它类型的抗结核药的耐药
菌株仍有效 ;
? 临床上它可用于结核病、麻风病、急性肺
部感染、化脓性皮肤病、沙眼病等治疗。
三,细菌对利福霉素类抗生素的产生
耐药性的作用机制
? 利福霉素类抗生素的作用机制是通过抑制
RNA聚合酶的活性，来干扰细菌 DNA的正常
转录，从而达到抗菌的目的 ;
? 对 M.smegmatis蛋白的体内外研究表明，利
福平通过对 RNA聚合酶全酶的交互作用来干
扰转录的开始。
三,细菌对利福霉素类抗生素的产生
耐药性的作用机制
? 编码分支结核杆菌和麻风分枝杆菌
（ M.leprae） RNA聚合酶亚基 α, β, β,
和 σ 的基因分别为 rpoA,rpoB,rpoC和
rpoD。最近的研究表明，编码 σ 的基因
rpoD发生突变，影响对启动子的识别 。
三,细菌对利福霉素类抗生素的产生
耐药性的作用机制
? 细菌对利福平和利福布汀产生耐药性的主要原因
是由于依赖于 DNA的 RNA多聚酶（ RpoB） β -亚基的
氨基酸发生变异 ;
? 大肠埃希菌 rpoB 基因密码子中的第 146,507-533、
563-572和 687位，或结核分支杆菌密码子的 507-
533（基因簇区域）位发生变异能够诱导生产细菌
耐药性 ;
? 从对利福平耐药的细菌的研究发现，其 96%的细菌
的 rpoB 基因发生了变异。其中有 40%左右的细菌
是由于 RpoB 密码子 531位的丝氨酸变为亮氨酸所
致；有 3%左右的细菌是由于 526位的组氨酸变为精
氨酸所致。
四、利福霉素对逆转肿瘤细胞抗性的作用
? 利福平能够抑制多药抗性蛋白（ MRP）的外排机制，
积累 calcein，一种 MRP的荧光颜料底物，在 MRP－
过量表达的 CGC4/ADR细胞内的量 ;
? 另外，利福平能够增强长春新碱，同样为 MRP底物
的抗癌药物在这种肿瘤细胞内的积累量。但在 MRP
非过量表达的细胞中，利福平没有这样的作用，
说明这种抗结核杆菌的药物具有特异性的逆转外
排机制的功能 ;
? 除利福平外，利福霉素 SV和 B具有同样的作用，说
明安莎类的结构特征具有抗外排机制的特异性 。
第二节
其他类别的抑制细菌细胞壁合成的抗生素
其他类别的抑制细菌
细胞壁合成的抗生素
? β -内酰胺类抗生素和糖肽类抗生素是临床
上非常重要的抗细菌抗生素,其作用机制是
抑制细菌细胞壁的合成 ;
? 除此之外,像磷霉素、杆菌肽和环丝氨酸等
也是作用于细菌细胞壁合成的抗生素,但尽
管如此,其作用位点和机制是不尽相同的,
图所示为这些抗生素的作用位点。
N A C
磷 酸 烯 醇 丙 酮 酸
磷 霉 素
N A M A
氨 基 酸
N A M A - 五 肽
2 分 子 D - 丙 酮 酸
N A M A - 五 肽
脂 质 （ 细 胞 膜 ）
N A G
N A G - N A M A - 五 肽 - 磷 酸 脂
氨 基 酸 （ 形 成 肽 间 桥 ）
杆 菌 肽
万 古 霉 素
磷 脂
至 细 胞 壁
粘 肽 束 交 叉 连 接
β 内 酰 氨 类 抗 生 素
N A G = N - a c e t y l - a m i n o g l u c o s e,N - 乙 酰 氨 基 葡 萄 糖
N A M A = N - a c e t y l - m u r a m i c a c i d,N - 乙 酰 胞 壁 酸
环 丝 氨 酸
细菌细胞
壁合成及
抗生素作
用位点示
意图
一、磷霉素 ------来源
? 磷霉素是由西班牙 CEPA公司的 Hendin等从费氏链
霉菌 (Streptomyces fradia)发酵液中分离得到的
一种分子量较小的 (MW=138.06)广谱抗生素 ;
? 其它链霉菌如绿色产色链霉菌 (Streptomyces
uiridochromogenes)和威德摩尔链霉菌
(Streptomyces wedmorems)等也能产生该物质 ;
? 1969年美国默克公司 Christensen等首先作了结构
测定并合成了该化合物 ;由于该化合物的合成工艺
比较简单,故很快代替了发酵法用于生产 ;
? 该产品于 1975年开始投入生产并应用于临床。
一、磷霉素 ----作用机制
? 磷霉素的作用部位目前尚有争议,可能与磷
酸烯醇丙酮酸竞争 UDP(uridine
diphosphate)-NAG(二磷酸尿喧啶核苷 -N-
乙酰葡糖胺 )转移酶,抑制了粘肽合成的第
一步,使 UDP-NAG不能转化为 UDP-NAMA;
? 由于磷霉素与 UDP-NAG转移酶的亲和力较小，
故必须使用高浓度的磷霉素才能起抑制作
用。
磷酸烯醇式丙酮酸与磷霉素的化学结构
一、磷霉素 ------抗菌活性
? 磷霉素的抗菌谱很广，对大多数革兰氏阳性菌和
阴性菌有作用，为一种杀菌剂 ;
? 与一些常用的已知抗生素不产生交叉耐药性，且
有协同作用 ;
? 磷霉素的毒性低，易通过血脑屏障进入脑脊液，
对耐药性金葡菌、大肠埃希氏菌、变形杆菌、铜
绿假单孢菌、沙门氏菌等引起的感染均有效,可用
于严重的全身性感染如败血症、脑膜炎、肺炎及
二、杆菌肽 ------来源
? 杆菌肽最早是由 Johnson等于 1943年从一个
受伤的 7岁的小女孩,Margaret Tracy，身
上分离的菌株的培养物中发现的，故其名
称为 Bacitracin(融合有病孩的名字 )，目
前的生产菌株为枯草芽孢杆菌 (Bacilus
Subtilis)。
二、杆菌肽 -----结构特征
? 杆菌肽发酵产物中的主要成分为杆菌肽 A，其也是生物活
性最强的组分 ;
? 目前使用的杆菌肽的生物效价 (游离碱 )为 70～ 74Iμ/mg。
杆菌肽的另一个特性是其水溶液通过加适当的二价金属离
子，能使杆菌肽与之结合而被析出，而二价离子对杆菌肽
发挥抗菌作用是必需的 ;
? 研究表明最具活性的离子是 Cd2+,Mn2+和 Zn2+，而杆菌肽
分子中的二氢噻唑环和组氨酸残基的咪唑环中 3位氮为二
价金属离子的结合部位。因为杆菌肽锌盐最为稳定，故目
前应用的杆菌肽盐为其锌盐，锌的含量为 4～ 6%。
杆菌肽 A的化学结构
O
N
S
H
2
N
C H
3
H
3
C
L e u
D - G l u
I l e
D - P h e
H i s
D - O r n L y s – ? I l e
D - A s p
?
A s n
B a c i t r a c i n A
杆菌肽的作用机制是阻止细胞膜上脂质体的再生，
因而导致 UDP-NAMA-五肽在细胞浆内堆积,从而影响
细胞壁粘肽的合成。
U M P
P a r k
核 苷
多 异 戊 烯 - P
P
杆 菌 肽 的 作 用
多 异 戊 烯 - P - P
粘 肽 合 成
N - 乙 酰 胞 壁 酰 - P - P - 多 异 戊 烯
五 肽
三、环丝氨酸和邻甲氨酰 -D-丝氨酸
?
? D-环丝氨酸和邻甲氨酰 -D-丝氨酸的结构与
D-丙氨酸相似，可干扰丙氨酸消旋酶的作
用,使 L-丙氨酸不能变成 D-丙氨酸，并可阻
断两分子 D-丙氨酸连接时所需 D-丙氨酸合
成酶的作用。
D-
环丝
氨酸、
邻甲
氨酰
-D-
丝氨
酸的
化学
结构
式及
其作
用部
位
四、多黏菌素
? 多黏菌素为一组环肽类抗生素，由
Bacillus polymyxa产生 ;
? 目前已经分离得到了多黏菌素 A,B1,B2、
C,D1,D2,E,F,K,M,P,S 和 T等
物质（其中一些化合物的结构如图所示）。
一些多黏菌素类化合物的化学结构
? - N H
2
? - N H
2
L - D A B T h r L - D A B
L - D A B
L - D A B
D - L e u L e u
T h r L - D A B
N H
2
L - D A B
? ?
D A B = ?,? - d i a m i n o b u t y r i c a c i d
C o l i s t i n A
P o l y m y x i n E
2
R = ( + ) - 6 - m e t h y l o c t a n o y l
R = 6 - m e t h y l h e p t a n o y l
? - N H
2
? - N H
2
R
一些多黏菌素类化合物的化学结构
Z
? - N H
2
D A B T h r
D A B
D A B
? - N H
2
T h r
? - N H
2
D A B
N H
2
D A B
? ?
D A B = L - ?,? - d i a m i n o b u t y r i c a c i d
P o l y m y x i n R = ( + ) - 6 - m e t h y l o c t a n o y l X = P h e Y = L e u Z = D A B
R = 6 - m e t h y l h e p t a n o y l X = P h e Y = L e u Z = D A B
R = ( + ) - 6 - m e t h y l o c t a n o y l X = L e u Y = T h r Z =
D - S e r
R = 6 - m e t h y l h e p t a n o y l X = L e u Y = T h r Z =
D - S e r
R
D - X Y
B
1
B
2
D
1
D
2
第三节
其他类别的抑制细菌蛋白质合成的抗生素
一、四环类抗生素
－－－－结构特性
品名 分子结构
中文名 英文名 R2 R5 R6 R6’ R7
金霉素 chlortetracycline H H OH - CH3 Cl
土霉素 oxytetracycline H OH OH - CH3 H
四环素 tetracycline H H OH - CH3 H
地美环素（去甲金霉素） demeclocycline H H OH H Cl
美他霉素（甲氧土霉素） methacycline H OH =CH2 H
多西环素（去氧土霉素） deoxycyline H OH H - CH3 H
米诺环素（二甲胺四环素） minocycline H H H H N(CH3) 2
罗利环素（氢吡四环素） rolitetracycline 吡咯烷甲基 H OH - CH3 H
一、四环类抗生素
－－－－抗菌特性
? 四环类抗生素为广谱抗生素,对多种革兰氏阳性球
菌、杆菌，革兰阴性球菌、肠杆菌、布鲁菌、霍
乱弧菌等都有抗菌作用；
? 对螺旋体,立克次体和一些原虫以及大型病毒也有
作用；
? 四环素抗菌作用的主要机制是阻断多肽链的延长。
一、四环类抗生素
－－－－耐药机制
? 最频繁地发生的革兰阴性细菌对四环素类抗生素
耐药是由 Tet阻遏物识别作用所触发的；
? 其引起阻遏物 -操作子 DNA复合物的缔合作用,使耐
药蛋白质 TetA能够得以表达,TetA负责四环素的活
性外排；
? Tet阻遏物与四环素 -镁复合的二聚体的 2.5A分辨
度的结晶结构揭示着详细的药物识别作用。
四环素与 TetRD之间相互作用
一、四环类抗生素
－－－－抗耐药菌结构类似物
? 根据细菌对四环素产生耐药性的作用机制，通过
对四环素结构的化学修饰，已经得到了一些具有
外排蛋白抑制剂功能的结构类似物；
? 13-[（ 3-氯丙基）硫 ]-5-羟基 -α -6-脱氧四环素
等第三代四环类是很好的外排蛋白抑制剂：它与
四环素合并使用对许多四环素耐药细菌具有协同
作用，如对具有 A组或 B组 Tet蛋白的大肠埃希氏杆
菌、具有 K组蛋白的金黄色葡萄球菌和具有 L组蛋
白的粪肠球菌等都具有很好的协同作用。
13-[（ 3-氯丙基）硫 ]-5-羟基 -α -6-脱氧四环素的化学结构
甘氨酰四环素
? Tigecycline，又称 tigicycline，即 GAR-936，中
文名：替加环素。是 Wyeth Pharms (Wyeth-
Ayerst)公司开发的第三代四环素 —甘氨酰四环素，
为 9-(N-叔丁基甘氨酰 )胺基米诺环素,2005年 6月
5日已获美国 FDA按 P类 (比上市品种具有明显的改
善 )加快审查批准 (N021821)，商品名 Tygacil；
? 适应症为复杂的皮肤或皮肤结构感染 (cSSSI)与内
腹腔感染 (cIAI)。
甘氨酰四环素
? 研究表明,tigecycline具有强效的离体抗菌活性，
可抑制广泛的致病菌，包括对早期四环素有耐受
性的细菌；
? 在体内的保护作用，尤其是抗四环素耐受菌作用，
与其离体活性一致,如，对临床分离的 37种万古
霉素耐受的肠球菌,26种甲氧西林耐受的金色链
霉菌和 30种高水平的青霉素耐受的肺炎链霉菌的
抑制浓度分别在 1,2或 0.25?g/mL,2?g/mL的
tigecycline与 0.25?g/mL的奎宁始霉素无相互作
用。
甘氨酰四环素
? 发现甘氨酰四环类衍生物不仅对四环类敏感菌有效，且对
含有核糖体修饰因子 tetM和 tetO耐药菌和外排蛋白 tetA-E、
tetL和 tetK耐药菌有效，即具有广谱抗耐药菌的优良特性；
? 这些 9位甘氨酰氨基取代的衍生物来源于二甲胺四环素、
强力霉素（脱氧四环素）和脱甲氧四环素；
? 它们对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有效，且对二甲胺
四环素、万古霉素和 β -内酰胺抗生素耐药的耐药菌也有
效。
甘氨酰四环素
? 其中万古霉素广泛用于治疗所选的格兰氏阳性菌
感染，奎宁始霉素与利奈唑烷 /胺 (linezolid)则
是 FDA近年批准的用于治疗严重的万古霉素耐受菌
感染，但近期也发现了二者耐药菌；
? 青霉素耐受的肺炎菌是特征的多药耐菌，常表现
为对大环内酯类、头孢类、甲氧苄氨嘧啶 /磺胺恶
唑，及其它抗菌药的敏感性减小；对喹诺酮类的
抗药性近来也增加。因此,tigecycline可能像
linezolid应用于解决日益紧迫的抗药性问题。
二、氯霉素
————来源
? 氯霉素是在美国于 1947年从委瑞内拉链霉菌
(Streptomyces venezuelae)的培养物中分离得到
的第一个广谱抗生素；
? 由于其化学结构比较简单，故于 1949年使用化学
合成法制备获得成功；
? 以后各国相继发表了各种合成工艺，并很快应用
于生产而代替发酵法。
二、氯霉素
———结构特征
? 从氯霉素的化学结构可知，其有 2个手性碳原子,
因而有 4种旋光异构体，其中仅是 D(一 )苏阿糖型
的有抗菌活性，为临床使用的氯霉素；
? 临床所用的合霉素 (syntomycin)是氯霉素的外消
旋体，疗效为氯霉素的一半；
? 目前临床应用的一些氯霉素结构类似物有,甲砜霉
素 (thiamphenicol)、甲砜霉素甘氨酸酯、无味氯
霉素即氯霉素棕榈酸酯 (chloramphenicol
palmitate)、琥珀氯霉素 (chloramphenicol
succinate)、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。
二、氯霉素
———结构特征
二、氯霉素
———抗菌特性
? 在临床上,氯霉素类药物主要用于由革兰氏阳性菌
引起的感染,但对革兰阴性菌和铜绿假单胞菌也有
效；
? 氯霉素对大多数厌氧菌、立克次氏体、衣原体和
支原体具有活性；
? 特别是由于氯霉素对治疗立克次氏体病和复发型
流行性斑疹伤寒等具有特殊疗效而一直具有相当
的生命力。
二、氯霉素
———不良反应
? 尽管氯霉素在极低的浓度下表现出广谱抗菌的特
性,但由于其在临床上表现有灰婴综合症和再生障
碍贫血的毒性作用,使其使用的剂量、周期、范围
等受到限制,在一般情况下都不考虑使用或尽可能
少的使用；
? 由氯霉素产生的再生障碍贫血的毒性作用一种是
依赖于所用的剂量,另一种则与所用剂量无关且是
不可逆的。后一种往往是致死性的,其发病常常是
延缓出现,且其发病原因尚不清楚。这种危险性不
超过二万分之一。
二、氯霉素
———耐药机制
? 细菌对氯霉素产生耐药性的主要作用机制是细菌产生的 O-
酰化酶将氯霉素分子中的游离羟基乙酰化所致；
? 氯霉素酰化酶（ chloramphenicol acetyltrasterase,
CAT）基因广泛地存在于革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细
菌中；
? 所有的 CAT多肽的分子量为 24-26kDa且通常为同型三聚体
α3 和 β3,但有两个 CAT突变体为异型四聚体 α2β3 和
αβ2 ；
? 氯霉素耐药细菌往往含有一个以上的 cat基因。
二、氯霉素
———耐药机制
? 钝化酶分子中的 195-组氨酸中 Nε2 将氯霉素分子
中 C-3醇羟基的质子去除，氯霉素的氧反应结果去
攻击酰基 -CoA中酰基的羰基碳；
? 由此产生的氯霉素四面体中间体与 148-丝氨酸共
享一个氢原子，其两个氧原子间的距离推测为
2.4A；
? 这种短暂的四面体结构最终生成 3-O-酰基氯霉素
和 HS-CoA，同时生成 195-组氨酸以催化下一轮酰
化反应。
二、氯霉素
———耐药机制
二、氯霉素
———耐药机制
三、甾类抗生素
－－－结构特征
? 甾类抗生素是指具有羧链孢烷骨架的羧链孢酸类
化合物和其它一些甾体衍生物；
? 从其化学结构上看,大致可分为四种类型,即 1）羧
链孢酸类（ fusidic acid）,
? 2）多孔蕈酸类（ polyporenic acid）；
? 3）绿毛菌素类 (uiridin)；
? 4）抗生素 A-25822(antibiotic A-25822)。
三、甾类抗生素
－－－ 羧链孢酸的 结构特征
三、甾类抗生素
－－－抗菌特性
? 对革兰氏阳性菌和分枝杆菌有较强的抗菌
作用,对青霉素敏感菌和耐药菌也有较强的
抑菌作用；
? 临床上作为有价值的二线药物,用于治疗青
霉素耐药的金黄色葡萄球菌的感染等；
? 它和青霉素、四环素等其它抗生素还有协
同作用。
三、甾类抗生素
－－－作用机制
? 其作用机制是对氨基酸转移酶有选择性抑
制作用,从而阻断细菌蛋白质的合成；
? 实验证明,羧链孢酸是延长作用因子 EF-
G(原核细胞 )或 EF-Z(真核细胞 )的选择性抑
制剂,因而它抑制氨基酸在核糖体上从氨乙
酰基 -tRNA转化成蛋白质。
羧链孢酸及阻断延长因子 G蛋白的功能
四、嘌呤霉素
?
? 嘌呤霉素是由白黑链霉菌 (Streptomyces
alboniger)产生的 3’-脱氧嘌呤核苷抗生素。在结
构上它与氨酰 -tRNA的 3’-末端相似。
? 嘌呤霉素是革兰氏阳性细菌的强烈抑制剂,它是肽
合成的一种有效抑制剂,所以对高等动物的毒性也
颇大,没有临床应用价值,但它是生物化学和分子
生物学研究领域的优秀的不可替代的研究工具,它
已被广泛应用于哺乳动物和细菌无细胞核糖体和
非核糖体系统中蛋白质生物合成机理的研究。
四、嘌呤霉素
? 嘌呤霉素的主要生物化学特性是,嘌呤霉素通过催
化不完全肽链从肽酰 -tRNA一信使核糖体复合物上
释放出来,而起着不依赖密码子的氨酰 -tRNA的作
用,并和核糖体的肽酰 -tRNA位上新生多肽反应,起
着阻抑蛋白质合成的作用。
? 即它能和结合在 P位的肽酰 -tRNA反应,生成肽酰嘌
呤霉素复合体,并从核蛋白体上游离。
嘌呤霉素 氨酰 -tRNA的 3’-末端
五,Mupirocin
? Mupirocin为异亮氨酸的结构类似物，其作用机制
为通过抑制异亮氨酰 RNA合成酶，阻止异亮氨酰掺
入到正在合成的肽链中去；
? 尽管该药物对人体没有太大的毒性，但由于进入
人体内的药物被快速地代谢为无活性的形式，因
此，临床上以外用制剂形式用于治疗皮肤感染，
而难以治疗系统性感染疾病。
Mupirocin的化学结构
第四节 有关化学合成类抗细菌药物
的作用机制及细菌耐药性
一、磺胺类药物的作用机制及细菌耐药性
? 发现,
? 20世纪初，人类已发明和拥有了一些疗效显著的
化学药物，可以治愈原虫病和螺旋体病，但对细
菌性感染则束手无策，为此，人们试图研制一种
新药以征服严重威胁人类健康的病原菌；
? 这一难关终于在 1932年被 32岁的德国药物学家、
病理学家、细菌学家格哈德 ·多马克 (G,Domagk)
所攻破。
G.Domagk,de origen alemán,descubre la sulfamida,Publica el
artículo,Contribución a la quimioterapia de las infecciones bacterianas”
donde explicaba como un producto,especie de derivado del azufre,
contenía extraordinarias propiedades bactericidas,las sulfamidas
百浪多息－－第一种磺胺药物
? 多马克及其合作者经过千百次试验，发现了一种在试管内
并无抑菌作用的、名为, 百浪多息, （ prontosil）的桔
红色化合物 ——4－氨磺酰－ 2′, 4′ －二胺偶氮苯的盐
酸盐，对感染链球菌的小白鼠疗效极佳，且毒性很小；
? 多马克对已感染上了链球菌的自己的小女儿作人体实验，
服用了, 百浪多息,,挽救了她的生命；
? 第一种磺胺药物, 百浪多息, 的发现和临床应用的巨大成
功，使得现代医学进入化学医疗的新时代，人们更有信心
解决传染病的治疗问题；
? 1939年，多马克获得了诺贝尔生理学和医学奖。
（一）磺胺类药物的作用机制
?,百浪多息” 应用于临床后不久，法国巴
斯德研究所的特雷富埃 (Trefouel)夫妇及其
同事揭开了“百浪多息”在活体中发生作
用之谜；
? 他们认为“百浪多息”在体内可转化为具
有制菌活性的磺胺 —ρ-氨基苯磺酰胺 (简称
磺胺,SN)。
N
N H 2
N N S O 2 N H 2H 2
S O 2N HR 2 _ N H _ R
1
百浪多息的化学结构
磺胺结构通式
（一）磺胺类药物的作用机制
? 1940年,Wood和 Fildes研究了磺胺的作用机制，并
阐明由于它的分子结构、电荷分布与细菌生长所
需要的对氨基苯甲酸（ PABA,para-amino
benzoic acid）高度相似，因而两者发生了竞争
性拮抗作用；
? 之后，美国的 Lederle实验室的学者发现 PABA是
叶酸的一个组分，磺胺能与 PABA互相竞争二氢蝶
酸合成酶，从而妨碍叶酸合成。
（一）磺胺类药物的作用机制
? 四氢叶酸 (tetrahydrofolic acid,THFA,CoF)是
一个传递一碳单位的辅酶，而一碳单位与氨基酸
代谢密切相关，还参与嘌呤和嘧啶的生物合成及
S-腺苷甲硫氨酸的生物合成，其在生命代谢中是
必不可少的；
? 很多细菌不能利用叶酸作为前体，需要外源的
PABA合成四氢叶酸，如细菌缺乏四氢叶酸，影响
核酸合成，则使细菌生长繁殖受到抑制，再利用
机体各类防御机能就可克服细菌感染。
C
N
HH
O O
-
0
.
2 3
n m 0
.
2 4
n mO
H
N
H
N
S
O
H
H
0
.
6 7
n m
0
.
6 9
n m
PABA 磺胺
叶酸
四氢叶酸的合成过程及磺胺类药物的作用位点
磺胺类药物的作用机制
? 1）磺胺是 PABA（正常底物）的结构类似物，可作为竞争
性抑制剂与二氢蝶酸合成酶结合，阻断了叶酸的合成；
? 2）二氢蝶酸合成酶将磺胺作为底物形成一种稳定的磺胺
－二氢蝶啶类似物，这会使得细胞内二氢蝶啶酰焦磷酸的
含量减少，由此降低了二氢叶酸合成酶的反应速率，导致
细胞中四氢叶酸浓度降低。这样就使那些能利用二氢蝶啶
和 PABA的细菌无法合成足够的叶酸，于是生长受到抑制；
? 抗菌增效剂甲氧苄胺嘧啶能抑制二氢叶酸还原酶的活性，
使二氢叶酸无法还原为四氢叶酸，因而也阻碍了叶酸的代
谢和利用。
磺胺类药物的作用机制
? 人类因为没有二氢蝶酸合成酶、二氢叶酸合成酶
及二氢叶酸还原酶，故不能利用外界提供的 PABA
自行合成四氢叶酸，亦即必须在营养物中直接提
供此类物质，因而对二氢蝶酸合成酶的抑制剂 —
磺胺药不敏感，对二氢叶酸还原酶抑制剂 —TMP也
不敏感；
? 这就是为什么磺胺类药物具有选择性毒力。
（二）细菌对磺胺类药物产生耐药性的作用机制
1、二氢蝶酸合成酶发生变异的耐药机制
? 1）染色体介导的磺胺抗性
? （ 1）点突变
? 从抗性大肠埃希菌菌株中分离到突变的染色体
dhps基因，与野生型比较仅有一对碱基的差异，
即 Phe28→Ile 即引起了对磺胺的抗性；
? 而在金黄色葡萄球菌中对磺胺抗性的突变涉及到
14个位点的突变。
1）染色体介导的磺胺抗性
（ 1）点突变
? Maskell等对肺炎双球菌磺胺抗性株的研究
表明编码 DHPS的染色体基因 sulA上有 3~6个
碱基的重复，即在 Arg58→Tyr63 间有一、
二个氨基酸的重复；
? 还有研究表明此类菌对 TMP-SMZ抗性是由于
Arg58,Pro59的重复以及 Gly60,Ser61间
插入了一个 Arg。
1）染色体介导的磺胺抗性
（ 2）基因重组
? 在脑膜炎奈瑟氏菌中，已发现磺胺抗性与染色体
突变有关；
? 多数临床分离的磺胺抗性株与敏感株比较，约有
10%的差异，但它们 DHPS的 C-端,N-端以及中心的
424对碱基是相同的，可以认为抗性株的这种差异
是由于水平基因转移 (horizontal gene transfer)
或同源重组 (homologous recombination) 及非同
源重组（ illegitimate recombination）造成的，
而并非点突变的结果。
1）染色体介导的磺胺抗性
（ 2）基因重组
? 同源重组使得受体菌 dhps基因邻近的限制性位点
与供体菌相应位点发生了大段 DNA交换；
? 非同源重组导致了供体 dhps基因整合到供体菌中，
造成 dhps基因重复；
? 对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个核苷酸，从而使酶多
了两个氨基酸，若用点突变的方法去除这两个氨
基酸，则菌株对磺胺敏感。
1）染色体介导的磺胺抗性
（ 2）基因重组
? Swedberg等研究人员将酿脓链球菌磺胺抗
性株的染色体 DHPS克隆测序，与敏感株相
比有 30个氨基酸（占 11.3%）发生了变化，
他们也得出同样的结论，这种获得性耐药
并非点突变累积的结果，可能是由于某种
重组机制造成的。
2） 质粒介导的磺胺抗性
? 已有研究表明革兰氏阴性肠细菌中出现的临床磺胺抗性多
为质粒介导，这是由于 DHPS靶酶抗性突变体的存在所致,
R－细菌可从 R＋细菌中获得这种抗性基因；
? 已分离出编码 DHPS的两种质粒基因,sulⅠ 和 sulⅡ,这
两种基因有 57%氨基酸相同；
? 发现 sulⅠ 基因与其他抗性基因相连定位于 Tn21家族的转
座子上,sulⅡ 基因通常位于属于 IncQ家族 (RSF1010)的小
质粒中或 pBP1质粒中；
2） 质粒介导的磺胺抗性
? 在偶发分支杆菌（ Mycobacterium fortuitum）中
还发现了 sul Ⅲ 基因，实际上它是因 sulⅠ 基因的
缺失而形成的突变体；
? 由质粒编码的 DHPS较染色体编码的酶分子量低，
对热不稳定，虽然两者结合底物 PABA的能力相同，
但质粒编码的酶结合磺胺的能力较染色体酶低
10,000倍，由此导致了抗性的形成。
2、二氢叶酸还原酶发生变异的耐药机制
1）染色体介导的 TMP抗性
? （ 1）抗性基因插入,
? 有报道从 11株肺炎双球菌 TMP抗性株（ MIC64~512μg/ml ）
中分离得到的 DHFR基因，再经 PCR扩增测序，发现有两种
主要的突变类型，这两种类型中有 6处发生了同样的变化，
分别是 Glu20→Asp,Pro70→Ser,Gln81→His,
Asp92→Ala,Ile100→Leu,Leu135→Phe ；
? 点突变试验表明 Ile100→Leu 的突变导致 TMP的 ID50
（ 50%inhibitory doses,50%抑制剂量）增加 50倍。抗性
株核苷酸顺序上这些高度保守的位点被认为是基因编码的
抗性 DHFR在种内、种间转化重组的结果。
1）抗性基因插入,
? 另有研究表明在高水平 TMP抗性肠杆菌中，
普遍存在着由转座子 Tn7介导的 Ⅰ 型 DHFR，
Tn7可定位于染色体中，使染色体 DHFR过量
合成，如大肠埃希菌 T118菌株酶活提高了
80倍，对 TMP的抗性达 1000mg/L 。
（ 2） TMP作用靶酶的染色体基因突变,
? 在核糖体结合区，发现有 7个碱基发生了变化，其中
的两个碱基造成了与核糖体 16S RNA 3′ -末端的 5个
碱基的互补；
? 在启动子的 -10区和启动密码子之间 +9位插入了一个
腺嘌呤。这种遗传上的改变使得转录和翻译更加有
效，增加了 mRNA的表达。所有这些突变都使得菌株
可以生存于含有抗叶酸药物的环境中；
? 可以得出结论,16srRNA 3′ -端翻译控制区的同源
性以及蛋白质起始密码子与 mRNA核糖体结合位点的
距离都会影响翻译过程，高表达的基因在翻译过程
中通常使用含量丰富的 tRNA。
（ 2） TMP作用靶酶的染色体基因突变,
? 还发现在结构基因中 Glu69→Lys,Asp77→Asn 。
因此，可以认为靶酶结构的变化及过量的产生可
提高 TMP抗性；
? 将流感杆菌抗性株及敏感株的 DHFR纯化，并进行
生化方面的研究，结果表明两株菌催化二氢叶酸
和 NADPH的 Km值相近，敏感菌的 IC50（抑制
50%DHFR的活性所需的 TMP浓度）为 1nM，而抗性株
的 IC50为 300nM；
? 所以抗性株的 DHFR突变降低了靶酶对 TMP的亲和性。
（ 2） TMP作用靶酶的染色体基因突变,
? 酶性质的改变可以是磺胺类耐药的主要原
因，通过遗传分析进一步表明，一个基因
的不同突变可使同一种酶产生几种改变形
式，即按各种不同的方式改变酶的性质。
2）质粒介导的 TMP抗性
----（ 1）质粒介导的 DHFR的多种类型
? DHFRⅠ 型有两种不同的亚型,DHFRⅠa 由 13.6kb转
座子 Tn7介导，它同时还具有链霉素抗性，为二聚
体蛋白 ;
? DHFRⅠb 由 3kb转座子 Tn4132介导，仅具有 TMP抗性，
为单体蛋白 ;
? 这两种酶均对热不稳定,DHFR的 IC50较接近，
DHFRⅠ 型引起的 TMP抗性普遍存在于门诊及住院病
人中。
（ 1）质粒介导的 DHFR的多种类型
? DHFRⅡ 有三种不同的亚型，都为四聚体（亚单位
8.3-8.5kDa） ;
? Ⅱ 型酶对热稳定，且对 TMP有高水平抗性,IC50较
大肠埃希菌染色体 DHFR高 106倍（ IC50>1mM） ;
? Ⅱ 型酶的多肽链仅有 78个氨基酸 ;
? DHFRⅠa 较 DHFRⅡ 更为普遍，两种类型可同时存在。
（ 1）质粒介导的 DHFR的多种类型
? 在鼠伤寒沙门氏菌中分离到 Ⅲ 型 DHFR，此菌在动物中流行，
偶而感染人体 ;
? DHFRⅢ 型为单体蛋白，分子量为 16.9kDa,对 TMP相对敏感 ;
? DHFRⅣ 型是质粒介导的分子量最大的酶（ 46.7kDa），此
酶对 TMP抗性不强，但经 TMP诱导后，酶活是染色体酶的
600倍。在斯里兰卡分离到的 TMP抗性株中 DHFRⅤ 型占优势，
IC50较染色体酶高 1000倍 ;
? 在引起小猪腹泻的大肠埃希菌菌株中首先发现了 dhfrⅨ 基
因，它位于三个不同的结合质粒中 (pCJO01,pCJO02,
pCJO03 )，在 TMP选择压力下，形成了抗性传播的有效载
体,dhfrⅨ 基因介导的对药物的抗性水平为 250mg/L。
（ 2）水平基因转移产生的抗性
? 病原菌中 TMP抗性基因的出现很可能是因为与某种
微生物发生了水平基因交换 ;
? 细菌染色体 DHFRs具有多样性，其中也包括低水平
的抗 TMP基因 ;
? 运用包括特异性位点重组等复杂的转运机制使细
菌获得了抗性基因 ;
? 其实，这种复杂的机制同样已在其他一些过程中
出现，如噬菌体的溶源现象，表面抗原变异，环
状染色体的单体化等。
（ 3） DNA 序列组件 (cassette)介导的抗性
? dhfrⅠ 基因定位于一个可转移单位上，称作 DNA组件,因为
它的可移动性，能在不同的整合子（ integron）间进行交
换，因此整合子可作为抗性基因的载体，导致革兰氏阴性
菌中 DHFR基因广泛传播 ;
? 在微生物细胞中，整合子是控制着附属基因 （ accessory
genes）的重组系统，它由两个保守区和一个可变区组成，
可变区包括一个或多个插入 DNA组件，相邻基因编码了重
组酶 ;
? 这种组件与 GTTPuPu(Pu为嘌呤 )相接作为同源交换区。很
多遗传过程中都观察到因转座子的移动携带了整合子，如
Tn5090和 Tn7。
（ 3） DNA 序列组件 (cassette)介导的抗性
? 用整合子的整合酶基因作为探针，通过 PCR技术，
研究整合子中 DNA组件的组成 ;
? 现已发现有 9个不同类型的 TMP抗性 DNA组件，这在
整合子中观察到的全部抗性组件中占了绝大多数 ;
? 这种组件介导的 TMP抗性似乎比非 DNA组件介导的
抗性更为普遍。 DHFR家族 1中所有成员都位于 DNA
组件中，家族 2亦是如此 ;
? dhfrⅫ 基因也在组件中被发现，而 dhfrⅩ 基因例
外，它位于质粒 pDGO100的整合子中。
(4) 非 DNA组件介导的 TMP抗性
? 广宿主范围的小质粒是普遍存在的，往往携带有
磺胺和氨基糖类抗生素的抗性基因。在 TMP抗性基
因中仅发现 dhfrⅢ 基因紧密结合于质粒 pAZ1中的
基因簇中。
? IS26属于插入序列家族中的一员，推测可因共整
合而移动。 已知 Tn5091是唯一与 IS26相连的元件
（ element）,其上包含有 TMP抗性基因
（ dhfrⅧ ）。在几个不同的分离株中都发现了这
种抗性基因，可以认为这是经元件传播的。
3、其它抗性机制
? 1）代谢途径改变。由于基因突变，使得这
类菌不能使脱氧鸟苷酸甲基化成胸腺嘧啶
核苷酸，而需要外源的胸苷。这种突变的
结果使得细胞不再需要 DHFR合成四氢叶酸，
所以不受 TMP的抑制 ;
? 2）早年对金黄色葡萄球菌的研究发现抗性
株能过量产生 PABA。
3、其它抗性机制
? 3）大肠埃希菌中还存在有对磺胺药物的主动转运
机制。从大肠埃希菌磺胺抗性株中分离出一种 sur
基因，其编码的产物类似于反转蛋白，它依赖质
子偶联交换产生的质子驱动力将药物外排 ;
? 4） TMP的不渗透性。在肺炎克氏杆菌、粘质沙雷
氏菌及肠杆菌中已发现由于外膜蛋白的改变产生
了包括 TMP 在内的多药抗性。
3、其它抗性机制
? 5） 固有耐药性。有多种细菌存在着内源性 TMP抗
性，与大肠埃希菌相比，乳酸杆菌的 DHFRs对 TMP
的敏感程度要低，啤酒片球菌 (Pediococcus
cerevisiae) 对 TMP的 IC50要高出 1000倍，脆弱拟
杆菌及梭状芽孢杆菌 (Clostridium spp)等厌氧菌
对 TMP更加不敏感，从其中分离纯化的 DHFR与大肠
埃希菌相比,IC50要高出几百至上千倍 ;
? 铜绿假单胞菌可渗透突变株尽管靶酶 (DHFR)的表
达活性与野生株相同,但对 TMP非常敏感。铜绿
假单胞菌及其他一些假单胞菌对 TMP的抗性是由于
细胞壁通透性较低的缘故。
3、其它抗性机制
? 6）有的病原菌如沙门氏菌能对多种抗生素
产生抗药性，它的形成与菌体 R因子或跳跃
因子以及致命毒素的产生有密切关系。特
别是当抗药性致病菌侵染宿主后大量繁衍，
形成, 菌膜, （菌体群），而上述这些因
子或毒素通过菌体繁衍，彼此交流信息，
相互传播，为其自身的生存与发展形成强
力抗药性或强毒力的生物武器,
二、喹诺酮类药物的作用机制及细菌耐药性
（一）喹诺酮类药物的作用机制
? 喹诺酮类抗菌药物的作用机制涉及到其与
最早发现的作用靶位 DNA促旋酶以及拓扑异
构酶 IV（与拓扑异构酶 II相关）发生交互
作用 ;
? 不同细菌中的这两种酶对很多喹诺酮类药
物的敏感性是不同的,一般地，革兰氏阴性
菌中的 DNA促旋酶往往对药物的敏感性大于
拓扑异构酶 IV对药物的敏感性，而革兰氏
阳性菌中的情况正好相反。
二、喹诺酮类药物的作用机制及细菌耐药性
（一）喹诺酮类药物的作用机制
? 这类抗菌药物对细菌作用的标志是药物通过与 DNA、
DNA促旋酶或拓扑异构酶 IV发生交互作用形成三元
复合物，药物的这种作用诱导 DNA和拓扑异构酶 IV
发生构型改变，从而导致这种酶对 DNA不能发挥正
常的功能 ;
? X-线结晶学研究发现,DNA促旋酶 A亚基的结构中
似乎有一个能够与喹诺酮类药物结合的结构域，
而拓扑异构酶 IV结构中尚未发现类似的结构域。
二、喹诺酮类药物的作用机制及细菌耐药性
（一）喹诺酮类药物的作用机制
? 喹诺酮类抗菌药物抑制 DNA的合成一方面通
过对靶酶的作用，使 DNA断裂，另一方面用
可逆的喹诺酮类 -DNA-拓扑异构酶三元复合
物与复制叉碰撞而转化为不可逆的状态 ;
? 但是往往在可逆的三元复合物中随之产生
DNA双链的断裂，这就启动了细胞的死亡。
促旋酶 - DNA-喹诺酮类复合物的交互作用模式
1,喹诺酮类抗菌药物的双重作用靶位
1） DNA促旋酶
? 细菌的 DNA促旋酶是一个由两种亚基组成的分子量
为 400kD的四聚体。 105 kD的 A亚基由 gyrA基因
（即 nalA）编码，与 DNA链的断裂和重新连接的过
程有关。
? 变性时,A亚基通过和 DNA底物以转酯化作用形成
共价连接。分子量为 95kD的 B亚基由 gyrB基因（即
cou）编码，具有 ATP的功能，促使 DNA形成超螺旋。
? 这种 DNA促旋酶是细菌体内独特的拓扑异构酶 II，
是已知的唯一能够使双链 DNA产生负超螺旋化的拓
扑异构酶。
DNA促旋酶的作用模式
2)拓扑异构酶
? 拓扑异构酶的功能是改变 DNA的连接数目和 DNA
的拓扑结构，使其发挥正常的功能。
? 拓扑异构酶的作用方式一般经过三个步骤完成,
? 第一步是酶与 DNA结合，使 DNA的一条链或两条
链产生缺口或断裂；
? 第二步是酶从已经形成的临时缺口通过 DNA链，
这个过程正常情况下在分子内进行，但在特殊
情况下也可以在分子间进行而导致杂合 DNA分子
的形成；
? 在最后阶段，断开的 DNA链重新闭合，形成相对
于天然 DNA底物或是, 松弛, 或是, 超螺旋, 的
双链，并释放出 DNA和酶。
2) 拓扑异构酶
? 拓扑异构酶 I使单链 DNA断裂和闭合，这些酶能够
促使 DNA形成不同的拓扑结构的互变，从而使连接
数目发生变化。
? 拓扑异构酶 II利用双链 DNA的临时性双链缺口以改
变 DNA的拓扑结构，使 DNA连接数目改变两个整数。
? 图所示为哺乳类拓扑异构酶 I（ A）和拓扑异构酶
II(B)对 DNA的作用模式，以及拓扑异构酶 II抑制
剂造成细胞死亡的过程 (C)。
拓扑异构酶 I对 DNA的作用模式
拓扑异构酶 II对 DNA的作用模式
拓扑异构酶 II抑制剂造成细胞死亡的作用模式
2) 拓扑异构酶
? 拓扑异构酶 IV是细菌细胞生长所必须的酶，其为 2
个 C亚基和 2个 E亚基组成的四聚体，在 DNA复制
后期姊妹染色体的分离过程中起重要的作用。
? 其中 C亚基由 parC 基因编码（金黄色葡萄球菌由
grlA基因编码），负责 DNA 的断裂和重接； E亚
基由 parE基因编码（金黄色葡萄球菌由 grlB基因
编码），催化 ATP的水解。
2、喹诺酮类药物与拓扑异构酶 -DNA
复合物的交互作用
? 已有的研究表明，喹诺酮类药物的特异性结合同
时需要 DNA和拓扑异构酶，因此，这类药物的作用
靶位是酶 - DNA复合物。
? 很多研究表明，喹诺酮类药物与 DNA-拓扑异构酶
II复合物的交互作用能够影响 DNA结合,DNA结构
以及拓扑异构酶的构型。
? 另外，与酶 - DNA复合物结合的喹诺酮类药物，在
拓扑异构酶的作用下，随着由喹诺酮类的诱导而
造成的 DNA发生断裂而被释放出来。
2、喹诺酮类药物与拓扑异构酶 -DNA
复合物的交互作用
? 诺氟沙星能够稳定 DNA与拓扑异构酶的交互作用，
且在没有 ATP存在的条件下以及不发生 DNA断裂的
情况下也有作用，这就提示喹诺酮类药物的作用
在 DNA链的断裂之前。
? 另外，诺氟沙星通过与 DNA-拓扑异构酶 IV复合物
的结合，使 DNA的结构发生改变。
? 这种由喹诺酮类药物诱导的 DNA结构变化的程度，
在 DNA链不发生断裂的情况下的强度大于不存在拓
扑异构酶 IV时的强度。
2、喹诺酮类药物与拓扑异构酶 -DNA
复合物的交互作用
? 环丙沙星也能与 DNA- DNA促旋酶（不能引起 DNA断裂的突
变株）复合物结合，并能促进酶的构型发生变异。
? 酶的这些构型变化能够改变 ATP水解的速率，这种喹诺酮
类 -特征速率可以用来监测药物结合和 DNA断裂的动力学。
? 环丙沙星能够快速地改变 ATP水解的速率，但 DNA断裂的速
率相当缓慢，提示这两个过程是分离的。
? 因此，喹诺酮类药物似乎是起到稳定 DNA与拓扑异构酶结
合的作用，以及促进酶的构型发生变化。
3、喹诺酮类 -拓扑异构酶 -DNA复合物与 DNA复制叉和
RNA多聚酶的交互作用
? 喹诺酮类药物不仅能够抑制 DNA的合成，在
较高的浓度下，也能抑制 RNA的合成。
? 这种作用是通过喹诺酮类药物稳定 DNA-拓
扑异构酶 II复合物来介导的，对 DNA合成的
抑制作用在体内可以由喹诺酮类药物与 DNA
促旋酶和拓扑异构酶 IV的交互作用来实现。
3、喹诺酮类 -拓扑异构酶 -DNA复合物与 DNA复
制叉和 RNA多聚酶的交互作用
? 在体外研究这一作用机制时发现：加入 EDTA能够逆转由喹
诺酮类药物稳定的 DNA-拓扑异构酶 II复合物。但是，具有
活性的 DNA复制复合物与 DNA-拓扑异构酶 II复合物的碰撞
所产生的复合物，不受加入 EDTA的影响，但也不会使 DNA
断裂。
? 这种碰撞也阻碍了 DNA复制叉的功能。丧失断裂 DNA能力的
拓扑异构酶 IV突变株虽然能够与拓扑异构酶 IV结合，但即
使在喹诺酮类药物存在的情况下也不能阻碍 DNA复制叉的
功能。
? 因此,DNA-喹诺酮类药物 -活性拓扑异构酶 IV复合物似乎
对 DNA复制叉形成了物理障碍。尽管复制与拓扑异构酶复
合物的交互作用将 DNA-喹诺酮类药物 -拓扑异构酶复合物
趋于更加稳定，但仅是这一作用似乎还不足于使双链 DNA
断裂，而喹诺酮类药物对细菌的抑制作用必须要使双链
DNA断裂。
3、喹诺酮类 -拓扑异构酶 -DNA复合物与 DNA复制叉和 RNA多聚
酶的交互作用
? 在体外，通过与 DNA促旋酶的交互作用能够很快地抑制 DNA
的合成，与拓扑异构酶 IV的交互作用所引起的 DNA合成抑
制比较缓慢。这种差异可以认为是由于 DNA促旋酶和拓扑
异构酶 IV在细菌染色体上的位置差异所致。
? DNA促旋酶位于 DNA复制叉的前面，所以，当喹诺酮类 -促
旋酶 -DNA形成后立刻就产生碰撞；相反，拓扑异构酶 IV被
认为位于 DNA复制叉的后面，所以不能与复制叉产生碰撞，
除非要到下一轮 DNA复制。
? 喹诺酮类 - DNA、促旋酶 - DNA复合物也能阻碍 RNA聚合酶
的移动，因此使转译提前终止。与阻碍 DNA复制一样，不
能断裂 DNA的促旋酶突变株也不能阻碍转译过程。
3、喹诺酮类 -拓扑异构酶 -DNA复合物与 DNA复制叉和
RNA多聚酶的交互作用
? 尽管近年来对喹诺酮类药物的作用机制进行了许
多研究工作，并取得了很大的进展，但尚有许多
地方需要进一步研究加以阐明，如：喹诺酮类药
物与 DNA -拓扑异构酶结合的位点、酶的构型的改
变与结合位点的形成以及由于喹诺酮类药物的结
合而产生的拓扑异构酶构型的改变等。
? 另外，体内喹诺酮类药物与 DNA -拓扑异构酶复合
物产生交互作用所引起 DNA双链断裂的分子因素
（ molecular factors）、以及这些分子因素对喹
诺酮类药物抗菌活力的作用等都是今后值得进一
步研究的重要课题。
(二 ) 细菌对喹诺酮类抗菌药物产生
耐药性的作用机制
? 细菌对喹诺酮类药物产生耐药性是由于靶酶（ DNA
促旋酶和 /或拓扑异构酶 IV）发生变异，使药物与
靶酶的亲和力降低，以及细菌通过降低药物在胞
内的累积量。
? 编码这些酶的基因（ gyrA/gyrB/parC/parE）的核
苷酸顺序以及这些酶的氨基酸顺序都具有很大的
相似性。
? 在 gyrA和 parC基因内有一个被称之为热点
（ hotspots）的喹诺酮类耐药决定区（ quinolone
resisitance determining region,QRDR）。
1,DNA促旋酶发生变异的耐药机制
? 细菌对喹诺酮类药物产生耐药性的机制研究主要集中在
对 DNA促旋酶的研究，特别是对其亚基的研究。有关大肠
埃希菌 GyrA蛋白的三维结构已经有所研究。
? 喹诺酮类药物与该酶的交互作用阻止了 GyrA将 DNA切断后
重新拼接功能的发挥。从 GyrA蛋白的三维结构看,GRASP
（甘氨酸 -精氨酸 -丙氨酸 -丝氨酸 -脯氨酸）的序列具有静
电学特征。
? 从这一特征分析,Tony Maxwell提出了 DNA绕着 DNA促旋酶
的, 鞍座, （ saddle）和, 驼峰, (hump)弯曲的模型。根
据这一模型,DNA结构需要变形以与 122位酪氨酸活性部位
发生作用，使 DNA发生断裂和重新拼接。
2,DNA拓扑异构酶 IV发生变异的耐药机制
? DNA拓扑异构酶 IV作为喹诺酮类药物的另一个作用靶位，
近年来进行了很多的研究。尽管在革兰氏阳性菌和革兰氏
阴性菌中，氟喹诺酮类药物的首选靶位是 DNA促旋酶，但
对于那些广谱的新的氟喹诺酮类药物来说并不是如此，它
们对 DNA促旋酶和 DNA拓扑异构酶 IV具有相同的作用。
? DNA拓扑异构酶 IV是一个由 2个 A亚基和 2个 B亚基组成的四
聚体酶，其氨基酸顺序和核苷酸顺序与 DNA促旋酶非常相
似。 DNA拓扑异构酶 IV的研究工作大多数是在肺炎链球菌
和金黄色葡萄球菌中进行的。
? 用大肠埃希菌来定位，则 gyrA基因的突变热点（ 83位丝氨
酸和 87位谷氨酸）与 parC基因的突变热点（ 79位的丝氨酸
和 83位门冬氨酸）一样。氟喹诺酮类药物与 DNA促旋酶的
作用，和与 DNA拓扑异构酶 IV相似。
3、对喹诺酮类药物产生耐药性的主动外排机制
? 在大肠埃希菌中，外膜的孔蛋白与外排泵相联，孔蛋白
的作用是使药物或其它物质能够进入胞内。
? 对其研究发现，降低喹诺酮类药物敏感性的外排泵为
acrAB-tolC 系统，其中 AcrB为存在于细胞质膜的外排泵
蛋白,AcrA为辅助蛋白,TolC为外膜蛋白。较早的研究已
经发现 mar操纵子和 sox操纵子能够提高抗菌药物的多重耐
药性。
? 引起增加转译活化子 marA和 soxS表达的突变，会影响各种
不同基因的表达，如 ompF 和 acrAB基因。
? 其最终结果是导致 OmpF蛋白表达降低，从而致使很少的药
物能够进入细菌胞内；而 acrAB蛋白表达增加，从而使增
强了外泵的作用。
四、恶唑烷酮类抗菌药物的
作用机制与细菌耐药性
? 最早研究开发恶唑烷酮类化合物是由杜邦公司
在 20世纪 80年代后期开始，其最有潜在应用价
值的化合物是 DUP721和 DUP105，它们对革兰氏
阳性菌包括 MRSA和革兰氏阴性厌氧菌及结核杆
菌均有活性，后来由于它们在动物模型中的毒
性较大而放弃了进一步的开发。
? 但它们不同于现有已知抗菌药物的全新结构吸
引了众多制药公司对恶唑烷酮类化合物进行深
入的研究。特别是随后普强公司研究开发的 2
个 (S)-5-acetamidomethy-2-衍生物羟哌恶酮
（ eperezolid）和吗啉恶酮（ linezolid。
DUP721,DUP105、羟哌恶酮和吗啉恶酮的化学结构
N
ON
O
H
O
C H
3
D U P 7 2 1
1
R
R
2
R
1
= H R
2
= C O C H 3
D U P 1 0 5 R
1
= H R
2
= S O C H 3
e p e r e z o i d R
1
= F R
2
= N N
O
O H
l i n e z o l i d
R
1
= F R
2
= ON
H
作用机制
? 对恶唑烷酮类药物作用机制的研究发现，其抑制
位点发生在 mRNA与 50S核糖体结合的起始转译阶段。
? 这类药物直接与 50S核糖体亚单位结合，并与氯霉
素、克林霉素和林可霉素竞争此作用靶位。但是，
与氯霉素或林可霉素的作用机制不同，恶唑烷酮
类药物并不是通过抑制肽酰转移酶或抑制翻译终
止反应来抑制蛋白质的合成，而是通过与靠近 30S
界面的 50S亚单位结合，以阻止 70S起始复合物的
形成。
? 这是迄今为止发现的抗菌药物的新的作用机制，
目前还未曾发现与其它蛋白合成抑制剂类抗菌药
物有交叉耐药性。
细菌核糖体合成的循环过程以及吗啉恶酮的阻断位点
抗菌活性
? 结果发现一系列药物修饰酶（ linA,linA′,
linB,vgb,vat,satA,cat,ant(4′)(4″) -Ⅰ,
aac(6′) -aph(2″),aphA -3）对吗啉噁酮不起作
用，也不存在外排机制（ msrA,mefE,mefA，
mreA,vga,tetK,tetL）,tetM和 tetO对作用靶
位的修饰也难以抵挡吗啉噁酮的杀菌作用，因此
可见吗啉噁酮与其它蛋白合成抑制剂类抗菌药物
（如四环素类、氨基糖苷类、大环内酯类、氯霉
素、林可霉素、链阳性菌素类）没有交叉耐药性。
菌 株 抗性基因 特 征 吗啉噁酮 MIC(mg/L)
MLSB抗性（靶位修饰）
金黄色葡萄球菌 RN450
金黄色葡萄球菌 HM290
金黄色葡萄球菌 HM290-1
金黄色葡萄球菌 HM1054
金黄色葡萄球菌 HM1054/R
金黄色葡萄球菌 GUE
粪肠球菌 JH2-2
粪肠球菌 JH2-2(Tn1545)
粪肠球菌 JH2-2(pAMβ1)
酿脓链球菌
酿脓链球菌 CNN1
酿脓链球菌 CNN1-1
大环内酯抗性（外排）
金黄色葡萄球菌 RN4220
金黄色葡萄球菌 RN4220(msrA)
肺炎链球菌
肺炎链球菌 02J2275
酿脓链球菌
酿脓链球菌 UVC3
无乳链球菌
无乳链球菌 COH331γ/δ
林可霉素抗性（药物修饰）
溶血链球菌 BM4610-1
溶血链球菌 BM4610
金黄色葡萄球菌 BM4611-1
金黄色葡萄球菌 BM4611
粪肠球菌 JH2-2
粪肠球菌 JH2-2(linB)
链阳性菌素抗性（外排及药物修饰）
粪肠球菌 JH2-2
粪肠球菌 JH2-2(satA)
金黄色葡萄球菌 RN450
金黄色葡萄球菌 RN450(pIP524)
四环素抗性（核糖体保护及外排）
粪肠球菌 JH2-2
粪肠球菌 JH2-2(tetO)
粪肠球菌 JH2-2(Tn1545-tetM)
金黄色葡萄球菌 RN4220
金黄色葡萄球菌 (tetM)
粪肠球菌 JH2-2
粪肠球菌 JH2-2(tetK)
氯霉素抗性（药物修饰）
无
ermA（诱导型）
ermA（组成型）
无
ermC（组成型）
ermC（诱导型）
无
ermB（诱导型）
ermB（组成型）
无
ermTR（诱导型）
ermTR（组成型）
无
msrA
无
mefE
无
mefA
无
mreA
无
linA
无
linA
无
linB
无
satA
无
vgb-vat-vga
无
tetO
tetM
无
tetM
无
tetK
无
cat
无
aac(6′)-aph(2″)
aphA-3
无
对照株
野生株
HM290突变株
对照株
HM1054转移接合株
野生型
对照株
JH2-2转移接合株
JH2-2转移接合株
对照株
野生型
CNN1突变株
对照株
RN4220转移接合株
对照株
野生型
对照株
野生型
对照株
野生型
BM4610诱导株
野生型
BM4611诱导株
野生型
对照株
JH2-2转移接合株
对照株
JH2-2转移接合株
对照株
RN450转导株
对照株
JH2-2转移接合株
JH2-2转移接合株
对照株
野生型
对照株
JH2-2转移接合株
对照株
JH2-2转移接合株
对照株
JH2-2转移接合株
JH2-2转移接合株
对照株
1
1
1
1
0.5
0.5
1
1
1
0.5
0.25
0.25
1
1
0.5
0.25
0.5
0.25
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
谢谢
第一节 安莎类抗生素及细菌耐药性
一、安莎类抗生素的结构特征
? 安莎环类是由一类在化学结构上类似、以一个脂肪链连接
着一个芳香核的两个不相邻碳原子的, 安莎桥, 结构为特
征的抗生素所组成,
? 它又可以根据化学结构中组成芳香核的不同而分为两族。
如芳香核为苯环,则称为苯安莎霉素族 (benzoquinoid),包
括格尔德霉素 (geldanamycin)、柄型菌素 (ansamitocins)
等 ;
? 如芳香核为萘环，则为萘安莎霉素族 (naphthoquinoid)，
包括利福霉素、链伐立星、卤霉素 (halomicin)等 ;
? 康乐霉素是由我国发现的具有免疫抑制活性的安莎类抗生
素。
利福布汀 利福喷汀
O
O
H
3
C
O O H
H
N
O
C H
3
C H
3
C H
3
O H
R
H O
H O C H
3
O H
C H
3
H O
C H
3
S t r e p t o v a r i c i n C
R '
R = C O O C H
3
R ' = O C O C H
3
C H
3
格尔德霉素 柄型霉素
二、利福霉素类抗生素的应用
名称 生物学活性
链伐立星类 抗细菌 (包括革兰氏阳性、阴性菌和分枝杆菌 )；
抗病毒；
抑制逆转录酶
利福霉素类 抗细菌 (包括革兰氏阳性、阴性菌和分枝杆菌 )；
抗病毒；
抑制逆转录酶
康乐霉素 抗革兰氏阳性细菌；
免疫抑制
颗粒霉素 抗革兰氏阳性细菌
卤霉素 抗革兰氏阳性细菌
格尔德霉素 抗原虫；
抑制逆转录酶
萘霉素 抗革兰氏阳性细菌；
维生素 K的拮抗剂
柄型菌素类 抗真菌；
抗原虫；
抗白血病、抗肿瘤
二、利福霉素类抗生素的应用
? 利福平适用于耐药结核杆菌、耐药金黄色葡萄球
菌、链球菌、肺炎双球菌、肠球菌等引起的感染 ;
? 如,肺结核、泌尿生殖系统结核、肺炎、淋巴结核、
肺脓疡、麻风病等 ;
? 其与异烟肼、乙胺丁醇合用有协同作用，可延缓
耐药性的产生。
二、利福霉素类抗生素的应用
? 利福布汀在体外对幽门螺杆菌（ Helicobater pylori）的
抑制浓度非常低 ;
? 幽门螺杆菌是一种重要的人体致病菌，估计它能够感染
50%左右的人群。受其感染后会引发很多胃肠道疾病如：
胃炎、胃溃疡和胃癌等，且这种细菌一旦在胃黏膜生存，
则受感染的病人将会终生携带，除非服药治疗 ;
? 当临床上使用其它一些抗菌药物治疗这种感染失败时，往
往采用利福布汀、阿莫西林和质子泵抑制剂三联治疗方案
能够有效地控制这种感染，且不管这些细菌对其它抗菌药
物是否产生耐药性。
二、利福霉素类抗生素的应用
? 利福定口服后经胃肠道迅速吸收,各组织分布以肝
脏和胆汁为最高,人体血浓度在服药 2～ 4h达到高
峰 ;
? 因其副作用较小,对结核分枝杆菌有很强抑菌或杀
菌作用,故主要用于耐药结核分枝杆菌感染 ;
? 在治疗结核病时,应与其它抗结核药物合并使用,
以防止耐药菌之产生并增强疗效。
二、利福霉素类抗生素的应用
? 利福喷汀与利福平、利福定之间有交叉耐
药作用,但它对其它类型的抗结核药的耐药
菌株仍有效 ;
? 临床上它可用于结核病、麻风病、急性肺
部感染、化脓性皮肤病、沙眼病等治疗。
三,细菌对利福霉素类抗生素的产生
耐药性的作用机制
? 利福霉素类抗生素的作用机制是通过抑制
RNA聚合酶的活性，来干扰细菌 DNA的正常
转录，从而达到抗菌的目的 ;
? 对 M.smegmatis蛋白的体内外研究表明，利
福平通过对 RNA聚合酶全酶的交互作用来干
扰转录的开始。
三,细菌对利福霉素类抗生素的产生
耐药性的作用机制
? 编码分支结核杆菌和麻风分枝杆菌
（ M.leprae） RNA聚合酶亚基 α, β, β,
和 σ 的基因分别为 rpoA,rpoB,rpoC和
rpoD。最近的研究表明，编码 σ 的基因
rpoD发生突变，影响对启动子的识别 。
三,细菌对利福霉素类抗生素的产生
耐药性的作用机制
? 细菌对利福平和利福布汀产生耐药性的主要原因
是由于依赖于 DNA的 RNA多聚酶（ RpoB） β -亚基的
氨基酸发生变异 ;
? 大肠埃希菌 rpoB 基因密码子中的第 146,507-533、
563-572和 687位，或结核分支杆菌密码子的 507-
533（基因簇区域）位发生变异能够诱导生产细菌
耐药性 ;
? 从对利福平耐药的细菌的研究发现，其 96%的细菌
的 rpoB 基因发生了变异。其中有 40%左右的细菌
是由于 RpoB 密码子 531位的丝氨酸变为亮氨酸所
致；有 3%左右的细菌是由于 526位的组氨酸变为精
氨酸所致。
四、利福霉素对逆转肿瘤细胞抗性的作用
? 利福平能够抑制多药抗性蛋白（ MRP）的外排机制，
积累 calcein，一种 MRP的荧光颜料底物，在 MRP－
过量表达的 CGC4/ADR细胞内的量 ;
? 另外，利福平能够增强长春新碱，同样为 MRP底物
的抗癌药物在这种肿瘤细胞内的积累量。但在 MRP
非过量表达的细胞中，利福平没有这样的作用，
说明这种抗结核杆菌的药物具有特异性的逆转外
排机制的功能 ;
? 除利福平外，利福霉素 SV和 B具有同样的作用，说
明安莎类的结构特征具有抗外排机制的特异性 。
第二节
其他类别的抑制细菌细胞壁合成的抗生素
其他类别的抑制细菌
细胞壁合成的抗生素
? β -内酰胺类抗生素和糖肽类抗生素是临床
上非常重要的抗细菌抗生素,其作用机制是
抑制细菌细胞壁的合成 ;
? 除此之外,像磷霉素、杆菌肽和环丝氨酸等
也是作用于细菌细胞壁合成的抗生素,但尽
管如此,其作用位点和机制是不尽相同的,
图所示为这些抗生素的作用位点。
N A C
磷 酸 烯 醇 丙 酮 酸
磷 霉 素
N A M A
氨 基 酸
N A M A - 五 肽
2 分 子 D - 丙 酮 酸
N A M A - 五 肽
脂 质 （ 细 胞 膜 ）
N A G
N A G - N A M A - 五 肽 - 磷 酸 脂
氨 基 酸 （ 形 成 肽 间 桥 ）
杆 菌 肽
万 古 霉 素
磷 脂
至 细 胞 壁
粘 肽 束 交 叉 连 接
β 内 酰 氨 类 抗 生 素
N A G = N - a c e t y l - a m i n o g l u c o s e,N - 乙 酰 氨 基 葡 萄 糖
N A M A = N - a c e t y l - m u r a m i c a c i d,N - 乙 酰 胞 壁 酸
环 丝 氨 酸
细菌细胞
壁合成及
抗生素作
用位点示
意图
一、磷霉素 ------来源
? 磷霉素是由西班牙 CEPA公司的 Hendin等从费氏链
霉菌 (Streptomyces fradia)发酵液中分离得到的
一种分子量较小的 (MW=138.06)广谱抗生素 ;
? 其它链霉菌如绿色产色链霉菌 (Streptomyces
uiridochromogenes)和威德摩尔链霉菌
(Streptomyces wedmorems)等也能产生该物质 ;
? 1969年美国默克公司 Christensen等首先作了结构
测定并合成了该化合物 ;由于该化合物的合成工艺
比较简单,故很快代替了发酵法用于生产 ;
? 该产品于 1975年开始投入生产并应用于临床。
一、磷霉素 ----作用机制
? 磷霉素的作用部位目前尚有争议,可能与磷
酸烯醇丙酮酸竞争 UDP(uridine
diphosphate)-NAG(二磷酸尿喧啶核苷 -N-
乙酰葡糖胺 )转移酶,抑制了粘肽合成的第
一步,使 UDP-NAG不能转化为 UDP-NAMA;
? 由于磷霉素与 UDP-NAG转移酶的亲和力较小，
故必须使用高浓度的磷霉素才能起抑制作
用。
磷酸烯醇式丙酮酸与磷霉素的化学结构
一、磷霉素 ------抗菌活性
? 磷霉素的抗菌谱很广，对大多数革兰氏阳性菌和
阴性菌有作用，为一种杀菌剂 ;
? 与一些常用的已知抗生素不产生交叉耐药性，且
有协同作用 ;
? 磷霉素的毒性低，易通过血脑屏障进入脑脊液，
对耐药性金葡菌、大肠埃希氏菌、变形杆菌、铜
绿假单孢菌、沙门氏菌等引起的感染均有效,可用
于严重的全身性感染如败血症、脑膜炎、肺炎及
二、杆菌肽 ------来源
? 杆菌肽最早是由 Johnson等于 1943年从一个
受伤的 7岁的小女孩,Margaret Tracy，身
上分离的菌株的培养物中发现的，故其名
称为 Bacitracin(融合有病孩的名字 )，目
前的生产菌株为枯草芽孢杆菌 (Bacilus
Subtilis)。
二、杆菌肽 -----结构特征
? 杆菌肽发酵产物中的主要成分为杆菌肽 A，其也是生物活
性最强的组分 ;
? 目前使用的杆菌肽的生物效价 (游离碱 )为 70～ 74Iμ/mg。
杆菌肽的另一个特性是其水溶液通过加适当的二价金属离
子，能使杆菌肽与之结合而被析出，而二价离子对杆菌肽
发挥抗菌作用是必需的 ;
? 研究表明最具活性的离子是 Cd2+,Mn2+和 Zn2+，而杆菌肽
分子中的二氢噻唑环和组氨酸残基的咪唑环中 3位氮为二
价金属离子的结合部位。因为杆菌肽锌盐最为稳定，故目
前应用的杆菌肽盐为其锌盐，锌的含量为 4～ 6%。
杆菌肽 A的化学结构
O
N
S
H
2
N
C H
3
H
3
C
L e u
D - G l u
I l e
D - P h e
H i s
D - O r n L y s – ? I l e
D - A s p
?
A s n
B a c i t r a c i n A
杆菌肽的作用机制是阻止细胞膜上脂质体的再生，
因而导致 UDP-NAMA-五肽在细胞浆内堆积,从而影响
细胞壁粘肽的合成。
U M P
P a r k
核 苷
多 异 戊 烯 - P
P
杆 菌 肽 的 作 用
多 异 戊 烯 - P - P
粘 肽 合 成
N - 乙 酰 胞 壁 酰 - P - P - 多 异 戊 烯
五 肽
三、环丝氨酸和邻甲氨酰 -D-丝氨酸
?
? D-环丝氨酸和邻甲氨酰 -D-丝氨酸的结构与
D-丙氨酸相似，可干扰丙氨酸消旋酶的作
用,使 L-丙氨酸不能变成 D-丙氨酸，并可阻
断两分子 D-丙氨酸连接时所需 D-丙氨酸合
成酶的作用。
D-
环丝
氨酸、
邻甲
氨酰
-D-
丝氨
酸的
化学
结构
式及
其作
用部
位
四、多黏菌素
? 多黏菌素为一组环肽类抗生素，由
Bacillus polymyxa产生 ;
? 目前已经分离得到了多黏菌素 A,B1,B2、
C,D1,D2,E,F,K,M,P,S 和 T等
物质（其中一些化合物的结构如图所示）。
一些多黏菌素类化合物的化学结构
? - N H
2
? - N H
2
L - D A B T h r L - D A B
L - D A B
L - D A B
D - L e u L e u
T h r L - D A B
N H
2
L - D A B
? ?
D A B = ?,? - d i a m i n o b u t y r i c a c i d
C o l i s t i n A
P o l y m y x i n E
2
R = ( + ) - 6 - m e t h y l o c t a n o y l
R = 6 - m e t h y l h e p t a n o y l
? - N H
2
? - N H
2
R
一些多黏菌素类化合物的化学结构
Z
? - N H
2
D A B T h r
D A B
D A B
? - N H
2
T h r
? - N H
2
D A B
N H
2
D A B
? ?
D A B = L - ?,? - d i a m i n o b u t y r i c a c i d
P o l y m y x i n R = ( + ) - 6 - m e t h y l o c t a n o y l X = P h e Y = L e u Z = D A B
R = 6 - m e t h y l h e p t a n o y l X = P h e Y = L e u Z = D A B
R = ( + ) - 6 - m e t h y l o c t a n o y l X = L e u Y = T h r Z =
D - S e r
R = 6 - m e t h y l h e p t a n o y l X = L e u Y = T h r Z =
D - S e r
R
D - X Y
B
1
B
2
D
1
D
2
第三节
其他类别的抑制细菌蛋白质合成的抗生素
一、四环类抗生素
－－－－结构特性
品名 分子结构
中文名 英文名 R2 R5 R6 R6’ R7
金霉素 chlortetracycline H H OH - CH3 Cl
土霉素 oxytetracycline H OH OH - CH3 H
四环素 tetracycline H H OH - CH3 H
地美环素（去甲金霉素） demeclocycline H H OH H Cl
美他霉素（甲氧土霉素） methacycline H OH =CH2 H
多西环素（去氧土霉素） deoxycyline H OH H - CH3 H
米诺环素（二甲胺四环素） minocycline H H H H N(CH3) 2
罗利环素（氢吡四环素） rolitetracycline 吡咯烷甲基 H OH - CH3 H
一、四环类抗生素
－－－－抗菌特性
? 四环类抗生素为广谱抗生素,对多种革兰氏阳性球
菌、杆菌，革兰阴性球菌、肠杆菌、布鲁菌、霍
乱弧菌等都有抗菌作用；
? 对螺旋体,立克次体和一些原虫以及大型病毒也有
作用；
? 四环素抗菌作用的主要机制是阻断多肽链的延长。
一、四环类抗生素
－－－－耐药机制
? 最频繁地发生的革兰阴性细菌对四环素类抗生素
耐药是由 Tet阻遏物识别作用所触发的；
? 其引起阻遏物 -操作子 DNA复合物的缔合作用,使耐
药蛋白质 TetA能够得以表达,TetA负责四环素的活
性外排；
? Tet阻遏物与四环素 -镁复合的二聚体的 2.5A分辨
度的结晶结构揭示着详细的药物识别作用。
四环素与 TetRD之间相互作用
一、四环类抗生素
－－－－抗耐药菌结构类似物
? 根据细菌对四环素产生耐药性的作用机制，通过
对四环素结构的化学修饰，已经得到了一些具有
外排蛋白抑制剂功能的结构类似物；
? 13-[（ 3-氯丙基）硫 ]-5-羟基 -α -6-脱氧四环素
等第三代四环类是很好的外排蛋白抑制剂：它与
四环素合并使用对许多四环素耐药细菌具有协同
作用，如对具有 A组或 B组 Tet蛋白的大肠埃希氏杆
菌、具有 K组蛋白的金黄色葡萄球菌和具有 L组蛋
白的粪肠球菌等都具有很好的协同作用。
13-[（ 3-氯丙基）硫 ]-5-羟基 -α -6-脱氧四环素的化学结构
甘氨酰四环素
? Tigecycline，又称 tigicycline，即 GAR-936，中
文名：替加环素。是 Wyeth Pharms (Wyeth-
Ayerst)公司开发的第三代四环素 —甘氨酰四环素，
为 9-(N-叔丁基甘氨酰 )胺基米诺环素,2005年 6月
5日已获美国 FDA按 P类 (比上市品种具有明显的改
善 )加快审查批准 (N021821)，商品名 Tygacil；
? 适应症为复杂的皮肤或皮肤结构感染 (cSSSI)与内
腹腔感染 (cIAI)。
甘氨酰四环素
? 研究表明,tigecycline具有强效的离体抗菌活性，
可抑制广泛的致病菌，包括对早期四环素有耐受
性的细菌；
? 在体内的保护作用，尤其是抗四环素耐受菌作用，
与其离体活性一致,如，对临床分离的 37种万古
霉素耐受的肠球菌,26种甲氧西林耐受的金色链
霉菌和 30种高水平的青霉素耐受的肺炎链霉菌的
抑制浓度分别在 1,2或 0.25?g/mL,2?g/mL的
tigecycline与 0.25?g/mL的奎宁始霉素无相互作
用。
甘氨酰四环素
? 发现甘氨酰四环类衍生物不仅对四环类敏感菌有效，且对
含有核糖体修饰因子 tetM和 tetO耐药菌和外排蛋白 tetA-E、
tetL和 tetK耐药菌有效，即具有广谱抗耐药菌的优良特性；
? 这些 9位甘氨酰氨基取代的衍生物来源于二甲胺四环素、
强力霉素（脱氧四环素）和脱甲氧四环素；
? 它们对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都有效，且对二甲胺
四环素、万古霉素和 β -内酰胺抗生素耐药的耐药菌也有
效。
甘氨酰四环素
? 其中万古霉素广泛用于治疗所选的格兰氏阳性菌
感染，奎宁始霉素与利奈唑烷 /胺 (linezolid)则
是 FDA近年批准的用于治疗严重的万古霉素耐受菌
感染，但近期也发现了二者耐药菌；
? 青霉素耐受的肺炎菌是特征的多药耐菌，常表现
为对大环内酯类、头孢类、甲氧苄氨嘧啶 /磺胺恶
唑，及其它抗菌药的敏感性减小；对喹诺酮类的
抗药性近来也增加。因此,tigecycline可能像
linezolid应用于解决日益紧迫的抗药性问题。
二、氯霉素
————来源
? 氯霉素是在美国于 1947年从委瑞内拉链霉菌
(Streptomyces venezuelae)的培养物中分离得到
的第一个广谱抗生素；
? 由于其化学结构比较简单，故于 1949年使用化学
合成法制备获得成功；
? 以后各国相继发表了各种合成工艺，并很快应用
于生产而代替发酵法。
二、氯霉素
———结构特征
? 从氯霉素的化学结构可知，其有 2个手性碳原子,
因而有 4种旋光异构体，其中仅是 D(一 )苏阿糖型
的有抗菌活性，为临床使用的氯霉素；
? 临床所用的合霉素 (syntomycin)是氯霉素的外消
旋体，疗效为氯霉素的一半；
? 目前临床应用的一些氯霉素结构类似物有,甲砜霉
素 (thiamphenicol)、甲砜霉素甘氨酸酯、无味氯
霉素即氯霉素棕榈酸酯 (chloramphenicol
palmitate)、琥珀氯霉素 (chloramphenicol
succinate)、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。
二、氯霉素
———结构特征
二、氯霉素
———抗菌特性
? 在临床上,氯霉素类药物主要用于由革兰氏阳性菌
引起的感染,但对革兰阴性菌和铜绿假单胞菌也有
效；
? 氯霉素对大多数厌氧菌、立克次氏体、衣原体和
支原体具有活性；
? 特别是由于氯霉素对治疗立克次氏体病和复发型
流行性斑疹伤寒等具有特殊疗效而一直具有相当
的生命力。
二、氯霉素
———不良反应
? 尽管氯霉素在极低的浓度下表现出广谱抗菌的特
性,但由于其在临床上表现有灰婴综合症和再生障
碍贫血的毒性作用,使其使用的剂量、周期、范围
等受到限制,在一般情况下都不考虑使用或尽可能
少的使用；
? 由氯霉素产生的再生障碍贫血的毒性作用一种是
依赖于所用的剂量,另一种则与所用剂量无关且是
不可逆的。后一种往往是致死性的,其发病常常是
延缓出现,且其发病原因尚不清楚。这种危险性不
超过二万分之一。
二、氯霉素
———耐药机制
? 细菌对氯霉素产生耐药性的主要作用机制是细菌产生的 O-
酰化酶将氯霉素分子中的游离羟基乙酰化所致；
? 氯霉素酰化酶（ chloramphenicol acetyltrasterase,
CAT）基因广泛地存在于革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细
菌中；
? 所有的 CAT多肽的分子量为 24-26kDa且通常为同型三聚体
α3 和 β3,但有两个 CAT突变体为异型四聚体 α2β3 和
αβ2 ；
? 氯霉素耐药细菌往往含有一个以上的 cat基因。
二、氯霉素
———耐药机制
? 钝化酶分子中的 195-组氨酸中 Nε2 将氯霉素分子
中 C-3醇羟基的质子去除，氯霉素的氧反应结果去
攻击酰基 -CoA中酰基的羰基碳；
? 由此产生的氯霉素四面体中间体与 148-丝氨酸共
享一个氢原子，其两个氧原子间的距离推测为
2.4A；
? 这种短暂的四面体结构最终生成 3-O-酰基氯霉素
和 HS-CoA，同时生成 195-组氨酸以催化下一轮酰
化反应。
二、氯霉素
———耐药机制
二、氯霉素
———耐药机制
三、甾类抗生素
－－－结构特征
? 甾类抗生素是指具有羧链孢烷骨架的羧链孢酸类
化合物和其它一些甾体衍生物；
? 从其化学结构上看,大致可分为四种类型,即 1）羧
链孢酸类（ fusidic acid）,
? 2）多孔蕈酸类（ polyporenic acid）；
? 3）绿毛菌素类 (uiridin)；
? 4）抗生素 A-25822(antibiotic A-25822)。
三、甾类抗生素
－－－ 羧链孢酸的 结构特征
三、甾类抗生素
－－－抗菌特性
? 对革兰氏阳性菌和分枝杆菌有较强的抗菌
作用,对青霉素敏感菌和耐药菌也有较强的
抑菌作用；
? 临床上作为有价值的二线药物,用于治疗青
霉素耐药的金黄色葡萄球菌的感染等；
? 它和青霉素、四环素等其它抗生素还有协
同作用。
三、甾类抗生素
－－－作用机制
? 其作用机制是对氨基酸转移酶有选择性抑
制作用,从而阻断细菌蛋白质的合成；
? 实验证明,羧链孢酸是延长作用因子 EF-
G(原核细胞 )或 EF-Z(真核细胞 )的选择性抑
制剂,因而它抑制氨基酸在核糖体上从氨乙
酰基 -tRNA转化成蛋白质。
羧链孢酸及阻断延长因子 G蛋白的功能
四、嘌呤霉素
?
? 嘌呤霉素是由白黑链霉菌 (Streptomyces
alboniger)产生的 3’-脱氧嘌呤核苷抗生素。在结
构上它与氨酰 -tRNA的 3’-末端相似。
? 嘌呤霉素是革兰氏阳性细菌的强烈抑制剂,它是肽
合成的一种有效抑制剂,所以对高等动物的毒性也
颇大,没有临床应用价值,但它是生物化学和分子
生物学研究领域的优秀的不可替代的研究工具,它
已被广泛应用于哺乳动物和细菌无细胞核糖体和
非核糖体系统中蛋白质生物合成机理的研究。
四、嘌呤霉素
? 嘌呤霉素的主要生物化学特性是,嘌呤霉素通过催
化不完全肽链从肽酰 -tRNA一信使核糖体复合物上
释放出来,而起着不依赖密码子的氨酰 -tRNA的作
用,并和核糖体的肽酰 -tRNA位上新生多肽反应,起
着阻抑蛋白质合成的作用。
? 即它能和结合在 P位的肽酰 -tRNA反应,生成肽酰嘌
呤霉素复合体,并从核蛋白体上游离。
嘌呤霉素 氨酰 -tRNA的 3’-末端
五,Mupirocin
? Mupirocin为异亮氨酸的结构类似物，其作用机制
为通过抑制异亮氨酰 RNA合成酶，阻止异亮氨酰掺
入到正在合成的肽链中去；
? 尽管该药物对人体没有太大的毒性，但由于进入
人体内的药物被快速地代谢为无活性的形式，因
此，临床上以外用制剂形式用于治疗皮肤感染，
而难以治疗系统性感染疾病。
Mupirocin的化学结构
第四节 有关化学合成类抗细菌药物
的作用机制及细菌耐药性
一、磺胺类药物的作用机制及细菌耐药性
? 发现,
? 20世纪初，人类已发明和拥有了一些疗效显著的
化学药物，可以治愈原虫病和螺旋体病，但对细
菌性感染则束手无策，为此，人们试图研制一种
新药以征服严重威胁人类健康的病原菌；
? 这一难关终于在 1932年被 32岁的德国药物学家、
病理学家、细菌学家格哈德 ·多马克 (G,Domagk)
所攻破。
G.Domagk,de origen alemán,descubre la sulfamida,Publica el
artículo,Contribución a la quimioterapia de las infecciones bacterianas”
donde explicaba como un producto,especie de derivado del azufre,
contenía extraordinarias propiedades bactericidas,las sulfamidas
百浪多息－－第一种磺胺药物
? 多马克及其合作者经过千百次试验，发现了一种在试管内
并无抑菌作用的、名为, 百浪多息, （ prontosil）的桔
红色化合物 ——4－氨磺酰－ 2′, 4′ －二胺偶氮苯的盐
酸盐，对感染链球菌的小白鼠疗效极佳，且毒性很小；
? 多马克对已感染上了链球菌的自己的小女儿作人体实验，
服用了, 百浪多息,,挽救了她的生命；
? 第一种磺胺药物, 百浪多息, 的发现和临床应用的巨大成
功，使得现代医学进入化学医疗的新时代，人们更有信心
解决传染病的治疗问题；
? 1939年，多马克获得了诺贝尔生理学和医学奖。
（一）磺胺类药物的作用机制
?,百浪多息” 应用于临床后不久，法国巴
斯德研究所的特雷富埃 (Trefouel)夫妇及其
同事揭开了“百浪多息”在活体中发生作
用之谜；
? 他们认为“百浪多息”在体内可转化为具
有制菌活性的磺胺 —ρ-氨基苯磺酰胺 (简称
磺胺,SN)。
N
N H 2
N N S O 2 N H 2H 2
S O 2N HR 2 _ N H _ R
1
百浪多息的化学结构
磺胺结构通式
（一）磺胺类药物的作用机制
? 1940年,Wood和 Fildes研究了磺胺的作用机制，并
阐明由于它的分子结构、电荷分布与细菌生长所
需要的对氨基苯甲酸（ PABA,para-amino
benzoic acid）高度相似，因而两者发生了竞争
性拮抗作用；
? 之后，美国的 Lederle实验室的学者发现 PABA是
叶酸的一个组分，磺胺能与 PABA互相竞争二氢蝶
酸合成酶，从而妨碍叶酸合成。
（一）磺胺类药物的作用机制
? 四氢叶酸 (tetrahydrofolic acid,THFA,CoF)是
一个传递一碳单位的辅酶，而一碳单位与氨基酸
代谢密切相关，还参与嘌呤和嘧啶的生物合成及
S-腺苷甲硫氨酸的生物合成，其在生命代谢中是
必不可少的；
? 很多细菌不能利用叶酸作为前体，需要外源的
PABA合成四氢叶酸，如细菌缺乏四氢叶酸，影响
核酸合成，则使细菌生长繁殖受到抑制，再利用
机体各类防御机能就可克服细菌感染。
C
N
HH
O O
-
0
.
2 3
n m 0
.
2 4
n mO
H
N
H
N
S
O
H
H
0
.
6 7
n m
0
.
6 9
n m
PABA 磺胺
叶酸
四氢叶酸的合成过程及磺胺类药物的作用位点
磺胺类药物的作用机制
? 1）磺胺是 PABA（正常底物）的结构类似物，可作为竞争
性抑制剂与二氢蝶酸合成酶结合，阻断了叶酸的合成；
? 2）二氢蝶酸合成酶将磺胺作为底物形成一种稳定的磺胺
－二氢蝶啶类似物，这会使得细胞内二氢蝶啶酰焦磷酸的
含量减少，由此降低了二氢叶酸合成酶的反应速率，导致
细胞中四氢叶酸浓度降低。这样就使那些能利用二氢蝶啶
和 PABA的细菌无法合成足够的叶酸，于是生长受到抑制；
? 抗菌增效剂甲氧苄胺嘧啶能抑制二氢叶酸还原酶的活性，
使二氢叶酸无法还原为四氢叶酸，因而也阻碍了叶酸的代
谢和利用。
磺胺类药物的作用机制
? 人类因为没有二氢蝶酸合成酶、二氢叶酸合成酶
及二氢叶酸还原酶，故不能利用外界提供的 PABA
自行合成四氢叶酸，亦即必须在营养物中直接提
供此类物质，因而对二氢蝶酸合成酶的抑制剂 —
磺胺药不敏感，对二氢叶酸还原酶抑制剂 —TMP也
不敏感；
? 这就是为什么磺胺类药物具有选择性毒力。
（二）细菌对磺胺类药物产生耐药性的作用机制
1、二氢蝶酸合成酶发生变异的耐药机制
? 1）染色体介导的磺胺抗性
? （ 1）点突变
? 从抗性大肠埃希菌菌株中分离到突变的染色体
dhps基因，与野生型比较仅有一对碱基的差异，
即 Phe28→Ile 即引起了对磺胺的抗性；
? 而在金黄色葡萄球菌中对磺胺抗性的突变涉及到
14个位点的突变。
1）染色体介导的磺胺抗性
（ 1）点突变
? Maskell等对肺炎双球菌磺胺抗性株的研究
表明编码 DHPS的染色体基因 sulA上有 3~6个
碱基的重复，即在 Arg58→Tyr63 间有一、
二个氨基酸的重复；
? 还有研究表明此类菌对 TMP-SMZ抗性是由于
Arg58,Pro59的重复以及 Gly60,Ser61间
插入了一个 Arg。
1）染色体介导的磺胺抗性
（ 2）基因重组
? 在脑膜炎奈瑟氏菌中，已发现磺胺抗性与染色体
突变有关；
? 多数临床分离的磺胺抗性株与敏感株比较，约有
10%的差异，但它们 DHPS的 C-端,N-端以及中心的
424对碱基是相同的，可以认为抗性株的这种差异
是由于水平基因转移 (horizontal gene transfer)
或同源重组 (homologous recombination) 及非同
源重组（ illegitimate recombination）造成的，
而并非点突变的结果。
1）染色体介导的磺胺抗性
（ 2）基因重组
? 同源重组使得受体菌 dhps基因邻近的限制性位点
与供体菌相应位点发生了大段 DNA交换；
? 非同源重组导致了供体 dhps基因整合到供体菌中，
造成 dhps基因重复；
? 对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个核苷酸，从而使酶多
了两个氨基酸，若用点突变的方法去除这两个氨
基酸，则菌株对磺胺敏感。
1）染色体介导的磺胺抗性
（ 2）基因重组
? Swedberg等研究人员将酿脓链球菌磺胺抗
性株的染色体 DHPS克隆测序，与敏感株相
比有 30个氨基酸（占 11.3%）发生了变化，
他们也得出同样的结论，这种获得性耐药
并非点突变累积的结果，可能是由于某种
重组机制造成的。
2） 质粒介导的磺胺抗性
? 已有研究表明革兰氏阴性肠细菌中出现的临床磺胺抗性多
为质粒介导，这是由于 DHPS靶酶抗性突变体的存在所致,
R－细菌可从 R＋细菌中获得这种抗性基因；
? 已分离出编码 DHPS的两种质粒基因,sulⅠ 和 sulⅡ,这
两种基因有 57%氨基酸相同；
? 发现 sulⅠ 基因与其他抗性基因相连定位于 Tn21家族的转
座子上,sulⅡ 基因通常位于属于 IncQ家族 (RSF1010)的小
质粒中或 pBP1质粒中；
2） 质粒介导的磺胺抗性
? 在偶发分支杆菌（ Mycobacterium fortuitum）中
还发现了 sul Ⅲ 基因，实际上它是因 sulⅠ 基因的
缺失而形成的突变体；
? 由质粒编码的 DHPS较染色体编码的酶分子量低，
对热不稳定，虽然两者结合底物 PABA的能力相同，
但质粒编码的酶结合磺胺的能力较染色体酶低
10,000倍，由此导致了抗性的形成。
2、二氢叶酸还原酶发生变异的耐药机制
1）染色体介导的 TMP抗性
? （ 1）抗性基因插入,
? 有报道从 11株肺炎双球菌 TMP抗性株（ MIC64~512μg/ml ）
中分离得到的 DHFR基因，再经 PCR扩增测序，发现有两种
主要的突变类型，这两种类型中有 6处发生了同样的变化，
分别是 Glu20→Asp,Pro70→Ser,Gln81→His,
Asp92→Ala,Ile100→Leu,Leu135→Phe ；
? 点突变试验表明 Ile100→Leu 的突变导致 TMP的 ID50
（ 50%inhibitory doses,50%抑制剂量）增加 50倍。抗性
株核苷酸顺序上这些高度保守的位点被认为是基因编码的
抗性 DHFR在种内、种间转化重组的结果。
1）抗性基因插入,
? 另有研究表明在高水平 TMP抗性肠杆菌中，
普遍存在着由转座子 Tn7介导的 Ⅰ 型 DHFR，
Tn7可定位于染色体中，使染色体 DHFR过量
合成，如大肠埃希菌 T118菌株酶活提高了
80倍，对 TMP的抗性达 1000mg/L 。
（ 2） TMP作用靶酶的染色体基因突变,
? 在核糖体结合区，发现有 7个碱基发生了变化，其中
的两个碱基造成了与核糖体 16S RNA 3′ -末端的 5个
碱基的互补；
? 在启动子的 -10区和启动密码子之间 +9位插入了一个
腺嘌呤。这种遗传上的改变使得转录和翻译更加有
效，增加了 mRNA的表达。所有这些突变都使得菌株
可以生存于含有抗叶酸药物的环境中；
? 可以得出结论,16srRNA 3′ -端翻译控制区的同源
性以及蛋白质起始密码子与 mRNA核糖体结合位点的
距离都会影响翻译过程，高表达的基因在翻译过程
中通常使用含量丰富的 tRNA。
（ 2） TMP作用靶酶的染色体基因突变,
? 还发现在结构基因中 Glu69→Lys,Asp77→Asn 。
因此，可以认为靶酶结构的变化及过量的产生可
提高 TMP抗性；
? 将流感杆菌抗性株及敏感株的 DHFR纯化，并进行
生化方面的研究，结果表明两株菌催化二氢叶酸
和 NADPH的 Km值相近，敏感菌的 IC50（抑制
50%DHFR的活性所需的 TMP浓度）为 1nM，而抗性株
的 IC50为 300nM；
? 所以抗性株的 DHFR突变降低了靶酶对 TMP的亲和性。
（ 2） TMP作用靶酶的染色体基因突变,
? 酶性质的改变可以是磺胺类耐药的主要原
因，通过遗传分析进一步表明，一个基因
的不同突变可使同一种酶产生几种改变形
式，即按各种不同的方式改变酶的性质。
2）质粒介导的 TMP抗性
----（ 1）质粒介导的 DHFR的多种类型
? DHFRⅠ 型有两种不同的亚型,DHFRⅠa 由 13.6kb转
座子 Tn7介导，它同时还具有链霉素抗性，为二聚
体蛋白 ;
? DHFRⅠb 由 3kb转座子 Tn4132介导，仅具有 TMP抗性，
为单体蛋白 ;
? 这两种酶均对热不稳定,DHFR的 IC50较接近，
DHFRⅠ 型引起的 TMP抗性普遍存在于门诊及住院病
人中。
（ 1）质粒介导的 DHFR的多种类型
? DHFRⅡ 有三种不同的亚型，都为四聚体（亚单位
8.3-8.5kDa） ;
? Ⅱ 型酶对热稳定，且对 TMP有高水平抗性,IC50较
大肠埃希菌染色体 DHFR高 106倍（ IC50>1mM） ;
? Ⅱ 型酶的多肽链仅有 78个氨基酸 ;
? DHFRⅠa 较 DHFRⅡ 更为普遍，两种类型可同时存在。
（ 1）质粒介导的 DHFR的多种类型
? 在鼠伤寒沙门氏菌中分离到 Ⅲ 型 DHFR，此菌在动物中流行，
偶而感染人体 ;
? DHFRⅢ 型为单体蛋白，分子量为 16.9kDa,对 TMP相对敏感 ;
? DHFRⅣ 型是质粒介导的分子量最大的酶（ 46.7kDa），此
酶对 TMP抗性不强，但经 TMP诱导后，酶活是染色体酶的
600倍。在斯里兰卡分离到的 TMP抗性株中 DHFRⅤ 型占优势，
IC50较染色体酶高 1000倍 ;
? 在引起小猪腹泻的大肠埃希菌菌株中首先发现了 dhfrⅨ 基
因，它位于三个不同的结合质粒中 (pCJO01,pCJO02,
pCJO03 )，在 TMP选择压力下，形成了抗性传播的有效载
体,dhfrⅨ 基因介导的对药物的抗性水平为 250mg/L。
（ 2）水平基因转移产生的抗性
? 病原菌中 TMP抗性基因的出现很可能是因为与某种
微生物发生了水平基因交换 ;
? 细菌染色体 DHFRs具有多样性，其中也包括低水平
的抗 TMP基因 ;
? 运用包括特异性位点重组等复杂的转运机制使细
菌获得了抗性基因 ;
? 其实，这种复杂的机制同样已在其他一些过程中
出现，如噬菌体的溶源现象，表面抗原变异，环
状染色体的单体化等。
（ 3） DNA 序列组件 (cassette)介导的抗性
? dhfrⅠ 基因定位于一个可转移单位上，称作 DNA组件,因为
它的可移动性，能在不同的整合子（ integron）间进行交
换，因此整合子可作为抗性基因的载体，导致革兰氏阴性
菌中 DHFR基因广泛传播 ;
? 在微生物细胞中，整合子是控制着附属基因 （ accessory
genes）的重组系统，它由两个保守区和一个可变区组成，
可变区包括一个或多个插入 DNA组件，相邻基因编码了重
组酶 ;
? 这种组件与 GTTPuPu(Pu为嘌呤 )相接作为同源交换区。很
多遗传过程中都观察到因转座子的移动携带了整合子，如
Tn5090和 Tn7。
（ 3） DNA 序列组件 (cassette)介导的抗性
? 用整合子的整合酶基因作为探针，通过 PCR技术，
研究整合子中 DNA组件的组成 ;
? 现已发现有 9个不同类型的 TMP抗性 DNA组件，这在
整合子中观察到的全部抗性组件中占了绝大多数 ;
? 这种组件介导的 TMP抗性似乎比非 DNA组件介导的
抗性更为普遍。 DHFR家族 1中所有成员都位于 DNA
组件中，家族 2亦是如此 ;
? dhfrⅫ 基因也在组件中被发现，而 dhfrⅩ 基因例
外，它位于质粒 pDGO100的整合子中。
(4) 非 DNA组件介导的 TMP抗性
? 广宿主范围的小质粒是普遍存在的，往往携带有
磺胺和氨基糖类抗生素的抗性基因。在 TMP抗性基
因中仅发现 dhfrⅢ 基因紧密结合于质粒 pAZ1中的
基因簇中。
? IS26属于插入序列家族中的一员，推测可因共整
合而移动。 已知 Tn5091是唯一与 IS26相连的元件
（ element）,其上包含有 TMP抗性基因
（ dhfrⅧ ）。在几个不同的分离株中都发现了这
种抗性基因，可以认为这是经元件传播的。
3、其它抗性机制
? 1）代谢途径改变。由于基因突变，使得这
类菌不能使脱氧鸟苷酸甲基化成胸腺嘧啶
核苷酸，而需要外源的胸苷。这种突变的
结果使得细胞不再需要 DHFR合成四氢叶酸，
所以不受 TMP的抑制 ;
? 2）早年对金黄色葡萄球菌的研究发现抗性
株能过量产生 PABA。
3、其它抗性机制
? 3）大肠埃希菌中还存在有对磺胺药物的主动转运
机制。从大肠埃希菌磺胺抗性株中分离出一种 sur
基因，其编码的产物类似于反转蛋白，它依赖质
子偶联交换产生的质子驱动力将药物外排 ;
? 4） TMP的不渗透性。在肺炎克氏杆菌、粘质沙雷
氏菌及肠杆菌中已发现由于外膜蛋白的改变产生
了包括 TMP 在内的多药抗性。
3、其它抗性机制
? 5） 固有耐药性。有多种细菌存在着内源性 TMP抗
性，与大肠埃希菌相比，乳酸杆菌的 DHFRs对 TMP
的敏感程度要低，啤酒片球菌 (Pediococcus
cerevisiae) 对 TMP的 IC50要高出 1000倍，脆弱拟
杆菌及梭状芽孢杆菌 (Clostridium spp)等厌氧菌
对 TMP更加不敏感，从其中分离纯化的 DHFR与大肠
埃希菌相比,IC50要高出几百至上千倍 ;
? 铜绿假单胞菌可渗透突变株尽管靶酶 (DHFR)的表
达活性与野生株相同,但对 TMP非常敏感。铜绿
假单胞菌及其他一些假单胞菌对 TMP的抗性是由于
细胞壁通透性较低的缘故。
3、其它抗性机制
? 6）有的病原菌如沙门氏菌能对多种抗生素
产生抗药性，它的形成与菌体 R因子或跳跃
因子以及致命毒素的产生有密切关系。特
别是当抗药性致病菌侵染宿主后大量繁衍，
形成, 菌膜, （菌体群），而上述这些因
子或毒素通过菌体繁衍，彼此交流信息，
相互传播，为其自身的生存与发展形成强
力抗药性或强毒力的生物武器,
二、喹诺酮类药物的作用机制及细菌耐药性
（一）喹诺酮类药物的作用机制
? 喹诺酮类抗菌药物的作用机制涉及到其与
最早发现的作用靶位 DNA促旋酶以及拓扑异
构酶 IV（与拓扑异构酶 II相关）发生交互
作用 ;
? 不同细菌中的这两种酶对很多喹诺酮类药
物的敏感性是不同的,一般地，革兰氏阴性
菌中的 DNA促旋酶往往对药物的敏感性大于
拓扑异构酶 IV对药物的敏感性，而革兰氏
阳性菌中的情况正好相反。
二、喹诺酮类药物的作用机制及细菌耐药性
（一）喹诺酮类药物的作用机制
? 这类抗菌药物对细菌作用的标志是药物通过与 DNA、
DNA促旋酶或拓扑异构酶 IV发生交互作用形成三元
复合物，药物的这种作用诱导 DNA和拓扑异构酶 IV
发生构型改变，从而导致这种酶对 DNA不能发挥正
常的功能 ;
? X-线结晶学研究发现,DNA促旋酶 A亚基的结构中
似乎有一个能够与喹诺酮类药物结合的结构域，
而拓扑异构酶 IV结构中尚未发现类似的结构域。
二、喹诺酮类药物的作用机制及细菌耐药性
（一）喹诺酮类药物的作用机制
? 喹诺酮类抗菌药物抑制 DNA的合成一方面通
过对靶酶的作用，使 DNA断裂，另一方面用
可逆的喹诺酮类 -DNA-拓扑异构酶三元复合
物与复制叉碰撞而转化为不可逆的状态 ;
? 但是往往在可逆的三元复合物中随之产生
DNA双链的断裂，这就启动了细胞的死亡。
促旋酶 - DNA-喹诺酮类复合物的交互作用模式
1,喹诺酮类抗菌药物的双重作用靶位
1） DNA促旋酶
? 细菌的 DNA促旋酶是一个由两种亚基组成的分子量
为 400kD的四聚体。 105 kD的 A亚基由 gyrA基因
（即 nalA）编码，与 DNA链的断裂和重新连接的过
程有关。
? 变性时,A亚基通过和 DNA底物以转酯化作用形成
共价连接。分子量为 95kD的 B亚基由 gyrB基因（即
cou）编码，具有 ATP的功能，促使 DNA形成超螺旋。
? 这种 DNA促旋酶是细菌体内独特的拓扑异构酶 II，
是已知的唯一能够使双链 DNA产生负超螺旋化的拓
扑异构酶。
DNA促旋酶的作用模式
2)拓扑异构酶
? 拓扑异构酶的功能是改变 DNA的连接数目和 DNA
的拓扑结构，使其发挥正常的功能。
? 拓扑异构酶的作用方式一般经过三个步骤完成,
? 第一步是酶与 DNA结合，使 DNA的一条链或两条
链产生缺口或断裂；
? 第二步是酶从已经形成的临时缺口通过 DNA链，
这个过程正常情况下在分子内进行，但在特殊
情况下也可以在分子间进行而导致杂合 DNA分子
的形成；
? 在最后阶段，断开的 DNA链重新闭合，形成相对
于天然 DNA底物或是, 松弛, 或是, 超螺旋, 的
双链，并释放出 DNA和酶。
2) 拓扑异构酶
? 拓扑异构酶 I使单链 DNA断裂和闭合，这些酶能够
促使 DNA形成不同的拓扑结构的互变，从而使连接
数目发生变化。
? 拓扑异构酶 II利用双链 DNA的临时性双链缺口以改
变 DNA的拓扑结构，使 DNA连接数目改变两个整数。
? 图所示为哺乳类拓扑异构酶 I（ A）和拓扑异构酶
II(B)对 DNA的作用模式，以及拓扑异构酶 II抑制
剂造成细胞死亡的过程 (C)。
拓扑异构酶 I对 DNA的作用模式
拓扑异构酶 II对 DNA的作用模式
拓扑异构酶 II抑制剂造成细胞死亡的作用模式
2) 拓扑异构酶
? 拓扑异构酶 IV是细菌细胞生长所必须的酶，其为 2
个 C亚基和 2个 E亚基组成的四聚体，在 DNA复制
后期姊妹染色体的分离过程中起重要的作用。
? 其中 C亚基由 parC 基因编码（金黄色葡萄球菌由
grlA基因编码），负责 DNA 的断裂和重接； E亚
基由 parE基因编码（金黄色葡萄球菌由 grlB基因
编码），催化 ATP的水解。
2、喹诺酮类药物与拓扑异构酶 -DNA
复合物的交互作用
? 已有的研究表明，喹诺酮类药物的特异性结合同
时需要 DNA和拓扑异构酶，因此，这类药物的作用
靶位是酶 - DNA复合物。
? 很多研究表明，喹诺酮类药物与 DNA-拓扑异构酶
II复合物的交互作用能够影响 DNA结合,DNA结构
以及拓扑异构酶的构型。
? 另外，与酶 - DNA复合物结合的喹诺酮类药物，在
拓扑异构酶的作用下，随着由喹诺酮类的诱导而
造成的 DNA发生断裂而被释放出来。
2、喹诺酮类药物与拓扑异构酶 -DNA
复合物的交互作用
? 诺氟沙星能够稳定 DNA与拓扑异构酶的交互作用，
且在没有 ATP存在的条件下以及不发生 DNA断裂的
情况下也有作用，这就提示喹诺酮类药物的作用
在 DNA链的断裂之前。
? 另外，诺氟沙星通过与 DNA-拓扑异构酶 IV复合物
的结合，使 DNA的结构发生改变。
? 这种由喹诺酮类药物诱导的 DNA结构变化的程度，
在 DNA链不发生断裂的情况下的强度大于不存在拓
扑异构酶 IV时的强度。
2、喹诺酮类药物与拓扑异构酶 -DNA
复合物的交互作用
? 环丙沙星也能与 DNA- DNA促旋酶（不能引起 DNA断裂的突
变株）复合物结合，并能促进酶的构型发生变异。
? 酶的这些构型变化能够改变 ATP水解的速率，这种喹诺酮
类 -特征速率可以用来监测药物结合和 DNA断裂的动力学。
? 环丙沙星能够快速地改变 ATP水解的速率，但 DNA断裂的速
率相当缓慢，提示这两个过程是分离的。
? 因此，喹诺酮类药物似乎是起到稳定 DNA与拓扑异构酶结
合的作用，以及促进酶的构型发生变化。
3、喹诺酮类 -拓扑异构酶 -DNA复合物与 DNA复制叉和
RNA多聚酶的交互作用
? 喹诺酮类药物不仅能够抑制 DNA的合成，在
较高的浓度下，也能抑制 RNA的合成。
? 这种作用是通过喹诺酮类药物稳定 DNA-拓
扑异构酶 II复合物来介导的，对 DNA合成的
抑制作用在体内可以由喹诺酮类药物与 DNA
促旋酶和拓扑异构酶 IV的交互作用来实现。
3、喹诺酮类 -拓扑异构酶 -DNA复合物与 DNA复
制叉和 RNA多聚酶的交互作用
? 在体外研究这一作用机制时发现：加入 EDTA能够逆转由喹
诺酮类药物稳定的 DNA-拓扑异构酶 II复合物。但是，具有
活性的 DNA复制复合物与 DNA-拓扑异构酶 II复合物的碰撞
所产生的复合物，不受加入 EDTA的影响，但也不会使 DNA
断裂。
? 这种碰撞也阻碍了 DNA复制叉的功能。丧失断裂 DNA能力的
拓扑异构酶 IV突变株虽然能够与拓扑异构酶 IV结合，但即
使在喹诺酮类药物存在的情况下也不能阻碍 DNA复制叉的
功能。
? 因此,DNA-喹诺酮类药物 -活性拓扑异构酶 IV复合物似乎
对 DNA复制叉形成了物理障碍。尽管复制与拓扑异构酶复
合物的交互作用将 DNA-喹诺酮类药物 -拓扑异构酶复合物
趋于更加稳定，但仅是这一作用似乎还不足于使双链 DNA
断裂，而喹诺酮类药物对细菌的抑制作用必须要使双链
DNA断裂。
3、喹诺酮类 -拓扑异构酶 -DNA复合物与 DNA复制叉和 RNA多聚
酶的交互作用
? 在体外，通过与 DNA促旋酶的交互作用能够很快地抑制 DNA
的合成，与拓扑异构酶 IV的交互作用所引起的 DNA合成抑
制比较缓慢。这种差异可以认为是由于 DNA促旋酶和拓扑
异构酶 IV在细菌染色体上的位置差异所致。
? DNA促旋酶位于 DNA复制叉的前面，所以，当喹诺酮类 -促
旋酶 -DNA形成后立刻就产生碰撞；相反，拓扑异构酶 IV被
认为位于 DNA复制叉的后面，所以不能与复制叉产生碰撞，
除非要到下一轮 DNA复制。
? 喹诺酮类 - DNA、促旋酶 - DNA复合物也能阻碍 RNA聚合酶
的移动，因此使转译提前终止。与阻碍 DNA复制一样，不
能断裂 DNA的促旋酶突变株也不能阻碍转译过程。
3、喹诺酮类 -拓扑异构酶 -DNA复合物与 DNA复制叉和
RNA多聚酶的交互作用
? 尽管近年来对喹诺酮类药物的作用机制进行了许
多研究工作，并取得了很大的进展，但尚有许多
地方需要进一步研究加以阐明，如：喹诺酮类药
物与 DNA -拓扑异构酶结合的位点、酶的构型的改
变与结合位点的形成以及由于喹诺酮类药物的结
合而产生的拓扑异构酶构型的改变等。
? 另外，体内喹诺酮类药物与 DNA -拓扑异构酶复合
物产生交互作用所引起 DNA双链断裂的分子因素
（ molecular factors）、以及这些分子因素对喹
诺酮类药物抗菌活力的作用等都是今后值得进一
步研究的重要课题。
(二 ) 细菌对喹诺酮类抗菌药物产生
耐药性的作用机制
? 细菌对喹诺酮类药物产生耐药性是由于靶酶（ DNA
促旋酶和 /或拓扑异构酶 IV）发生变异，使药物与
靶酶的亲和力降低，以及细菌通过降低药物在胞
内的累积量。
? 编码这些酶的基因（ gyrA/gyrB/parC/parE）的核
苷酸顺序以及这些酶的氨基酸顺序都具有很大的
相似性。
? 在 gyrA和 parC基因内有一个被称之为热点
（ hotspots）的喹诺酮类耐药决定区（ quinolone
resisitance determining region,QRDR）。
1,DNA促旋酶发生变异的耐药机制
? 细菌对喹诺酮类药物产生耐药性的机制研究主要集中在
对 DNA促旋酶的研究，特别是对其亚基的研究。有关大肠
埃希菌 GyrA蛋白的三维结构已经有所研究。
? 喹诺酮类药物与该酶的交互作用阻止了 GyrA将 DNA切断后
重新拼接功能的发挥。从 GyrA蛋白的三维结构看,GRASP
（甘氨酸 -精氨酸 -丙氨酸 -丝氨酸 -脯氨酸）的序列具有静
电学特征。
? 从这一特征分析,Tony Maxwell提出了 DNA绕着 DNA促旋酶
的, 鞍座, （ saddle）和, 驼峰, (hump)弯曲的模型。根
据这一模型,DNA结构需要变形以与 122位酪氨酸活性部位
发生作用，使 DNA发生断裂和重新拼接。
2,DNA拓扑异构酶 IV发生变异的耐药机制
? DNA拓扑异构酶 IV作为喹诺酮类药物的另一个作用靶位，
近年来进行了很多的研究。尽管在革兰氏阳性菌和革兰氏
阴性菌中，氟喹诺酮类药物的首选靶位是 DNA促旋酶，但
对于那些广谱的新的氟喹诺酮类药物来说并不是如此，它
们对 DNA促旋酶和 DNA拓扑异构酶 IV具有相同的作用。
? DNA拓扑异构酶 IV是一个由 2个 A亚基和 2个 B亚基组成的四
聚体酶，其氨基酸顺序和核苷酸顺序与 DNA促旋酶非常相
似。 DNA拓扑异构酶 IV的研究工作大多数是在肺炎链球菌
和金黄色葡萄球菌中进行的。
? 用大肠埃希菌来定位，则 gyrA基因的突变热点（ 83位丝氨
酸和 87位谷氨酸）与 parC基因的突变热点（ 79位的丝氨酸
和 83位门冬氨酸）一样。氟喹诺酮类药物与 DNA促旋酶的
作用，和与 DNA拓扑异构酶 IV相似。
3、对喹诺酮类药物产生耐药性的主动外排机制
? 在大肠埃希菌中，外膜的孔蛋白与外排泵相联，孔蛋白
的作用是使药物或其它物质能够进入胞内。
? 对其研究发现，降低喹诺酮类药物敏感性的外排泵为
acrAB-tolC 系统，其中 AcrB为存在于细胞质膜的外排泵
蛋白,AcrA为辅助蛋白,TolC为外膜蛋白。较早的研究已
经发现 mar操纵子和 sox操纵子能够提高抗菌药物的多重耐
药性。
? 引起增加转译活化子 marA和 soxS表达的突变，会影响各种
不同基因的表达，如 ompF 和 acrAB基因。
? 其最终结果是导致 OmpF蛋白表达降低，从而致使很少的药
物能够进入细菌胞内；而 acrAB蛋白表达增加，从而使增
强了外泵的作用。
四、恶唑烷酮类抗菌药物的
作用机制与细菌耐药性
? 最早研究开发恶唑烷酮类化合物是由杜邦公司
在 20世纪 80年代后期开始，其最有潜在应用价
值的化合物是 DUP721和 DUP105，它们对革兰氏
阳性菌包括 MRSA和革兰氏阴性厌氧菌及结核杆
菌均有活性，后来由于它们在动物模型中的毒
性较大而放弃了进一步的开发。
? 但它们不同于现有已知抗菌药物的全新结构吸
引了众多制药公司对恶唑烷酮类化合物进行深
入的研究。特别是随后普强公司研究开发的 2
个 (S)-5-acetamidomethy-2-衍生物羟哌恶酮
（ eperezolid）和吗啉恶酮（ linezolid。
DUP721,DUP105、羟哌恶酮和吗啉恶酮的化学结构
N
ON
O
H
O
C H
3
D U P 7 2 1
1
R
R
2
R
1
= H R
2
= C O C H 3
D U P 1 0 5 R
1
= H R
2
= S O C H 3
e p e r e z o i d R
1
= F R
2
= N N
O
O H
l i n e z o l i d
R
1
= F R
2
= ON
H
作用机制
? 对恶唑烷酮类药物作用机制的研究发现，其抑制
位点发生在 mRNA与 50S核糖体结合的起始转译阶段。
? 这类药物直接与 50S核糖体亚单位结合，并与氯霉
素、克林霉素和林可霉素竞争此作用靶位。但是，
与氯霉素或林可霉素的作用机制不同，恶唑烷酮
类药物并不是通过抑制肽酰转移酶或抑制翻译终
止反应来抑制蛋白质的合成，而是通过与靠近 30S
界面的 50S亚单位结合，以阻止 70S起始复合物的
形成。
? 这是迄今为止发现的抗菌药物的新的作用机制，
目前还未曾发现与其它蛋白合成抑制剂类抗菌药
物有交叉耐药性。
细菌核糖体合成的循环过程以及吗啉恶酮的阻断位点
抗菌活性
? 结果发现一系列药物修饰酶（ linA,linA′,
linB,vgb,vat,satA,cat,ant(4′)(4″) -Ⅰ,
aac(6′) -aph(2″),aphA -3）对吗啉噁酮不起作
用，也不存在外排机制（ msrA,mefE,mefA，
mreA,vga,tetK,tetL）,tetM和 tetO对作用靶
位的修饰也难以抵挡吗啉噁酮的杀菌作用，因此
可见吗啉噁酮与其它蛋白合成抑制剂类抗菌药物
（如四环素类、氨基糖苷类、大环内酯类、氯霉
素、林可霉素、链阳性菌素类）没有交叉耐药性。
菌 株 抗性基因 特 征 吗啉噁酮 MIC(mg/L)
MLSB抗性（靶位修饰）
金黄色葡萄球菌 RN450
金黄色葡萄球菌 HM290
金黄色葡萄球菌 HM290-1
金黄色葡萄球菌 HM1054
金黄色葡萄球菌 HM1054/R
金黄色葡萄球菌 GUE
粪肠球菌 JH2-2
粪肠球菌 JH2-2(Tn1545)
粪肠球菌 JH2-2(pAMβ1)
酿脓链球菌
酿脓链球菌 CNN1
酿脓链球菌 CNN1-1
大环内酯抗性（外排）
金黄色葡萄球菌 RN4220
金黄色葡萄球菌 RN4220(msrA)
肺炎链球菌
肺炎链球菌 02J2275
酿脓链球菌
酿脓链球菌 UVC3
无乳链球菌
无乳链球菌 COH331γ/δ
林可霉素抗性（药物修饰）
溶血链球菌 BM4610-1
溶血链球菌 BM4610
金黄色葡萄球菌 BM4611-1
金黄色葡萄球菌 BM4611
粪肠球菌 JH2-2
粪肠球菌 JH2-2(linB)
链阳性菌素抗性（外排及药物修饰）
粪肠球菌 JH2-2
粪肠球菌 JH2-2(satA)
金黄色葡萄球菌 RN450
金黄色葡萄球菌 RN450(pIP524)
四环素抗性（核糖体保护及外排）
粪肠球菌 JH2-2
粪肠球菌 JH2-2(tetO)
粪肠球菌 JH2-2(Tn1545-tetM)
金黄色葡萄球菌 RN4220
金黄色葡萄球菌 (tetM)
粪肠球菌 JH2-2
粪肠球菌 JH2-2(tetK)
氯霉素抗性（药物修饰）
无
ermA（诱导型）
ermA（组成型）
无
ermC（组成型）
ermC（诱导型）
无
ermB（诱导型）
ermB（组成型）
无
ermTR（诱导型）
ermTR（组成型）
无
msrA
无
mefE
无
mefA
无
mreA
无
linA
无
linA
无
linB
无
satA
无
vgb-vat-vga
无
tetO
tetM
无
tetM
无
tetK
无
cat
无
aac(6′)-aph(2″)
aphA-3
无
对照株
野生株
HM290突变株
对照株
HM1054转移接合株
野生型
对照株
JH2-2转移接合株
JH2-2转移接合株
对照株
野生型
CNN1突变株
对照株
RN4220转移接合株
对照株
野生型
对照株
野生型
对照株
野生型
BM4610诱导株
野生型
BM4611诱导株
野生型
对照株
JH2-2转移接合株
对照株
JH2-2转移接合株
对照株
RN450转导株
对照株
JH2-2转移接合株
JH2-2转移接合株
对照株
野生型
对照株
JH2-2转移接合株
对照株
JH2-2转移接合株
对照株
JH2-2转移接合株
JH2-2转移接合株
对照株
1
1
1
1
0.5
0.5
1
1
1
0.5
0.25
0.25
1
1
0.5
0.25
0.5
0.25
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
谢谢
