第六章 氨基糖苷类抗生素及细菌耐药性
第一节 氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征
氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征
链霉素是由 Waksman等于 20世纪 40年代初，年首
先发现的由灰色链霉菌产生的氨基糖苷类抗生
素。 Waksman发现链霉素对人类具有两大贡献,
一是 链霉素在临床上的应用,拯救了无数结核病
患者；
二是 系统地探讨土壤中微生物的拮抗作用,并指
出放线菌作为抗生素来源的巨大潜力。
氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征
链霉素的发现极大地刺激了世界范围内的
无数学者开始系统地, 有计划地筛选新抗
生素,特别是注重从放线菌中筛选新抗生素,
迎来了抗生素的黄金时代 。
氨基糖苷类抗生素品种多达 200余种, 其
中有实用价值的品种不下 30种, 以抗菌谱
广, 疗效好, 性质稳定, 生产工艺简单等
优势, 在市场上占据了相当的分额 。
氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征
根据这类抗生素结构特征，卡那霉素等被
列为第一代氨基糖苷类抗生素（如表所
示）。
这一代抗生素的品种最多，应用范围涉及
到农牧业，其结构特征为分子中含有完全
羟基化的氨基糖与氨基环醇相结合。
本代抗生素均不抗铜绿假单胞菌。
第一代氨基糖苷类抗生素品种
取代类型
抗 生 素 品 种
4,5—
双取代
新霉素 (NM),巴龙霉素 (PM),核糖霉素 (RM)、
里威杜霉素, 杂交霉素, 丁酰苷菌素 (BT)
4,6—
双取代
卡那霉素 A/B,突变霉素, 暗霉素, NK1001,
JI— 20A/B,庆大霉素 B等小组分
单取代
阿泊拉霉素, 潮霉素, 越霉素, 新霉素 A和链霉素
其它
春日霉素, 有效霉素, 奇放线菌素
第二代氨基糖苷类抗生素
以庆大霉素为代表的第二代氨基糖苷类抗
生素的品种较第一代氨基糖苷类抗生素的
品种少。
但抗菌谱更广，对上述第一代品种无效的
假单胞菌和部分耐药菌也有较强的抑杀作
用，有替代部分前者抗感染品种的趋势。
结构中含有脱氧氨基糖及对铜假单胞菌有
抑杀能力是第二代品种的共同特征。
第二代氨基糖苷类抗生素
它们包括庆大霉素（ GM）、妥布霉素
（ TOB）、西索霉素（ Siso）,DKB（双脱
氧卡那霉素 B）、小诺霉素（ NCR)和稀少霉
素在内的 拟三糖 ；
以及包括福提霉素,istamycin、
sporaricin,sanamycin,dictimicin在内
的 拟二糖 药物。
第三代氨基糖苷类抗生素
以奈替米星 (NTL)为代表的第三代产品, 全
系 1— N— (2-DOS)取代的半合成衍生物 。 这
部分内容将在第三节中加以阐述 。
第一第二代都为直接来源于微生物代谢的
天然产物 。
链霉素 壮观霉素
小诺霉素
O
O
O H
N H
2
H
2
N
O
H O
H O
H
2
N
O
O HO H
H O
H
2
N
核糖霉素
抗生素
R
R1
R2
R3
R4
R5
福提霉素 A
CH3
H
COCH2-
NH2
OH
H
NH2
福提霉素 B
CH3
H
H
H NH2
Sporaricin A(KA-
6606-I)
CH3
H
COCH2-
NH2
H
NH2
H
Sporaricin B(KA-
6606-II)
CH3
H
H
H
NH2
H
O
O
C NHHO
2
C
NH
Me
O H
H O
H O
H O
NH
2
O H
I
春雷霉素
O
H O
O H
O
N H
H O
O H
C H
3
O
H
3
C O
O
O
O H
H O
潮霉素
H O
O H
H O
H N
H O
H O
O H
O H
O
H O
O H
O H
O H
V a l i d a m y c i n A
O O
O
O H
H N
O
O
H O
H O N H
2
N H
2
H
2
N
O H
C H
3
O H
N H
2
O
H O
阿泊拉霉素
氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征
有实用价值的氨基糖苷类抗生素应具有抗
菌谱广、耐钝化酶强、低毒性的特点，这
三者紧密相关。
氨基越多，抗菌能力越强，但随之毒性也
增大；而耐钝化酶广必然伴随着抗菌性能
好。
从第一代氨基糖苷类抗生素发展到第三代氨
基糖苷类抗生素基本上反应了上述的发展
规律。
第二节
氨基糖苷类抗生素的作用机制
氨基糖苷类抗生素的作用机制
氨基糖苷类抗生素抑制蛋白质合成起始过程
的位点有 三个,
一是特异性地 抑制 30S合成起始复合体的形成,
如春日霉素；
二是抑制 70S合成起始复合体的形成和使
fMet-tRNA从 70S起始复合体上脱离,如链霉
素、卡那霉素、新霉素、巴龙霉素、庆大
霉素等；
氨基糖苷类抗生素的作用机制
三是 这类抑制 70S合成起始复合体的抗生素也
能引起密码错读。
链霉素等抗生素造成密码错读的原因是由于
其分子中有造成读错密码的活性中心 —— 去
氧链霉胺或链霉胺 的缘故,而春日霉素分子中
没有这种结构,也就没有造成读错密码的作用。
其密码错读的结果影响了 mRNA的密码子与
tRNA的反密码子间的相互作用。
30S核糖体的结构
? 细菌的核糖体作为蛋白质翻译的器官，由 RNA和多
种蛋白质组成，核糖体可与 mRNA和 tRNA相结合，
在多种其他蛋白质因子的参与下完成蛋白质的翻
译过程,其中 30S核糖体亚基与 tRNA的结合是蛋白
质合成的关键步骤之一。
? 30S核糖体有三个 tRNA结合位点,
? A（ aminoacyl）
? P（ peptidyl）
? E（ exit）位点。
在 T.thermophilus 的 30S核糖体结构
? 在 T.thermophilus 的 30S核糖体中,RNA和蛋白质
的分布是不对称的。
? 20个蛋白质 (命名为 S2-S20和 Thx) 集中在 30S核糖
体的上部，侧部和背部；而在 RNA内部区域及 30S
和 50S的接合部，基本无蛋白质分布。
? 16S的 RNA分子则包含有超过 50个规则的螺旋结构
(helix,编号为 H1-H45)构成，加上一些不规则的
环 (loop)连接其间。整个 30S核糖体可大体分为四
个区域,5’区域 /中心域 /3’主域和 3’次域，前三个
区域结合得较为紧凑，而最后一个区域则相对伸
展在外部。
T,thermophilus 30S 核糖体的晶体结构
RNA,红色 ； 蛋白质：蓝色
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 在链霉素结合于 30S核糖体的晶体结构中
（无 mRNA和 tRNA分子），链霉素可通过氢
键和盐桥与 16S RNA结合，其中涉及的碱基
有,U14,A914（作用于链霉胍）,G527（作
用于链霉胺）,C526（作用于链霉
胺）,A913（作用于链霉胺）,C1490（作用
于链霉胍）和 G1491（作用于链霉胍）；
? 此外，链霉素还直接作用于蛋白质 S12，
S12的 K45残基可与链霉胍形成两个氢键。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 巴龙霉素结合于 30S核糖体的 RNA（主要是 A位点）后，使
两个重要的碱基 A1492和 A1493外翻，该构型与核糖体与
mRNA和 tRNA结合后的构型相似，因而处于该构型的核糖体
更易与 mRNA和 tRNA结合 (不用改变构型 )，使一些非配对的
tRNA有可能结合于 mRNA上，引起解码的精确性降低，同时
由于 A1492和 A1493也可与巴龙霉素结合，他们不能再有效
地接触于 mRNA-tRNA复合物，使之不能监控 tRNA分子与
mRNA的结合，这同样引起蛋白质解码的精确性降低。
? 这一机制也似乎广泛存在于含 2-脱氧链霉胺的其他氨基糖
苷类抗生素中。
? 此外，巴龙霉素似乎并不与核糖体的蛋白质部分有紧密地
相互作用。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 在 GMC1a-RNA的复合物中,RNA的螺旋
状骨架因 GMC1a的插入而发生扭曲，由于
A1492的凸起以及在非规则位的 A1408-
A1493对使 RNA的大沟间距扩大了大约
6.6?,GMC1a结合其间；
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? GMC1a的多个羟基和氨基则与 RNA形成氢键网络，
如 1位和 3位氨基分别与 U1495和 G1494形成氢键，
6′ 氨基在能与 A1493 和 G1491形成氢键的距离范
围之内,2″ 羟基在氨基在能与 G1405和 U1406形成
氢键的距离范围之内,4″ 羟基可与 G1405和 U1406
形成氢键；
? 此外在 GMC1a分子内也有氢键形成，如 5-OH可与
2′ -NH2形成羟基，这可能有助于稳定 GMC1a的分
子构象。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 氨基糖苷类抗生素分子中的氨基和羟基对
于保持抗菌活性十分重要，如被钝化酶修
饰可导致丧失活性，从 GMC1a和 16S rRNA的
A位点结合部位来看，这些位点均和 RNA分
子有直接的相互作用，例如 2-脱氧链霉胺
（ 2-deoxystreptamine,2-DOS）是 GMC1a
的活性中心,1位和 3位氨基是乙酰化转移
酶 (AAC1和 AAC3)的靶位，任何一个氨基如
被乙酰化可使 GMC1a失活；
? 在 GMC1a-RNA的复合物中这两个氨基分别与
U1495和 G1494形成氢键；
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 绛红糖胺（ purposamine） 的 6′ 氨基是另一个乙
酰化转移酶 (AAC6′) 的靶位，它则作用于 A1493
和 G1491,2′ -NH2(AAC2′ 的作用靶位 )则作用于
A1493；加拉糖胺 (garosamine) 中的多个羟基及
一个甲胺基也可分别与 16S RNA形成多个羟基 。
? 可由此推测，这些活性基团对于 GMC1a结合于 A位
点十分重要，修饰这些基团可能导致 GMC1a 与核
糖体的亲和力降低，影响其与核糖体的结合。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 在 Geneticin（ G－ 418）与寡聚 RNA（含两个 A位点）
的复合物晶体结构中,A1492和 A1493突出在外，
而 Geneticin的 3′ 和 4′ 的羟基分别与 A1492和
A1493的磷酸键中的氧形成氢键，进而稳定这一构
象；
? 与 GMC1a类似,Geneticin的氨基和羟基与 RNA间形
成多个氢键，如 6′ -OH与 A1408(N1)形成氢键；重
要的 2-DOS的 1-NH2 与 U1495和一个水分子形成氢
键,3-NH2则与 A1493(O1-P),G1494（ N7和 O2-P）
形成三重氢键。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 妥普霉素 结构上接近于卡那霉素类抗生素，在结
合于寡聚 RNA后,A1492和 A1493同样呈突出构型，
相对于 Geneticin，托普拉霉素 3′ 位无羟基，与
A1492间没有氢键形成；
? 4′ 羟基依旧与 A1493形成羟基，并额外与一个 RNA
内的水分子形成氢键； 2′ -N则通过两个水分子分
别与 A1492和 A1493形成氢键； 2-DOS与 Genteticin
的 2-DOS一样与 RNA分子形成众多氢键。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 在潮霉素 B-30S核糖体复合物的晶体结构中，
潮霉素 B结合于 H44的顶端，在 helix的大沟
中；它作用于 RNA的特定区域，包括 1490-
1500和 1400-1410的核苷酸。
? 潮霉素 B的结合似乎并未严重改变 RNA的构
型，但可观察到一系列氢键形成与潮霉素 B
和 RNA分子之间。
第三节 细菌对氨基糖苷类抗生素
产生耐药性的作用机制
细菌对氨基糖苷类抗生素
产生耐药性的特异性作用机制
一是 细菌产生一种或多种有关的钝化酶来修
饰进入胞内的活性抗生素使之失去生物活
性；
二是 氨基糖苷类抗生素的作用靶位核糖体或
是与核糖体结合的核蛋白的氨基酸发生突
变，而使进入胞内的活性抗生素不能与之
结合或结合力下降。
一、钝化酶介导的耐药机制
（一）氨基糖苷类抗生素钝化酶的生物学特性
? 对氨基糖苷类抗生素产生耐药的细菌往往
是通过细菌产生的
? 酰基转移酶 (acetyltransferases,AAC)；
? 腺苷转移酶 (adenylytransferases,ANT)；
? 磷酸转移酶 (phosphotransferases,APH)
? 对进入胞内的活性分子进行修饰使之失去
生物活性。
一、钝化酶介导的耐药机制
（一）氨基糖苷类抗生素钝化酶的生物学特性
? 在这类耐药菌中，编码这些钝化酶的耐药
基因通常是由质粒携带且其中很多与转座
子相连，加速了这些耐药基因在种间的传
递。
一、钝化酶介导的耐药机制
（一）氨基糖苷类抗生素钝化酶的生物学特性
? 对这些钝化酶所用的符号定义如下,AAC（酰基转移酶）,
ANT（核苷酸或腺苷酸转移酶）,APH（磷酸转移酶）为酶
修饰的类型；
? (1),(3),(6),(9),(2’),(3’),(4’),(6’),(2’’)和
(3’’)表示酶的作用位点； I,II,III,IV和 V表示独特的
耐药模式； a,b,c为独特的蛋白类型；
? 因此,AAC(6’)-Ia和 AAC(6’)-Ib表示二种具有不同蛋白特
性的同一种酶，其催化同一反应；
? 编码这些酶的基因用相应的符号，如 aac(6’)- Ia 和
aac(6’)-Ib分别编码能够催化同一反应的两种酶蛋白的基
因。
链霉素 大观霉素
（ 二）氨基糖苷类抗生素的同源性和其他一些特性
1） APH亚类，它包括所有已知的 3’磷酸化酶；
2） AAC(6’)-Ib,AAC(6’)-IIa,AAC(6’)-IIb和
AAC(6’)-APH(2’’)双功能蛋白的 AAC(6’)部分；
3） ANT(9)和 ANT(3’’)两种修饰 Sm的酶；
4） AAC(３ )-Ia和 AAC(３ )-Ib；
5） APH(6)-I；
6） AAC(6’)-Ic,AAC(6’)-Id,AAC(6’)-If和嘌
呤霉素酰基转移酶（ PUAT）；
7） AAC(３ )酶。
一
些
抗
生
素
产
生
菌
对
自
身
产
物
耐
受
的
机
制
产生菌
产物
耐受机制
弗氏链霉菌
新霉素
APH(3’),AAC(3)
龟裂链霉菌巴龙霉素
产生菌
巴龙霉素
APH(3’),AAC(3)
淡紫青链霉菌
青紫霉素
APH(3’),AAC(3)
核糖苷 链霉菌
核糖霉素
APH(3’),AAC(3)
环状芽孢杆菌
丁酰苷菌素
APH(3’),AAC(3)
卡那霉素链霉菌
卡那霉素
AAC(6’)
黑暗链霉菌
暗霉素复合物
AAC(6`),AAC(2’)
灰色链霉菌
链霉素
SPH(6),SPH(3’’)
吸水链霉菌
NRRL2387
潮霉素 B
HPH
白黑链霉菌
嘌呤霉素
PAC
石榴链霉菌
紫霉素
VPH
缠绕链霉菌
卷曲霉素
CPH,CAC
链霉菌 V-13-1
链丝菌素
STAT
诺尔丝链霉菌
诺尔丝菌素
NAT
吸水链霉菌
ATCC21705
双丙磷
DPAT(PAT)
Streptovericillium
sp,JCM4673
杀假丝菌素 S
酰基转移酶
轮丝浅绿链霉菌
博莱霉素
酰基转移酶
春日链霉菌
春日霉素
酰基转移酶
委内瑞拉链霉菌
氯霉素
水解酶
红霉素链霉菌
红霉素
核糖体被甲基化
弗氏链霉菌
磷霉素
谷光甘肽附加物 （？ ）
刺孢小单孢
庆大霉素
核糖体发生变异
抗生链霉菌
夹竹桃霉素
葡基转移酶
鬼裂链霉菌
四环素
主动转运系统
黑暗链霉菌
妥普霉素
酰基转移酶, 核糖体变
异
一
些
抗
生
素
产
生
菌
对
自
身
产
物
耐
受
的
机
制
二、氨基糖苷类抗生素作用靶位 16SrRNA和
S16核蛋白发生变异的耐药机制
研究证实链霉素的作用靶位是在细菌的核体
上，它的抗菌作用是通过使 tRNA阅读错误
来实现的。
氨基糖苷类抗生素作用靶位 16SrRNA和 S16核
蛋白发生变异的耐药机制
临床分离的许多细菌对氨基糖苷类抗生素
产生抗性，主要通过如上所述的各种钝化
酶对抗生素的修饰作用来实现的,而至今
对链霉素抗性的结核分枝杆菌的研究还未
发现有这种耐药机制。
氨基糖苷类抗生素作用靶位 16SrRNA和 S16核
蛋白发生变异的耐药机制
这种细菌对链霉素的抗性是由于链霉素的
作用靶位 16SrRNA的某些碱基发生了突变
（编码该核糖体的基因为 rrs），或是与核
糖体结合的 核蛋白 S16（该蛋白起到稳定核
糖体三维结构的作用）的某些氨基酸发生
了突变所致（编码该蛋白的基因为 rpsL）。
大肠艾希氏菌 16S rRNA的二级结构模型以及对链霉素产生抗性的
结核分枝杆菌和大肠艾希氏菌的核糖体碱基发生突变的位点
对链
霉素
敏感
的和
具有
抗性
的结
核分
枝杆
菌的
遗传
特性
比较
菌株
基因型
表型 {对链霉素的
MIC(mg/L)}
敏感性
a
突变
类型
取代位点
加 Tween
不加
Tween
2742/95
Sms
野生型
野生型
1.0~2.0
0.5~1.0
2744/95
Sms
野生型
野生型
1.0~2.0
0.5~1.0
2529/95
Sms
野生型
野生型
1.0~2.0
0.5~1.0
2082/95
Sms
野生型
野生型
1.0~2.0
0.5~1.0
4649/83
Smr
rpsL
43-Lys →Arg
>1,000
>1,000
4513/83
Smr
rpsL
43-Lys →Arg
>1,000
>1,000
5141/83
Smr
rpsL
43-Lys →Arg
>1,000
>1,000
3626/83
Smr
rpsL
43-Lys →Arg
>1,000
>1,000
11966/89
Smr
rpsL
88-Lys →Arg
250~500
250~500
3555/83
Smr
rpsL
88-Lys →Arg
500~1,000
250~500
K8/94
Smr
rpsL
88-Lys →Arg
>1,000
>1,000
K11/94
Smr
rpsL
88-Lys →Arg
>1,000
>1,000
4362/83
Smr
rrs
523-A →C b
50~250
25~50
5127/85
Smr
rrs
523-A →C b
250~500
25~50
K4/94
Smr
rrs
523-A →C b
50~250
12.5~25
3976/83
Smr
rrs
522-A →T b
50~250
12.5~25
3601/84
Smr
rrs
526-A →T b
50~250
25~50
K3/94
Smr
rrs
526-A →T b
250~500
25~50
3564/83
Smr
野生型
野生型
25~50
2.0~6.0
3660/83
Smr
野生型
野生型
25~50
2.0~6.0
3694/83
Smr
野生型
野生型
25~50
2.0~6.0
4931/83
Smr
野生型
野生型
25~50
2.0~6.0
4308/95
Smr
野生型
野生型
25~50
2.0~6.0
对链
霉素
敏感
的和
具有
抗性
的结
核分
枝杆
菌的
遗传
特性
比较
从表中研究结果可知，对链霉素具有抗性的
结核分枝杆菌具有以下三种遗传特性,
? 由于编码 S16核蛋白的基因 rpsL发生了突变，从而
使该蛋白的 43位和 88位的赖氨酸变成了精氨酸。
结核分枝杆菌的这种突变使其对链霉菌的抗性增
加了 250～ 1000倍以上；
? 由于编码 16SrRNA的基因 rrs发生了突变，使其 523
位的 A变成了 C；使 522位和 526位的 C变成了 T。结
核分枝杆菌的这种突变使其对链霉素的抗性增加
了 50～ 250倍。
从表中研究结果可知，对链霉素具有抗性的结核分
枝杆菌具有以下三种遗传特性,
第三种耐药菌的遗传特性还不甚了解, 它们对链
霉素的耐药程度增加了 25～ 50倍；
另外, 用细胞膜活性剂 Tween80来试验细菌对药
物的细胞通透性发现：对敏感菌和 rpsL突变耐药
菌基本无效；对 rrs突变耐药菌有一定的效果；
但对上述第三种耐药菌的效果最为明显, 说明这
种耐药菌的耐药机制可能与细胞膜的渗透性有关 。
表 6-6 由于编码 16SrRNA的基因发生突变而引起对链霉素抗性的各种耐药菌的遗传特性
各种菌株 顺序（ 5’— 3’）
Chlamydomonas reinhardtii
野生型 5－ ATGGAGAGTTTGATCCTG－ 22
sr－ u－ sm3 · · · · · G· · · · · ·
大肠埃希氏菌
野生型 4－ TTGAAGAGTTTGATCATG－ 21
C.reinhardtii
野生型 467－ TGCCAGCAGCCGCGGTAA－ 484
sr-u-2-60 · · · · · C· · · · · · ·
Chlamydomonas eugamctos
野生型 TGCCAGCAGCCGCGGTAA
突变株 · · · C· · · · · ·
Nicotiana tabacum
野生型 463－ TGCCAGCAGCCGCGGTAA－ 480
突变株 · · · · · · T· · · · · ·
结核分枝杆菌
野生型 506－ TGCCAGCAGCCGCGGTAA－ 523
突变株 · · · · ·C· · · · · · ·
突变株 · · · · ·T· · · · · · ·
突变株 · · · · · · T· · · · · ·
突变株 · · · ·T· · · · · · · ·
大肠埃希氏菌
野生型 516－ TGCCAGCAGCCGCGGTAA－ 535
结核分枝杆菌
野生型 483－ AGAAGAAGCCSACCGGCCAA－ 497
突变株 · · · · · T· · · · · · ·
大肠埃希氏菌
野生型 493－ AGAAGAAGCACCGGCTAA－ 507
C.teinhardtii
野生型 849－ TGAAACTCAAAGGAATTG－ 866
sr-u-2-23 · · · · ·T· · · · · · ·
sr-u-sm5 · · · · · ·C· · · · · ·
sr-u-sm-3a · · · · · · G· · · · · ·
N.tabacum
野生型 853－ TGAAACTCAAAGGAATTG－ 870
突变株 · · · · · A· · · · · · ·
Euglena gracilis
野生型 869－ TGAAACTCAAAGGATTTG－ 886
突变株 · · · · ·T· · · · · · ·
结核分枝杆菌
野生型 896－ TAAAACTCAAAGGAATTG－ 915
突变株 · · · · · G· · · · · · ·
大肠埃希氏菌
野生型 905－ TAAAACTCAAATGAATTG－ 924
从不
同国
家和
地区
分离
的对
链霉
素敏
感的
和耐
受的
结核
分枝
杆菌
的遗
传特
性
来源
菌株数
耐受
菌株
数
突变菌株数 a
突变位点
rpsLb
rrsc
rpsL位点
rrs位点
亚洲
香港
菲律宾
日本
越南
10
3
10
1
1
0
8
1
1
0
4
1
NDd
0
2
ND
9,43
43,88
88,93
876,90
4
非洲（卢旺达）
14
11
0
0
欧洲（比利时）
1
0
0
0
中东（也门）
6
5
1
1
43
906
北美
纽约
得克萨斯
61
27
43
6
34
0
3
2
43
491,512,
798,513,
516
南美（秘鲁）
6
3
1
ND
43
总数
139
78
42
8
第四节 具有抗耐药菌作用的新的
氨基糖苷类抗生素的研究开发
具有抗耐药菌作用的新的
氨基糖苷类抗生素的研究开发
? 到目前为止，研究开发具有抗产酶耐药菌
作用的新的氨基糖苷类抗生素的最有效的
方法是应用药物化学方法，即根据构效关
系，在已知结构上进行各种化学修饰 ;
? 而根据氨基糖苷类抗生素钝化酶的特性，
来设计开发全新的氨基糖苷类抗生素尚未
取得实质性的进展。
具有抗耐药菌作用的新的
氨基糖苷类抗生素的研究开发
? 应用化学修饰的方法对那些易被各种钝化
酶作用的位点进行结构改造，能够得到一
系列非常有效的新的氨基糖苷类抗生素 ;
? 结构修饰的位点可以是专一性酶作用的位
点，也可以是多酶作用的位点。
一、对钝化酶作用位点进行结构修饰
（一）磷酸转移酶
对磷酸转移酶作用位点的结构修饰工作主
要由 Umezawa领导的科研小组于 60年代至 70
年代早期开始，他们主要是设法保护卡那
霉素免遭 APH，特别是当时非常严重的
APH(3’)对这一抗生素的钝化作用。
一、对钝化酶作用位点进行结构修饰
（一）磷酸转移酶
由此开发获得了与妥布霉素性质相似的 3’-脱氧卡
那霉素，以及同时可以免遭 APH(3’)和 ANT(4’)作
用的 3’,4’-双脱氧卡那霉素 B（地贝卡星） ;
后者的保护作用同样存在于天然的庆大霉素 C和西
梭米星以及西梭米星衍生物奈替米星的分子结构
中。
一、对钝化酶作用位点进行结构修饰
（一）磷酸转移酶
尽管 3’-脱氧氨基糖苷可以免遭磷酸化, 但
也只能起到部分的作用, 因为 AHP(3)酶中
的 APH(3’)-I酶虽然没有合适的底物, 但也
能够牢固地与这些 3’-脱氧氨基糖苷分子结
合, 从而产生耐药性表型 。
（二）酰基转移酶
在酰基转移酶中，最令人们重视的是 6’-N酰
基转移酶，特别是 AAC(6’)- I，因为这些酶
不仅能够修饰天然的卡那霉素和妥布霉素，
也同样能够修饰 1-N取代的衍生物如阿米卡星
和奈替米星。
（二）酰基转移酶
? 临床使用的庆大霉素似乎对 AAC(6’)- I是有抗性的，因为
其中含有约三分之一的庆大霉素 C1;
? 确实，由于庆大霉素 C1 分子的 N-6’含有甲基（同样在 C-6’
也含有甲基）从而对 AAC(6’)不敏感 ;
? 相模湾霉素和庆大霉素 C2b由于都在 N-6’甲基化而对 AAC(6’)
也不敏感 ;
? 针对其它酰基转移酶如 AAC(2’)和 AAC(3)的化学修饰工作
进行的不多，也没有进入临床应用的产品。
（三） 1-N-取代的衍生物
用短链氨酰基或烷基来取代 N-1氨基的化学修饰
工作取得了很大的成功 ;
这一研究思路受到天然产物 丁酰苷菌素
（ butirosins） 的启发 ;
该抗生素由于在 N-1含有氨酰基而对很多钝化酶
产生抗性。
（三） 1-N-取代的衍生物
尽管丁酰苷菌素本身没有应用于临床，但由
此而开发获得了具有临床应用价值的 阿米卡
星 {1-N-[（ S） -4-氨基 -2-羟丁酰基 ]-卡那霉
素 A },
异帕米星 {1-N-[(S)-4-氨基 -2-羟丙酰基 ]-庆
大霉素 B};
阿贝卡星 {1-N-[(S)-4-氨基 -2-羟丁酰基 ]-
3’,4’-双脱氧卡那霉素 B}。
O
O H
H
3
C H N
O
O
N H
2
R H N
H O
O
N H
2
H
2
N
O H
H
3
C
R
庆 大 霉 素 C
1 a
— H
依 替 米 星 — C
2
H
5
1
3
4
6
1 '
2 '
5 '
1 "
2 "
5 "
O
O H
H
3
C H N
O
O
N H
2
R H N
H O
O
N H
2
H
2
N
O H
H
3
C
1
3
4
6
1 '
2 '
5 '
1 "
2 "
5 "
4 '
R
西 梭 霉 素 — H
乙 基 西 梭 霉 素 — C
2
H
5
依替
米星、
奈替
米星
及其
母体
庆大
霉素
C1a
和西
梭米
星
阿米卡星
阿贝卡星
地贝卡星
异帕米星
（四）制备改变手性结构的衍生物
? 通过改变受钝化酶作用的手性碳分子的结构，可
能会对这类酶产生抗性；
? 对西梭霉素类抗生素的 5-OH从平伏键改变为竖键
即为 表西梭霉素,其对 ANT(2’’),AAC(2’)和 AAC(3)
都产生抗性；
? 其原因可能是 5-位羟基位置的改变使甙元 4-C和 6-
C上糖基的旋转自由度更大；
? 这一研究思路在阿米卡星和阿贝卡星的分子中也
进行了尝试，但至今还未曾得到临床应用的改变
手性特征的药物。
（五） 1-C取代衍生物
? 在 2-脱氧链霉胺 C-1位进行了一系列的侧链
取代工作，最为有效的是对庆大霉素 C1中
的 C-1位的羟甲基取代所获得的 S87351，它
能够免遭所有临床上对庆大霉素产生耐药
的耐药菌钝化酶的作用；
? 但令人难以解释的是，同样对卡那霉素的
C-1位结构修饰并不能得到同样的结果。
（六）卤代衍生物
? 对氨基糖苷类抗生素进行卤代修饰的目的不仅在
于试图避免钝化酶的作用，同时也能起到由于卤
素的吸电子特性而保护邻近基团；
? 对卡那霉素 2-脱氧链霉胺中 5位进行单氟或双氟原
子的取代试验表明，它能够完全免遭 ANT(2’’)和
APH(3’)的作用，以及部分免遭 AAC(2’)的作用；
? 将氯原子引入卡那霉素 A分子中的 3’和 6’’位以及阿
米卡星分子中的 6’’位，尽管得到的 3’-脱氧 -3’-氯
卡那霉素能够免遭细菌钝化酶的作用，但对敏感
菌的活性仅为 3’-脱氧 -3’-氟卡那霉素的六分之一，
因此，终止了进一步的研究。
（七）其它衍生物
? 曾在卡那霉素的糖基上用氧原子来取代 C-3’
内环形成双恶唑（ dioxane），其构像发生
了很大的变化，且由于 3’-OH的脱去降低了
分子中这部分结构的极性，从而降低了对
钝化酶的敏感性，但可惜的是同时也大大
地降低了其抗菌活性。
二、应用酶学方法研究开发新的氨基糖苷类抗生素
（一）磷酸转移酶
第一种策略 为如图 A所示将卡那霉素 A或新霉素 1、
6’或 3’’位的氨基脱去,事实表明 APH(3’)-IIa对
1-脱氧卡那霉素 A的催化常数和 APH(3’)-Ia对新
霉素的催化常数分别降低 104和 106，但可惜的是
这些脱氨基衍生物的抗菌活性大大地下降，因
而没有开发价值。
（一）磷酸转移酶
第二种策略为 如图 B所示开发 APH(3’)酶自杀
性底物 。已经应用这种策略制备了 2-硝基卡
那霉素 B和 2-硝基新霉素衍生物，同样可惜的
是虽然这些衍生物是很好的 APH(3’)酶的自杀
性底物，但其抗菌活性也大为降低。
（一）磷酸转移酶
第三种策略为 如图 C所示，根据磷酸基转
移过程中形成过度态中间体的原理，设计
一种 抗生素的结构类似物,其在磷酸基转
移过程中形成的过度态中间体不能像母体
抗生素那样能够转化成为被钝化酶作用的
产物，即这种结构类似物 起着酶抑制剂的
作用 。
（一）磷酸转移酶
第四种策略 为如图 D所示，其原理是根据对
酶结晶三维结构的 X-衍射结果来寻找各种
酶抑制剂。
O
( H
2
N ) H O
O H
O H
N H
2
2 '
6 '
B
C
D
A
O
O H
O H
N H
2
2 '
6 'O
2
N
O
H O
O
O H
N H
2
2 '
6 '
A D P - O
|
P=
O
- O
-
\
O
-
|
H
O
O H
N H
2
2 '
6 '
P
O
O
-
O
-
B
A P H
O
H O
O
O H
N H
2
2 '
6 '
A D P - O
P
O
-
O
O
O
H O
O
O H
N H
2
2 '
6 '
O
O H
O H
C H
3
2 '
6 '
P
O
O
-
O
-
+ A D P
O
O H
N H
2
2 '
6 '
E n z - N u
H
+
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N
S ==
O O
R
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H O
í? ?a ?ù ?¨ ?? ?? ?? A
?? ?? à- ?? ??
O
2
N
O
2
N
?y ?é ì? ?D ?? ì? ?? ?? à- ?? ??
几种克服或免遭 APH(3’)酶钝化
氨基糖苷类抗生素的有效策略
（二）核苷酰转移酶
在对这类酶的研究中,ANT(2’’)-I和 ANT(4’)-I酶
的研究最为深入，因为在临床上，前一种酶钝化
庆大霉素和妥布霉素，后一种酶钝化妥布霉素、
阿米卡星、异帕米星以及其它所有含 4’’-羟基的
氨基糖苷类抗生素 ;
ANT(2’’)-I酶的反应机理比较复杂，除了酶对底
物的识别外，还起码包括 8步反应过程，因此，
比较难以设计相应的酶抑制剂。
（二）核苷酰转移酶
但是，如上所述的 1-N烷基或 1-N酰基衍生物对这种酶
还是有效果的 ;
另外，在一系列的氨基糖苷类抗生素中可以发现：其抗
菌活性与对 ANT(2’’)-I酶核苷酰化的敏感性具有惊人的
平行关系，即这两种特性都很大程度上依赖于糖环上氨
基的数目和位置 （ 2’,6’-脱氨基 ->6’-氨基 ->2’-氨基 ->脱
氨基的糖）,以及如果同样的糖环上没有被羟基化，则
这两种特性能够被加强（庆大霉素 C由于在相应的糖环
上没有被羟基化，因此它比卡那霉素要好，但同样它是
一个比卡那霉素更好的 ANT(2’’)-I酶的底物）。
（二）核苷酰转移酶
对 ANT(4’)-I酶的研究表明：其酶分子中的
145位谷氨酸是活性部位, 因此, 如何设计
这种氨基酸的专一性抑制剂, 有望得到能
够克服 ANT(4’)-I酶作用的新的氨基糖苷类
药物 。
三、基于核糖体结构的新药设计
? 由于细菌核糖体结构的阐明,加之一系列氨基糖
苷类抗生素和核糖体的复合物的结构也已有报道,
使能以 30S核糖体特别是 A位点作为抗生素作用的
靶位,进而有可能筛选和设计化合物，使之能有
效地结合于细菌 30S核糖体的 A位点上，从而发现
新的抗生素；
? 与传统的通过观察抑菌圈形成的新药筛选方法相
比，可以简化目标靶位从整个细菌到 30S核糖体，
甚至可进一步精简到可模拟 A位点的寡聚核苷酸分
子。
三、基于核糖体结构的新药设计
? 已有报道，以新霉胺（ neamine）为母核合成一系
列二聚物，通过筛选能最有效与寡聚 RNA （模拟 A
位点）的化合物，结果发现有两种化合物有较高
的抗菌活性且对 MRSA有效；
? 此外，以新霉胺结合于细菌 RNA A位点的结构为模
型，设计了数种化合物，这些化合物均以 rRNA为
靶位，结果发现有几种化合物对数种含钝化酶的
细菌有着较低的 MIC值。
三、基于核糖体结构的新药设计
? 已有研究报道，以核糖体 RNA的结构为靶位,2-
DOS为基础，设计出一系列新型的含非典型脱氧链
酶胺结构的衍生物，并研究它们的构效关系；虽
然未获得高活性的化合物，但为今后的研究打下
了基础；
? 同时由于数种 AGs钝化酶的晶体结构也已被报道，
还可以通过比较核糖体和钝化酶对 AGs的结合位点，
以便设计出能结合于核糖体但不能与钝化酶结合
的新化合物。
第四节 应用核糖体工程技术进行微生物菌种选育
应用核糖体工程技术进行微生物菌种选育
抗生素产生菌对自身产物产生抗性的
机制与一般病原菌产生抗性的机制一
样，一个重要的原因是由于其作用靶
位核糖体或核蛋白发生变异所致,
抗生素产生菌
耐药基因
耐药特性
RNA甲基化部位
被甲基化的残基
远青链霉菌
tsr
硫链丝菌素
23S;1067
Am
红霉素链霉菌
ermE
MLS
23S;2058
m26A
弗氏链霉菌
tlrA(ermS
F)
MLS
23S;2058
m26A
clr
Lincosamid
es
23S;2058
m6A
变青链霉菌
lrm
Lincosamid
es
23S;2058
m6A
刺孢小单孢
kgmA
卡那霉素 +
庆大霉素
16S;1405
m7G
S.tenjinariensi
s
kamA
卡那霉素 +
阿普拉霉素
16S;1408
m1A
黑暗链霉菌
kgmB+ka
mB
氨基糖苷类
抗生素
16S;1405+1408
m7G+ m1A
卡那霉素链霉
菌
kan
卡那霉素 +
庆大霉素
16S;1405
m7G
一些
抗生
素产
生菌
的 rRNA
被修
饰
（甲基
化）
而造
成对
自身
产物
的耐
药性
药物
MIC
(μg/ml)
为得到突
变株所用
药物的浓
度
所选耐药
菌的数目
产量提高的突变株的数
目
（ 相对于亲株提高的倍
数 ）
>5倍
>10倍
氯霉素
30
60
120
0
0
红霉素
10
30
160
1
0
林可霉素
20
60
160
0
0
大观霉素
30
60
150
2
0
链霉素
1
5
100
30
28
四环素
15
50
80
0
0
对各
种不
同类
别的
抗生
素具
有抗
性的
天蓝
色链
霉菌
产生
放线
紫红
素的
能力
应用核糖体工程技术进行微生物菌种选育
日本学者 Ochi 等比较系统地和深入地将研
究结核分枝杆菌对链霉素耐药机制的方法
应用于对抗生素产生菌的研究，得到了一
些具有应用价值的结果 ;
为此，他提出了利用所谓的 核糖体工程
(ribosome engineering)技术来进行微生
物菌种选育的概念。
谢谢大家！
第一节 氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征
氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征
链霉素是由 Waksman等于 20世纪 40年代初，年首
先发现的由灰色链霉菌产生的氨基糖苷类抗生
素。 Waksman发现链霉素对人类具有两大贡献,
一是 链霉素在临床上的应用,拯救了无数结核病
患者；
二是 系统地探讨土壤中微生物的拮抗作用,并指
出放线菌作为抗生素来源的巨大潜力。
氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征
链霉素的发现极大地刺激了世界范围内的
无数学者开始系统地, 有计划地筛选新抗
生素,特别是注重从放线菌中筛选新抗生素,
迎来了抗生素的黄金时代 。
氨基糖苷类抗生素品种多达 200余种, 其
中有实用价值的品种不下 30种, 以抗菌谱
广, 疗效好, 性质稳定, 生产工艺简单等
优势, 在市场上占据了相当的分额 。
氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征
根据这类抗生素结构特征，卡那霉素等被
列为第一代氨基糖苷类抗生素（如表所
示）。
这一代抗生素的品种最多，应用范围涉及
到农牧业，其结构特征为分子中含有完全
羟基化的氨基糖与氨基环醇相结合。
本代抗生素均不抗铜绿假单胞菌。
第一代氨基糖苷类抗生素品种
取代类型
抗 生 素 品 种
4,5—
双取代
新霉素 (NM),巴龙霉素 (PM),核糖霉素 (RM)、
里威杜霉素, 杂交霉素, 丁酰苷菌素 (BT)
4,6—
双取代
卡那霉素 A/B,突变霉素, 暗霉素, NK1001,
JI— 20A/B,庆大霉素 B等小组分
单取代
阿泊拉霉素, 潮霉素, 越霉素, 新霉素 A和链霉素
其它
春日霉素, 有效霉素, 奇放线菌素
第二代氨基糖苷类抗生素
以庆大霉素为代表的第二代氨基糖苷类抗
生素的品种较第一代氨基糖苷类抗生素的
品种少。
但抗菌谱更广，对上述第一代品种无效的
假单胞菌和部分耐药菌也有较强的抑杀作
用，有替代部分前者抗感染品种的趋势。
结构中含有脱氧氨基糖及对铜假单胞菌有
抑杀能力是第二代品种的共同特征。
第二代氨基糖苷类抗生素
它们包括庆大霉素（ GM）、妥布霉素
（ TOB）、西索霉素（ Siso）,DKB（双脱
氧卡那霉素 B）、小诺霉素（ NCR)和稀少霉
素在内的 拟三糖 ；
以及包括福提霉素,istamycin、
sporaricin,sanamycin,dictimicin在内
的 拟二糖 药物。
第三代氨基糖苷类抗生素
以奈替米星 (NTL)为代表的第三代产品, 全
系 1— N— (2-DOS)取代的半合成衍生物 。 这
部分内容将在第三节中加以阐述 。
第一第二代都为直接来源于微生物代谢的
天然产物 。
链霉素 壮观霉素
小诺霉素
O
O
O H
N H
2
H
2
N
O
H O
H O
H
2
N
O
O HO H
H O
H
2
N
核糖霉素
抗生素
R
R1
R2
R3
R4
R5
福提霉素 A
CH3
H
COCH2-
NH2
OH
H
NH2
福提霉素 B
CH3
H
H
H NH2
Sporaricin A(KA-
6606-I)
CH3
H
COCH2-
NH2
H
NH2
H
Sporaricin B(KA-
6606-II)
CH3
H
H
H
NH2
H
O
O
C NHHO
2
C
NH
Me
O H
H O
H O
H O
NH
2
O H
I
春雷霉素
O
H O
O H
O
N H
H O
O H
C H
3
O
H
3
C O
O
O
O H
H O
潮霉素
H O
O H
H O
H N
H O
H O
O H
O H
O
H O
O H
O H
O H
V a l i d a m y c i n A
O O
O
O H
H N
O
O
H O
H O N H
2
N H
2
H
2
N
O H
C H
3
O H
N H
2
O
H O
阿泊拉霉素
氨基糖苷类抗生素的发展和结构特征
有实用价值的氨基糖苷类抗生素应具有抗
菌谱广、耐钝化酶强、低毒性的特点，这
三者紧密相关。
氨基越多，抗菌能力越强，但随之毒性也
增大；而耐钝化酶广必然伴随着抗菌性能
好。
从第一代氨基糖苷类抗生素发展到第三代氨
基糖苷类抗生素基本上反应了上述的发展
规律。
第二节
氨基糖苷类抗生素的作用机制
氨基糖苷类抗生素的作用机制
氨基糖苷类抗生素抑制蛋白质合成起始过程
的位点有 三个,
一是特异性地 抑制 30S合成起始复合体的形成,
如春日霉素；
二是抑制 70S合成起始复合体的形成和使
fMet-tRNA从 70S起始复合体上脱离,如链霉
素、卡那霉素、新霉素、巴龙霉素、庆大
霉素等；
氨基糖苷类抗生素的作用机制
三是 这类抑制 70S合成起始复合体的抗生素也
能引起密码错读。
链霉素等抗生素造成密码错读的原因是由于
其分子中有造成读错密码的活性中心 —— 去
氧链霉胺或链霉胺 的缘故,而春日霉素分子中
没有这种结构,也就没有造成读错密码的作用。
其密码错读的结果影响了 mRNA的密码子与
tRNA的反密码子间的相互作用。
30S核糖体的结构
? 细菌的核糖体作为蛋白质翻译的器官，由 RNA和多
种蛋白质组成，核糖体可与 mRNA和 tRNA相结合，
在多种其他蛋白质因子的参与下完成蛋白质的翻
译过程,其中 30S核糖体亚基与 tRNA的结合是蛋白
质合成的关键步骤之一。
? 30S核糖体有三个 tRNA结合位点,
? A（ aminoacyl）
? P（ peptidyl）
? E（ exit）位点。
在 T.thermophilus 的 30S核糖体结构
? 在 T.thermophilus 的 30S核糖体中,RNA和蛋白质
的分布是不对称的。
? 20个蛋白质 (命名为 S2-S20和 Thx) 集中在 30S核糖
体的上部，侧部和背部；而在 RNA内部区域及 30S
和 50S的接合部，基本无蛋白质分布。
? 16S的 RNA分子则包含有超过 50个规则的螺旋结构
(helix,编号为 H1-H45)构成，加上一些不规则的
环 (loop)连接其间。整个 30S核糖体可大体分为四
个区域,5’区域 /中心域 /3’主域和 3’次域，前三个
区域结合得较为紧凑，而最后一个区域则相对伸
展在外部。
T,thermophilus 30S 核糖体的晶体结构
RNA,红色 ； 蛋白质：蓝色
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 在链霉素结合于 30S核糖体的晶体结构中
（无 mRNA和 tRNA分子），链霉素可通过氢
键和盐桥与 16S RNA结合，其中涉及的碱基
有,U14,A914（作用于链霉胍）,G527（作
用于链霉胺）,C526（作用于链霉
胺）,A913（作用于链霉胺）,C1490（作用
于链霉胍）和 G1491（作用于链霉胍）；
? 此外，链霉素还直接作用于蛋白质 S12，
S12的 K45残基可与链霉胍形成两个氢键。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 巴龙霉素结合于 30S核糖体的 RNA（主要是 A位点）后，使
两个重要的碱基 A1492和 A1493外翻，该构型与核糖体与
mRNA和 tRNA结合后的构型相似，因而处于该构型的核糖体
更易与 mRNA和 tRNA结合 (不用改变构型 )，使一些非配对的
tRNA有可能结合于 mRNA上，引起解码的精确性降低，同时
由于 A1492和 A1493也可与巴龙霉素结合，他们不能再有效
地接触于 mRNA-tRNA复合物，使之不能监控 tRNA分子与
mRNA的结合，这同样引起蛋白质解码的精确性降低。
? 这一机制也似乎广泛存在于含 2-脱氧链霉胺的其他氨基糖
苷类抗生素中。
? 此外，巴龙霉素似乎并不与核糖体的蛋白质部分有紧密地
相互作用。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 在 GMC1a-RNA的复合物中,RNA的螺旋
状骨架因 GMC1a的插入而发生扭曲，由于
A1492的凸起以及在非规则位的 A1408-
A1493对使 RNA的大沟间距扩大了大约
6.6?,GMC1a结合其间；
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? GMC1a的多个羟基和氨基则与 RNA形成氢键网络，
如 1位和 3位氨基分别与 U1495和 G1494形成氢键，
6′ 氨基在能与 A1493 和 G1491形成氢键的距离范
围之内,2″ 羟基在氨基在能与 G1405和 U1406形成
氢键的距离范围之内,4″ 羟基可与 G1405和 U1406
形成氢键；
? 此外在 GMC1a分子内也有氢键形成，如 5-OH可与
2′ -NH2形成羟基，这可能有助于稳定 GMC1a的分
子构象。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 氨基糖苷类抗生素分子中的氨基和羟基对
于保持抗菌活性十分重要，如被钝化酶修
饰可导致丧失活性，从 GMC1a和 16S rRNA的
A位点结合部位来看，这些位点均和 RNA分
子有直接的相互作用，例如 2-脱氧链霉胺
（ 2-deoxystreptamine,2-DOS）是 GMC1a
的活性中心,1位和 3位氨基是乙酰化转移
酶 (AAC1和 AAC3)的靶位，任何一个氨基如
被乙酰化可使 GMC1a失活；
? 在 GMC1a-RNA的复合物中这两个氨基分别与
U1495和 G1494形成氢键；
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 绛红糖胺（ purposamine） 的 6′ 氨基是另一个乙
酰化转移酶 (AAC6′) 的靶位，它则作用于 A1493
和 G1491,2′ -NH2(AAC2′ 的作用靶位 )则作用于
A1493；加拉糖胺 (garosamine) 中的多个羟基及
一个甲胺基也可分别与 16S RNA形成多个羟基 。
? 可由此推测，这些活性基团对于 GMC1a结合于 A位
点十分重要，修饰这些基团可能导致 GMC1a 与核
糖体的亲和力降低，影响其与核糖体的结合。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 在 Geneticin（ G－ 418）与寡聚 RNA（含两个 A位点）
的复合物晶体结构中,A1492和 A1493突出在外，
而 Geneticin的 3′ 和 4′ 的羟基分别与 A1492和
A1493的磷酸键中的氧形成氢键，进而稳定这一构
象；
? 与 GMC1a类似,Geneticin的氨基和羟基与 RNA间形
成多个氢键，如 6′ -OH与 A1408(N1)形成氢键；重
要的 2-DOS的 1-NH2 与 U1495和一个水分子形成氢
键,3-NH2则与 A1493(O1-P),G1494（ N7和 O2-P）
形成三重氢键。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 妥普霉素 结构上接近于卡那霉素类抗生素，在结
合于寡聚 RNA后,A1492和 A1493同样呈突出构型，
相对于 Geneticin，托普拉霉素 3′ 位无羟基，与
A1492间没有氢键形成；
? 4′ 羟基依旧与 A1493形成羟基，并额外与一个 RNA
内的水分子形成氢键； 2′ -N则通过两个水分子分
别与 A1492和 A1493形成氢键； 2-DOS与 Genteticin
的 2-DOS一样与 RNA分子形成众多氢键。
氨基糖苷类抗生素与 30S核糖体的结合
? 在潮霉素 B-30S核糖体复合物的晶体结构中，
潮霉素 B结合于 H44的顶端，在 helix的大沟
中；它作用于 RNA的特定区域，包括 1490-
1500和 1400-1410的核苷酸。
? 潮霉素 B的结合似乎并未严重改变 RNA的构
型，但可观察到一系列氢键形成与潮霉素 B
和 RNA分子之间。
第三节 细菌对氨基糖苷类抗生素
产生耐药性的作用机制
细菌对氨基糖苷类抗生素
产生耐药性的特异性作用机制
一是 细菌产生一种或多种有关的钝化酶来修
饰进入胞内的活性抗生素使之失去生物活
性；
二是 氨基糖苷类抗生素的作用靶位核糖体或
是与核糖体结合的核蛋白的氨基酸发生突
变，而使进入胞内的活性抗生素不能与之
结合或结合力下降。
一、钝化酶介导的耐药机制
（一）氨基糖苷类抗生素钝化酶的生物学特性
? 对氨基糖苷类抗生素产生耐药的细菌往往
是通过细菌产生的
? 酰基转移酶 (acetyltransferases,AAC)；
? 腺苷转移酶 (adenylytransferases,ANT)；
? 磷酸转移酶 (phosphotransferases,APH)
? 对进入胞内的活性分子进行修饰使之失去
生物活性。
一、钝化酶介导的耐药机制
（一）氨基糖苷类抗生素钝化酶的生物学特性
? 在这类耐药菌中，编码这些钝化酶的耐药
基因通常是由质粒携带且其中很多与转座
子相连，加速了这些耐药基因在种间的传
递。
一、钝化酶介导的耐药机制
（一）氨基糖苷类抗生素钝化酶的生物学特性
? 对这些钝化酶所用的符号定义如下,AAC（酰基转移酶）,
ANT（核苷酸或腺苷酸转移酶）,APH（磷酸转移酶）为酶
修饰的类型；
? (1),(3),(6),(9),(2’),(3’),(4’),(6’),(2’’)和
(3’’)表示酶的作用位点； I,II,III,IV和 V表示独特的
耐药模式； a,b,c为独特的蛋白类型；
? 因此,AAC(6’)-Ia和 AAC(6’)-Ib表示二种具有不同蛋白特
性的同一种酶，其催化同一反应；
? 编码这些酶的基因用相应的符号，如 aac(6’)- Ia 和
aac(6’)-Ib分别编码能够催化同一反应的两种酶蛋白的基
因。
链霉素 大观霉素
（ 二）氨基糖苷类抗生素的同源性和其他一些特性
1） APH亚类，它包括所有已知的 3’磷酸化酶；
2） AAC(6’)-Ib,AAC(6’)-IIa,AAC(6’)-IIb和
AAC(6’)-APH(2’’)双功能蛋白的 AAC(6’)部分；
3） ANT(9)和 ANT(3’’)两种修饰 Sm的酶；
4） AAC(３ )-Ia和 AAC(３ )-Ib；
5） APH(6)-I；
6） AAC(6’)-Ic,AAC(6’)-Id,AAC(6’)-If和嘌
呤霉素酰基转移酶（ PUAT）；
7） AAC(３ )酶。
一
些
抗
生
素
产
生
菌
对
自
身
产
物
耐
受
的
机
制
产生菌
产物
耐受机制
弗氏链霉菌
新霉素
APH(3’),AAC(3)
龟裂链霉菌巴龙霉素
产生菌
巴龙霉素
APH(3’),AAC(3)
淡紫青链霉菌
青紫霉素
APH(3’),AAC(3)
核糖苷 链霉菌
核糖霉素
APH(3’),AAC(3)
环状芽孢杆菌
丁酰苷菌素
APH(3’),AAC(3)
卡那霉素链霉菌
卡那霉素
AAC(6’)
黑暗链霉菌
暗霉素复合物
AAC(6`),AAC(2’)
灰色链霉菌
链霉素
SPH(6),SPH(3’’)
吸水链霉菌
NRRL2387
潮霉素 B
HPH
白黑链霉菌
嘌呤霉素
PAC
石榴链霉菌
紫霉素
VPH
缠绕链霉菌
卷曲霉素
CPH,CAC
链霉菌 V-13-1
链丝菌素
STAT
诺尔丝链霉菌
诺尔丝菌素
NAT
吸水链霉菌
ATCC21705
双丙磷
DPAT(PAT)
Streptovericillium
sp,JCM4673
杀假丝菌素 S
酰基转移酶
轮丝浅绿链霉菌
博莱霉素
酰基转移酶
春日链霉菌
春日霉素
酰基转移酶
委内瑞拉链霉菌
氯霉素
水解酶
红霉素链霉菌
红霉素
核糖体被甲基化
弗氏链霉菌
磷霉素
谷光甘肽附加物 （？ ）
刺孢小单孢
庆大霉素
核糖体发生变异
抗生链霉菌
夹竹桃霉素
葡基转移酶
鬼裂链霉菌
四环素
主动转运系统
黑暗链霉菌
妥普霉素
酰基转移酶, 核糖体变
异
一
些
抗
生
素
产
生
菌
对
自
身
产
物
耐
受
的
机
制
二、氨基糖苷类抗生素作用靶位 16SrRNA和
S16核蛋白发生变异的耐药机制
研究证实链霉素的作用靶位是在细菌的核体
上，它的抗菌作用是通过使 tRNA阅读错误
来实现的。
氨基糖苷类抗生素作用靶位 16SrRNA和 S16核
蛋白发生变异的耐药机制
临床分离的许多细菌对氨基糖苷类抗生素
产生抗性，主要通过如上所述的各种钝化
酶对抗生素的修饰作用来实现的,而至今
对链霉素抗性的结核分枝杆菌的研究还未
发现有这种耐药机制。
氨基糖苷类抗生素作用靶位 16SrRNA和 S16核
蛋白发生变异的耐药机制
这种细菌对链霉素的抗性是由于链霉素的
作用靶位 16SrRNA的某些碱基发生了突变
（编码该核糖体的基因为 rrs），或是与核
糖体结合的 核蛋白 S16（该蛋白起到稳定核
糖体三维结构的作用）的某些氨基酸发生
了突变所致（编码该蛋白的基因为 rpsL）。
大肠艾希氏菌 16S rRNA的二级结构模型以及对链霉素产生抗性的
结核分枝杆菌和大肠艾希氏菌的核糖体碱基发生突变的位点
对链
霉素
敏感
的和
具有
抗性
的结
核分
枝杆
菌的
遗传
特性
比较
菌株
基因型
表型 {对链霉素的
MIC(mg/L)}
敏感性
a
突变
类型
取代位点
加 Tween
不加
Tween
2742/95
Sms
野生型
野生型
1.0~2.0
0.5~1.0
2744/95
Sms
野生型
野生型
1.0~2.0
0.5~1.0
2529/95
Sms
野生型
野生型
1.0~2.0
0.5~1.0
2082/95
Sms
野生型
野生型
1.0~2.0
0.5~1.0
4649/83
Smr
rpsL
43-Lys →Arg
>1,000
>1,000
4513/83
Smr
rpsL
43-Lys →Arg
>1,000
>1,000
5141/83
Smr
rpsL
43-Lys →Arg
>1,000
>1,000
3626/83
Smr
rpsL
43-Lys →Arg
>1,000
>1,000
11966/89
Smr
rpsL
88-Lys →Arg
250~500
250~500
3555/83
Smr
rpsL
88-Lys →Arg
500~1,000
250~500
K8/94
Smr
rpsL
88-Lys →Arg
>1,000
>1,000
K11/94
Smr
rpsL
88-Lys →Arg
>1,000
>1,000
4362/83
Smr
rrs
523-A →C b
50~250
25~50
5127/85
Smr
rrs
523-A →C b
250~500
25~50
K4/94
Smr
rrs
523-A →C b
50~250
12.5~25
3976/83
Smr
rrs
522-A →T b
50~250
12.5~25
3601/84
Smr
rrs
526-A →T b
50~250
25~50
K3/94
Smr
rrs
526-A →T b
250~500
25~50
3564/83
Smr
野生型
野生型
25~50
2.0~6.0
3660/83
Smr
野生型
野生型
25~50
2.0~6.0
3694/83
Smr
野生型
野生型
25~50
2.0~6.0
4931/83
Smr
野生型
野生型
25~50
2.0~6.0
4308/95
Smr
野生型
野生型
25~50
2.0~6.0
对链
霉素
敏感
的和
具有
抗性
的结
核分
枝杆
菌的
遗传
特性
比较
从表中研究结果可知，对链霉素具有抗性的
结核分枝杆菌具有以下三种遗传特性,
? 由于编码 S16核蛋白的基因 rpsL发生了突变，从而
使该蛋白的 43位和 88位的赖氨酸变成了精氨酸。
结核分枝杆菌的这种突变使其对链霉菌的抗性增
加了 250～ 1000倍以上；
? 由于编码 16SrRNA的基因 rrs发生了突变，使其 523
位的 A变成了 C；使 522位和 526位的 C变成了 T。结
核分枝杆菌的这种突变使其对链霉素的抗性增加
了 50～ 250倍。
从表中研究结果可知，对链霉素具有抗性的结核分
枝杆菌具有以下三种遗传特性,
第三种耐药菌的遗传特性还不甚了解, 它们对链
霉素的耐药程度增加了 25～ 50倍；
另外, 用细胞膜活性剂 Tween80来试验细菌对药
物的细胞通透性发现：对敏感菌和 rpsL突变耐药
菌基本无效；对 rrs突变耐药菌有一定的效果；
但对上述第三种耐药菌的效果最为明显, 说明这
种耐药菌的耐药机制可能与细胞膜的渗透性有关 。
表 6-6 由于编码 16SrRNA的基因发生突变而引起对链霉素抗性的各种耐药菌的遗传特性
各种菌株 顺序（ 5’— 3’）
Chlamydomonas reinhardtii
野生型 5－ ATGGAGAGTTTGATCCTG－ 22
sr－ u－ sm3 · · · · · G· · · · · ·
大肠埃希氏菌
野生型 4－ TTGAAGAGTTTGATCATG－ 21
C.reinhardtii
野生型 467－ TGCCAGCAGCCGCGGTAA－ 484
sr-u-2-60 · · · · · C· · · · · · ·
Chlamydomonas eugamctos
野生型 TGCCAGCAGCCGCGGTAA
突变株 · · · C· · · · · ·
Nicotiana tabacum
野生型 463－ TGCCAGCAGCCGCGGTAA－ 480
突变株 · · · · · · T· · · · · ·
结核分枝杆菌
野生型 506－ TGCCAGCAGCCGCGGTAA－ 523
突变株 · · · · ·C· · · · · · ·
突变株 · · · · ·T· · · · · · ·
突变株 · · · · · · T· · · · · ·
突变株 · · · ·T· · · · · · · ·
大肠埃希氏菌
野生型 516－ TGCCAGCAGCCGCGGTAA－ 535
结核分枝杆菌
野生型 483－ AGAAGAAGCCSACCGGCCAA－ 497
突变株 · · · · · T· · · · · · ·
大肠埃希氏菌
野生型 493－ AGAAGAAGCACCGGCTAA－ 507
C.teinhardtii
野生型 849－ TGAAACTCAAAGGAATTG－ 866
sr-u-2-23 · · · · ·T· · · · · · ·
sr-u-sm5 · · · · · ·C· · · · · ·
sr-u-sm-3a · · · · · · G· · · · · ·
N.tabacum
野生型 853－ TGAAACTCAAAGGAATTG－ 870
突变株 · · · · · A· · · · · · ·
Euglena gracilis
野生型 869－ TGAAACTCAAAGGATTTG－ 886
突变株 · · · · ·T· · · · · · ·
结核分枝杆菌
野生型 896－ TAAAACTCAAAGGAATTG－ 915
突变株 · · · · · G· · · · · · ·
大肠埃希氏菌
野生型 905－ TAAAACTCAAATGAATTG－ 924
从不
同国
家和
地区
分离
的对
链霉
素敏
感的
和耐
受的
结核
分枝
杆菌
的遗
传特
性
来源
菌株数
耐受
菌株
数
突变菌株数 a
突变位点
rpsLb
rrsc
rpsL位点
rrs位点
亚洲
香港
菲律宾
日本
越南
10
3
10
1
1
0
8
1
1
0
4
1
NDd
0
2
ND
9,43
43,88
88,93
876,90
4
非洲（卢旺达）
14
11
0
0
欧洲（比利时）
1
0
0
0
中东（也门）
6
5
1
1
43
906
北美
纽约
得克萨斯
61
27
43
6
34
0
3
2
43
491,512,
798,513,
516
南美（秘鲁）
6
3
1
ND
43
总数
139
78
42
8
第四节 具有抗耐药菌作用的新的
氨基糖苷类抗生素的研究开发
具有抗耐药菌作用的新的
氨基糖苷类抗生素的研究开发
? 到目前为止，研究开发具有抗产酶耐药菌
作用的新的氨基糖苷类抗生素的最有效的
方法是应用药物化学方法，即根据构效关
系，在已知结构上进行各种化学修饰 ;
? 而根据氨基糖苷类抗生素钝化酶的特性，
来设计开发全新的氨基糖苷类抗生素尚未
取得实质性的进展。
具有抗耐药菌作用的新的
氨基糖苷类抗生素的研究开发
? 应用化学修饰的方法对那些易被各种钝化
酶作用的位点进行结构改造，能够得到一
系列非常有效的新的氨基糖苷类抗生素 ;
? 结构修饰的位点可以是专一性酶作用的位
点，也可以是多酶作用的位点。
一、对钝化酶作用位点进行结构修饰
（一）磷酸转移酶
对磷酸转移酶作用位点的结构修饰工作主
要由 Umezawa领导的科研小组于 60年代至 70
年代早期开始，他们主要是设法保护卡那
霉素免遭 APH，特别是当时非常严重的
APH(3’)对这一抗生素的钝化作用。
一、对钝化酶作用位点进行结构修饰
（一）磷酸转移酶
由此开发获得了与妥布霉素性质相似的 3’-脱氧卡
那霉素，以及同时可以免遭 APH(3’)和 ANT(4’)作
用的 3’,4’-双脱氧卡那霉素 B（地贝卡星） ;
后者的保护作用同样存在于天然的庆大霉素 C和西
梭米星以及西梭米星衍生物奈替米星的分子结构
中。
一、对钝化酶作用位点进行结构修饰
（一）磷酸转移酶
尽管 3’-脱氧氨基糖苷可以免遭磷酸化, 但
也只能起到部分的作用, 因为 AHP(3)酶中
的 APH(3’)-I酶虽然没有合适的底物, 但也
能够牢固地与这些 3’-脱氧氨基糖苷分子结
合, 从而产生耐药性表型 。
（二）酰基转移酶
在酰基转移酶中，最令人们重视的是 6’-N酰
基转移酶，特别是 AAC(6’)- I，因为这些酶
不仅能够修饰天然的卡那霉素和妥布霉素，
也同样能够修饰 1-N取代的衍生物如阿米卡星
和奈替米星。
（二）酰基转移酶
? 临床使用的庆大霉素似乎对 AAC(6’)- I是有抗性的，因为
其中含有约三分之一的庆大霉素 C1;
? 确实，由于庆大霉素 C1 分子的 N-6’含有甲基（同样在 C-6’
也含有甲基）从而对 AAC(6’)不敏感 ;
? 相模湾霉素和庆大霉素 C2b由于都在 N-6’甲基化而对 AAC(6’)
也不敏感 ;
? 针对其它酰基转移酶如 AAC(2’)和 AAC(3)的化学修饰工作
进行的不多，也没有进入临床应用的产品。
（三） 1-N-取代的衍生物
用短链氨酰基或烷基来取代 N-1氨基的化学修饰
工作取得了很大的成功 ;
这一研究思路受到天然产物 丁酰苷菌素
（ butirosins） 的启发 ;
该抗生素由于在 N-1含有氨酰基而对很多钝化酶
产生抗性。
（三） 1-N-取代的衍生物
尽管丁酰苷菌素本身没有应用于临床，但由
此而开发获得了具有临床应用价值的 阿米卡
星 {1-N-[（ S） -4-氨基 -2-羟丁酰基 ]-卡那霉
素 A },
异帕米星 {1-N-[(S)-4-氨基 -2-羟丙酰基 ]-庆
大霉素 B};
阿贝卡星 {1-N-[(S)-4-氨基 -2-羟丁酰基 ]-
3’,4’-双脱氧卡那霉素 B}。
O
O H
H
3
C H N
O
O
N H
2
R H N
H O
O
N H
2
H
2
N
O H
H
3
C
R
庆 大 霉 素 C
1 a
— H
依 替 米 星 — C
2
H
5
1
3
4
6
1 '
2 '
5 '
1 "
2 "
5 "
O
O H
H
3
C H N
O
O
N H
2
R H N
H O
O
N H
2
H
2
N
O H
H
3
C
1
3
4
6
1 '
2 '
5 '
1 "
2 "
5 "
4 '
R
西 梭 霉 素 — H
乙 基 西 梭 霉 素 — C
2
H
5
依替
米星、
奈替
米星
及其
母体
庆大
霉素
C1a
和西
梭米
星
阿米卡星
阿贝卡星
地贝卡星
异帕米星
（四）制备改变手性结构的衍生物
? 通过改变受钝化酶作用的手性碳分子的结构，可
能会对这类酶产生抗性；
? 对西梭霉素类抗生素的 5-OH从平伏键改变为竖键
即为 表西梭霉素,其对 ANT(2’’),AAC(2’)和 AAC(3)
都产生抗性；
? 其原因可能是 5-位羟基位置的改变使甙元 4-C和 6-
C上糖基的旋转自由度更大；
? 这一研究思路在阿米卡星和阿贝卡星的分子中也
进行了尝试，但至今还未曾得到临床应用的改变
手性特征的药物。
（五） 1-C取代衍生物
? 在 2-脱氧链霉胺 C-1位进行了一系列的侧链
取代工作，最为有效的是对庆大霉素 C1中
的 C-1位的羟甲基取代所获得的 S87351，它
能够免遭所有临床上对庆大霉素产生耐药
的耐药菌钝化酶的作用；
? 但令人难以解释的是，同样对卡那霉素的
C-1位结构修饰并不能得到同样的结果。
（六）卤代衍生物
? 对氨基糖苷类抗生素进行卤代修饰的目的不仅在
于试图避免钝化酶的作用，同时也能起到由于卤
素的吸电子特性而保护邻近基团；
? 对卡那霉素 2-脱氧链霉胺中 5位进行单氟或双氟原
子的取代试验表明，它能够完全免遭 ANT(2’’)和
APH(3’)的作用，以及部分免遭 AAC(2’)的作用；
? 将氯原子引入卡那霉素 A分子中的 3’和 6’’位以及阿
米卡星分子中的 6’’位，尽管得到的 3’-脱氧 -3’-氯
卡那霉素能够免遭细菌钝化酶的作用，但对敏感
菌的活性仅为 3’-脱氧 -3’-氟卡那霉素的六分之一，
因此，终止了进一步的研究。
（七）其它衍生物
? 曾在卡那霉素的糖基上用氧原子来取代 C-3’
内环形成双恶唑（ dioxane），其构像发生
了很大的变化，且由于 3’-OH的脱去降低了
分子中这部分结构的极性，从而降低了对
钝化酶的敏感性，但可惜的是同时也大大
地降低了其抗菌活性。
二、应用酶学方法研究开发新的氨基糖苷类抗生素
（一）磷酸转移酶
第一种策略 为如图 A所示将卡那霉素 A或新霉素 1、
6’或 3’’位的氨基脱去,事实表明 APH(3’)-IIa对
1-脱氧卡那霉素 A的催化常数和 APH(3’)-Ia对新
霉素的催化常数分别降低 104和 106，但可惜的是
这些脱氨基衍生物的抗菌活性大大地下降，因
而没有开发价值。
（一）磷酸转移酶
第二种策略为 如图 B所示开发 APH(3’)酶自杀
性底物 。已经应用这种策略制备了 2-硝基卡
那霉素 B和 2-硝基新霉素衍生物，同样可惜的
是虽然这些衍生物是很好的 APH(3’)酶的自杀
性底物，但其抗菌活性也大为降低。
（一）磷酸转移酶
第三种策略为 如图 C所示，根据磷酸基转
移过程中形成过度态中间体的原理，设计
一种 抗生素的结构类似物,其在磷酸基转
移过程中形成的过度态中间体不能像母体
抗生素那样能够转化成为被钝化酶作用的
产物，即这种结构类似物 起着酶抑制剂的
作用 。
（一）磷酸转移酶
第四种策略 为如图 D所示，其原理是根据对
酶结晶三维结构的 X-衍射结果来寻找各种
酶抑制剂。
O
( H
2
N ) H O
O H
O H
N H
2
2 '
6 '
B
C
D
A
O
O H
O H
N H
2
2 '
6 'O
2
N
O
H O
O
O H
N H
2
2 '
6 '
A D P - O
|
P=
O
- O
-
\
O
-
|
H
O
O H
N H
2
2 '
6 '
P
O
O
-
O
-
B
A P H
O
H O
O
O H
N H
2
2 '
6 '
A D P - O
P
O
-
O
O
O
H O
O
O H
N H
2
2 '
6 '
O
O H
O H
C H
3
2 '
6 '
P
O
O
-
O
-
+ A D P
O
O H
N H
2
2 '
6 '
E n z - N u
H
+
?· ê§ ??
N
S ==
O O
R
ó? òì -- ?? ?? ?? ?÷ ?a
μ? ?? ?¤ ?· ò? ?? ?á
H O
í? ?a ?ù ?¨ ?? ?? ?? A
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O
2
N
O
2
N
?y ?é ì? ?D ?? ì? ?? ?? à- ?? ??
几种克服或免遭 APH(3’)酶钝化
氨基糖苷类抗生素的有效策略
（二）核苷酰转移酶
在对这类酶的研究中,ANT(2’’)-I和 ANT(4’)-I酶
的研究最为深入，因为在临床上，前一种酶钝化
庆大霉素和妥布霉素，后一种酶钝化妥布霉素、
阿米卡星、异帕米星以及其它所有含 4’’-羟基的
氨基糖苷类抗生素 ;
ANT(2’’)-I酶的反应机理比较复杂，除了酶对底
物的识别外，还起码包括 8步反应过程，因此，
比较难以设计相应的酶抑制剂。
（二）核苷酰转移酶
但是，如上所述的 1-N烷基或 1-N酰基衍生物对这种酶
还是有效果的 ;
另外，在一系列的氨基糖苷类抗生素中可以发现：其抗
菌活性与对 ANT(2’’)-I酶核苷酰化的敏感性具有惊人的
平行关系，即这两种特性都很大程度上依赖于糖环上氨
基的数目和位置 （ 2’,6’-脱氨基 ->6’-氨基 ->2’-氨基 ->脱
氨基的糖）,以及如果同样的糖环上没有被羟基化，则
这两种特性能够被加强（庆大霉素 C由于在相应的糖环
上没有被羟基化，因此它比卡那霉素要好，但同样它是
一个比卡那霉素更好的 ANT(2’’)-I酶的底物）。
（二）核苷酰转移酶
对 ANT(4’)-I酶的研究表明：其酶分子中的
145位谷氨酸是活性部位, 因此, 如何设计
这种氨基酸的专一性抑制剂, 有望得到能
够克服 ANT(4’)-I酶作用的新的氨基糖苷类
药物 。
三、基于核糖体结构的新药设计
? 由于细菌核糖体结构的阐明,加之一系列氨基糖
苷类抗生素和核糖体的复合物的结构也已有报道,
使能以 30S核糖体特别是 A位点作为抗生素作用的
靶位,进而有可能筛选和设计化合物，使之能有
效地结合于细菌 30S核糖体的 A位点上，从而发现
新的抗生素；
? 与传统的通过观察抑菌圈形成的新药筛选方法相
比，可以简化目标靶位从整个细菌到 30S核糖体，
甚至可进一步精简到可模拟 A位点的寡聚核苷酸分
子。
三、基于核糖体结构的新药设计
? 已有报道，以新霉胺（ neamine）为母核合成一系
列二聚物，通过筛选能最有效与寡聚 RNA （模拟 A
位点）的化合物，结果发现有两种化合物有较高
的抗菌活性且对 MRSA有效；
? 此外，以新霉胺结合于细菌 RNA A位点的结构为模
型，设计了数种化合物，这些化合物均以 rRNA为
靶位，结果发现有几种化合物对数种含钝化酶的
细菌有着较低的 MIC值。
三、基于核糖体结构的新药设计
? 已有研究报道，以核糖体 RNA的结构为靶位,2-
DOS为基础，设计出一系列新型的含非典型脱氧链
酶胺结构的衍生物，并研究它们的构效关系；虽
然未获得高活性的化合物，但为今后的研究打下
了基础；
? 同时由于数种 AGs钝化酶的晶体结构也已被报道，
还可以通过比较核糖体和钝化酶对 AGs的结合位点，
以便设计出能结合于核糖体但不能与钝化酶结合
的新化合物。
第四节 应用核糖体工程技术进行微生物菌种选育
应用核糖体工程技术进行微生物菌种选育
抗生素产生菌对自身产物产生抗性的
机制与一般病原菌产生抗性的机制一
样，一个重要的原因是由于其作用靶
位核糖体或核蛋白发生变异所致,
抗生素产生菌
耐药基因
耐药特性
RNA甲基化部位
被甲基化的残基
远青链霉菌
tsr
硫链丝菌素
23S;1067
Am
红霉素链霉菌
ermE
MLS
23S;2058
m26A
弗氏链霉菌
tlrA(ermS
F)
MLS
23S;2058
m26A
clr
Lincosamid
es
23S;2058
m6A
变青链霉菌
lrm
Lincosamid
es
23S;2058
m6A
刺孢小单孢
kgmA
卡那霉素 +
庆大霉素
16S;1405
m7G
S.tenjinariensi
s
kamA
卡那霉素 +
阿普拉霉素
16S;1408
m1A
黑暗链霉菌
kgmB+ka
mB
氨基糖苷类
抗生素
16S;1405+1408
m7G+ m1A
卡那霉素链霉
菌
kan
卡那霉素 +
庆大霉素
16S;1405
m7G
一些
抗生
素产
生菌
的 rRNA
被修
饰
（甲基
化）
而造
成对
自身
产物
的耐
药性
药物
MIC
(μg/ml)
为得到突
变株所用
药物的浓
度
所选耐药
菌的数目
产量提高的突变株的数
目
（ 相对于亲株提高的倍
数 ）
>5倍
>10倍
氯霉素
30
60
120
0
0
红霉素
10
30
160
1
0
林可霉素
20
60
160
0
0
大观霉素
30
60
150
2
0
链霉素
1
5
100
30
28
四环素
15
50
80
0
0
对各
种不
同类
别的
抗生
素具
有抗
性的
天蓝
色链
霉菌
产生
放线
紫红
素的
能力
应用核糖体工程技术进行微生物菌种选育
日本学者 Ochi 等比较系统地和深入地将研
究结核分枝杆菌对链霉素耐药机制的方法
应用于对抗生素产生菌的研究，得到了一
些具有应用价值的结果 ;
为此，他提出了利用所谓的 核糖体工程
(ribosome engineering)技术来进行微生
物菌种选育的概念。
谢谢大家！
