β-内酰胺类抗生素的抗菌药效评价

                                                                                                               游雪甫（中国医学科学院北京协和医学院医药生物技术研究所）
       

        抗生素一直是临床抗感染治疗的主要药物，40-70年代抗菌素的巨大成功，降低了对抗菌药物研发的重视和投入，近40年来全球抗耐药菌抗结核药物研发缓慢，世界大制药公司纷纷放弃，新化学骨架和新机理新靶点药物推出极少，已知有效药物（或衍生物）不断多年的重复使用/滥用，药效下降，耐药产生。

        随着抗生素的广泛应用，细菌耐药问题越来越严重，耐药病原菌感染已经成为临床医生棘手的问题，严重危害人类生命健康,突出表现在：①耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）医院内感染率增高，北京、上海在60%以上，并且在社区内传播，MRSA在美国已经成为感染性疾病的首位致死原因，号称“超级杀手”；②耐万古霉素金黄色葡萄球菌(VRSA)的出现；③耐甲氧西林凝固酶阴性葡萄球菌(MRCNS)/表皮葡萄球菌(MRSE)引起感染增多，临床不易治疗；④耐青霉素肺炎链球菌(PRSP)在世界范围，包括许多国家和地区传播；⑤出现耐万古霉素肠球菌(VRE)包括耐万古霉素粪肠球菌和屎肠球菌感染；⑥产β-内酰胺酶、超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）、氨基糖苷类修饰酶(AMEs)等耐药细菌不断变异，产ESBLs大肠埃希菌、肺炎克雷伯杆菌超过30%，产AMEs CR耐药株出现，特别是超级细菌NDM-1出现；⑦多重耐药铜绿假单胞菌(MDR-PA)超过30%, 泛耐药鲍曼不动杆菌(PDR-AB)超过15%；耐碳青霉烯类铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌感染在我国二级以上医院广泛流行(40-50%)；⑧氟康唑等唑类抗真菌药耐药真菌菌株的出现；⑨结核卷土重来，耐药TB(MDR-TB、XDR-TB)出现,发病率与死亡率明显回升。近年来，超级细菌NDM-1的暴发和流行，引起全球高度关注。因此，抗耐药菌/超级细菌药物的研究形势紧迫，急需解决。

        目前抗菌药物研发注重新靶点、新机制、新骨架化合物研究，重点开展：1）抗MRSA药物研究；2）抗PRSP药物研究；3）抗VRE药物研究；4）抗超级细菌NDM-1、ESBLs药物研究；5）抗耐青霉烯铜绿假单胞菌/鲍曼不动杆菌等G-菌药物研究；6）抗耐药深部真菌药物研究；7）抗TB(MDR-TB、XDR-TB)药物研究。

        抗生素的抗菌药效学评价主要研究抗生素的体内外抗菌活性及其作用机理与耐药机制，具体如下：

(一)体外抗菌活性

1. 抗菌谱：为了判断抗生素及其候选物的抗菌范围和特点，一般首先测定对标准菌株和临床分离菌株包括耐药菌株的最低抑菌浓度(MIC)。标准菌株采用国际公认的菌株，如金葡菌ATCC29213、肺炎链球菌ATCC49619、粪肠球菌ATCC29212、大肠埃希菌ATCC25922、ATCC35218(产β-内酰胺酶)、铜绿假单胞菌ATCC27853、肺炎克雷伯杆菌ATCC700603、流感嗜血杆菌ATCC49247。临床分离菌株最好选用近2年临床分离的菌株，包括耐药菌，如耐甲氧西林金葡菌(MRSA)、耐甲氧西林表葡菌(MRSE)、耐青霉素肺炎链球菌(PRSP)、产超广谱β－内酰胺酶(ESBLs)菌。

2. 临床分离致病菌敏感分布：药敏试验主要研究抗生素对临床分离致病菌的抗菌活性强度，判断指标主要有MIC范围、MIC50、MIC90。

3. 杀菌试验：用于判断抗生素的抑菌、杀菌活性特点，包括最低杀菌浓度(MBC)和杀菌曲线(KCs)测定。

4. 抗菌活性影响因素：观察体外培养条件对抗生素抗菌活性的影响，包括培养基的pH、细菌接种量、血清浓度和金属离子(钙、镁、钠)。

5. 抗生素后效应(PAE)：一般指细菌与抗生素短时间内接触后，将残留的抗生素清除后，细菌生长仍受到抑制的生物现象的统称。

6. β-内酰胺酶稳定性/抑酶作用：研究β-内酰胺类抗生素、β-内酰胺酶抑制剂对β-内酰胺酶稳定性/抑酶作用。

(二)体内抗菌活性

        抗生素体内抗菌试验方法常用全身感染动物模型和局部感染动物模型。目前常用全身感染途径主要有腹腔注射感染和静脉注射感染两种动物模型。体内疗效结果的判断指标较多，一般以生存时间、生存率评价或死亡率评价，此外还可进行血培养和脏器细菌、病理组织检查评价, 如肾脏活菌计数和病理组织检查。通常观察感染7d内动物死亡数，用Bliss法计算半数有效剂量(ED50)及其95%可信限，进行统计学处理，并与对照药进行比较。局部感染动物模型有泌尿系统感染动物模型、呼吸系统感染动物模型、皮肤创伤感染动物模型、皮肤烧伤感染动物模型等。

(三)作用机理

β-内酰胺类抗生素的作用机制主要是作用于青霉素结合蛋白（penicillin binding proteins, PBPs），抑制细胞壁粘肽合成，使细菌胞壁缺损，菌体膨胀裂解。(四)细菌耐药机制
细菌对β-内酰胺类抗生素产生耐药的主要机制包括：

1）产生β内酰胺酶：细菌能产生可水解或修饰抗生素或使之失去抗菌作用的酶，使抗生素在作用于菌体前即被破坏或失效。

2）作用靶位变化：抗生素作用靶位是抗生素与细菌结合并发挥抗菌作用的作用位点，靶位结构、数量或亲和力的改变，可阻止抗生素的结合和作用，使抗生素失效或活性减弱，从而导致细菌对抗生素耐药。耐甲氧西林的金葡菌(MRSA)、表葡菌(MRSE)的耐药机制为产生青霉素结合蛋白PBP2a和PBP2。

3）细胞膜通透性变化：细菌可通过改变细菌细胞膜通透性，减少抗生素的进入，从而产生耐药。主要见于革兰阴性菌如铜绿假单胞菌和大肠埃希菌，临床上选择用药的难度大。