1、第七章 MLS類抗生素及細菌耐藥性第一節(jié) 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(huán)內酯類抗生素； 林可霉素類抗生素； 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霉素對厭氧菌也有效； 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霉素敏感。,竹桃霉素,泰樂

2、菌素,交沙霉素,林可霉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(jié) 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類抗生素為第類型的蛋白質合成抑制劑，即阻斷50S中肽酰轉移酶中心的功能，使P位上的肽酰tRNA不能與A位上的氨基酰tRNA結合形成肽鍵。,大環(huán)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核糖體上肽酰基轉移酶結構域的結合位點,MLSB類抗生素對50S核糖體亞基結合位點的拓模式,一、紅霉素的抗菌作用機制,核糖體是細胞中蛋白合成場

3、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，細胞會由于不能合成蛋白而死亡。 紅霉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、紅霉素抑制50S核糖體大亞基的形成,50S大亞基是由23S rRNA、5S rRNA和20多種蛋白組裝而成的，組裝過程中先后有32S、42S中間產物產生。 當細菌生長環(huán)境中存在紅霉素時，正在組裝中的尚未有功能的50S亞單位就可能會和紅霉素結合上（結合位點與紅霉素在成熟50S大亞基上的結合位點相似但不完全相同），于是 50S大亞基的組裝就被停止，而這

4、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。 從細胞水平上看，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、紅霉素抑制50S核糖體大亞基的形成,一般來說，大環(huán)內酯類抗生素對于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。 但是新近文獻報道在流感嗜血細胞中酮內酯類抗生素泰利霉素（telithromycin）及ABT-773能在相同程度上抑制50S和30S亞基的組裝。,2、紅霉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

5、完成遺傳信息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（肽酰轉移酶中心）。 紅霉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、紅霉素抑制核糖體的翻譯,肽酰轉移酶中心定位在23S rRNA結構域V的中心環(huán)部位，這個中心環(huán)還向外發(fā)散著一些發(fā)夾環(huán)，發(fā)夾環(huán)中間的空擋由多個蛋白填充起來，并由這些蛋白中和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

6、L22等蛋白，并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信息）。,新生肽釋放隧道的部分示意圖,1）紅霉素在核糖體上的結合位點,L22和L4形成的門防就是紅霉素結合的靶位點之一。 通過兩種放射性標記了的紅霉素衍生物與核糖體結合實驗發(fā)現L22及L4上有放射性，并且還發(fā)現蛋白質L15能脫離50S 大亞基在溶液中與紅霉素作用，但結合作用較為微弱。,2）紅霉素抑制核糖體翻譯作用的機制,紅霉素抑制核糖體的翻譯作用實際上通過兩個效應實現的： 一是紅霉素可抑制蛋

7、白合成延伸； 二是紅霉素能促進肽酰tRNA的脫落，也就是當AA-tRNA結合到核糖體A位并與P位上的肽鏈形成肽鍵時，紅霉素能阻斷肽酰tRNA（ptRNA）從核糖體A位到P位的轉位，并刺激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,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 亞基結合后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

8、準備進入第二次循環(huán)。,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起著阻斷底物附著于肽酰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和其它一些大環(huán)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中不含氨基酰tRNA的A位和P位，這種結合后能夠誘導核糖體產生永久性的構像變化并產生一個多余的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和其它大環(huán)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

9、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后效應，它不僅在細菌的對數生長期，同時在遲滯期也有抗生素后效應（0.46.9小時），而其它諸如萬古霉素、慶大霉素、羅紅霉素和一些-內酰胺類抗生素在細菌生長的遲滯期基本上都沒有后效應。 這是由于這種藥物能夠與核糖體形成穩(wěn)定的喹奴普丁-核糖體-達福普丁復合物，使體內的濃度大大地提高（體內濃度高于體外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(jié) 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,盡管MLS類抗

10、生素的抗菌作用機制與其結構特征基本無關，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（intrinsic resistance）； 獲得性耐藥（acquired resistance）。,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于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于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(fā)生了變異； 抗生素活性分子

11、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,一、細菌對紅霉素產生耐藥性的作用機制, 影響紅霉素在胞內的積累（大環(huán)內酯的外排機制）； 破壞紅霉素的結構使其失去抗菌作用； 改造或修飾紅霉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(huán)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霉素抗性作用； 外排泵是一種運輸蛋白，用于將有毒物質（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霉素泵出細胞外的速度遠遠快于紅霉素流進細胞內的速度時

12、，胞內的紅霉素濃度就會降低，于是大部分核糖體因沒有紅霉素的結合而繼續(xù)合成蛋白，細胞也就能在存在紅霉素的環(huán)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(huán)內酯類抗生素產生的耐藥性,紅霉素酯酶的作用機制,（三）核糖體改變或修飾機制介導大的細菌對大環(huán)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霉素作用位點，也就是通過直接作用核糖體上的紅霉素作用位點來影響紅霉素抗菌作用，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霉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

13、的抗性,核糖體大亞基的23 SrRNA 堿基突變引起紅霉素耐藥性的報道很多，主要集中在結構域和結構域V兩個位置上發(fā)生突變；結構域V的堿基突變主要在G2057、A2058、A2059、C2611位置上：由于G2057C2611堿基對既能穩(wěn)定核糖體23S rRNA的三級結構，又是紅霉素在結構域上的結合位點。 所以由G2057、C2611堿基突變引起的20572611堿基對破壞能導致組成型核糖體變化，造成紅霉素對核糖體親和力降低，從而產生紅霉素抗性。,肽酰轉移酶環(huán)結構,肽酰轉移酶環(huán)及鄰近堿基的改變對抗生素敏感性的影響,2、甲基轉移酶Erm家族催化的A2058甲基化引起的抗性,最廣泛的紅霉素抗性產生及

14、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霉素與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霉素抗性的主要原因，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霉素抗性的，這些紅霉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100g/mL的紅霉素濃度下生長； 另一類是誘導型抗性菌株，能在亞抑制單位的抗生素

15、濃度誘導下對高濃度的紅霉素形成抗性。這種誘導調節(jié)的作用機制可以用圖來解釋。,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突變能引起紅霉素抗性，在大腸埃希氏菌和肺炎鏈球菌的抗性菌株中均發(fā)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23S rRNA 結構域 I上的L4和L22突變會造成整個23S rRNA的整體結構變化，從而影響了紅霉素作用的其它靶位點與紅霉素的結合； 二是L4和L22突變降低了紅霉素與核糖體的結合作用，因為紅霉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

16、的。,4、抗性短肽所引起的抗性,近來發(fā)現了一種新的紅霉素抗性機制，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23S rRNA片段（均包含堿基12331348）的過量表達能導致產生紅霉素抗性的現象，這些片段稱為E-RNA； 經缺失分析發(fā)現其實只需有小片段（堿基12351268）的表達就足以提供紅霉素的抗性了，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(fā)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?；D移酶的vat(A)、vat(B)和vat(C)

17、；編碼涉及到外泵系統(tǒng)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?；D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衍生物達福霉素被鈍化酶（?；福┬揎椀奈稽c,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、細菌對林可霉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位核苷酰化成為4（5-核糖核苷）林可霉素或氯林可霉素（如圖所示），這與在鏈霉菌中發(fā)現的鈍化機制不同。,細菌對林可霉素產生耐藥性的作用機制,第四節(jié) 新型大環(huán)內酯類抗生素的研究開發(fā),新型大環(huán)內酯類抗生素的研究開發(fā),羅紅霉素 地紅霉素,克拉紅霉素,氟紅霉素,阿齊紅霉素,羅他霉素,乙酰麥迪霉素,新大環(huán)內酯抗生素特征比較,泰利霉素和其它一些抗菌藥物的抗肺炎支原體活性比較,泰利霉素的化學結構,和紅霉素對立克次氏體、巴爾通氏體和伯氏考克氏體的MICs比較,Cethromycin的化學結構,Cethromycin與其它5種抗菌藥物對20株肺炎衣原