第9章--其他类别的抗生素.ppt
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1、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。,
2、利福布汀 利福喷汀,格尔德霉素 柄型霉素,二、利福霉素类抗生素的应用,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
3、,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24h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
4、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、,和的基因分别为rpoA、rpoB、rpoC和rpoD。最近的研究表明,编码的基因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
5、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)-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
6、,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,-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
7、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。,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
8、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
9、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、肺炎及尿道、肠道、皮肤软组织等的感染。,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
10、(游离碱)为7074I/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46%。,杆菌肽A的化学结构,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。,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
11、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,一些多黏菌素类化合物的化学结构,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,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
12、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
13、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-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-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
14、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0.25g/mL,2g/mL的tigecycline与0.
15、25g/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-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
16、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
17、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
18、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
19、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3和3 ,但有两个CAT突变体为异型四聚体23和2; 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N2 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
20、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
21、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
22、-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
23、。,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
24、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 alemn, descubre la sulfamida. Publica el artculo “Contribucin a la quimioterapia de las infecciones bacterianas” donde explicaba como un producto, especie de derivado del azufre, contena extraordinarias p
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