细菌耐药性发展与抗耐药菌新药研发细菌耐药性发展与抗耐药菌新药研发陈代杰陈代杰1细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展（一）（一）细菌耐药性的发展细菌耐药性的发展2细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展19401940年发现青霉素酶年发现青霉素酶19451945年年2020以上的医院临床金葡菌产生青霉素酶以上的医院临床金葡菌产生青霉素酶（青霉素（青霉素19421942年用于临床）年用于临床）19471947年发现链霉素耐药菌年发现链霉素耐药菌（19471947年年FDAFDA批准）批准）19561956年发现四环素耐药菌年发现四环素耐药菌（19521952年年FDAFDA批准）批准）19611961年发现甲氧西林耐药金葡菌年发现甲氧西林耐药金葡菌（MRSAMRSA）（）（19591959年年FDAFDA批准）批准）19661966年发现头孢噻吩耐药菌年发现头孢噻吩耐药菌（19641964年年FDAFDA批准，第一个头孢类抗生素）批准，第一个头孢类抗生素）19701970年发现庆大霉素耐药菌年发现庆大霉素耐药菌（19671967年年FDAFDA批准）批准）细菌耐药性发展迅速细菌耐药性发展迅速3细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展19761976年首次在淋球菌中发现可转移的青霉素酶年首次在淋球菌中发现可转移的青霉素酶19831983年发现头孢噻肟耐药菌年发现头孢噻肟耐药菌（19811981年年FDAFDA批准）批准）19831983年首次发现青霉素耐药肠球菌年首次发现青霉素耐药肠球菌19871987年发现万古霉素耐药肠球菌年发现万古霉素耐药肠球菌（VREVRE）（）（19581958年年FDAFDA批准）批准）19871987年首次爆发对第三代头孢菌素耐药的肺炎克雷伯耐药菌年首次爆发对第三代头孢菌素耐药的肺炎克雷伯耐药菌19961996年发现中介万古霉素耐药金葡菌年发现中介万古霉素耐药金葡菌（VISAVISA）19991999年发现社区获得性年发现社区获得性MRSAMRSA20012001年发现利奈唑酮耐药金葡菌和年发现利奈唑酮耐药金葡菌和VREVRE（20002000年上市）年上市）20022002年发现对万古霉素完全耐药的金葡菌年发现对万古霉素完全耐药的金葡菌（VRSAVRSA）细菌耐药性发展迅速细菌耐药性发展迅速4细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展Emergence of multidrug resistance in Staphylococcus aureus.The Brazilian clone of methicillin-resistant S. aureus (MRSA), isolated in 1994 (2), was resistant (R) to nearly all the antibiotics listed.Most of the resistance mechanisms were not adaptive (A), but acquired (+) from an extraspecies source. In contrast, an invasive strain of S. aureus (MSSA), recovered in 1930, was susceptible (S) to all the agents.5细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展Resistant strains spread rapidly 1980 1985 1990 1995 2000*Fluoroquinoline-resistant Pseudomonas aeruginosa6050403020100MRSAVREFQRP*分分离离率率%6细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展Tough bug. Tough bug. Mycobacterium tuberculosisMycobacterium tuberculosis7细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展目前临床上棘手的目前临床上棘手的“超级细菌超级细菌”超级细菌不是一个学术名词，通常是指临床上对多种抗菌药物产生超级细菌不是一个学术名词，通常是指临床上对多种抗菌药物产生耐药性的细菌耐药性的细菌目前临床上遭遇的超级细菌主要是目前临床上遭遇的超级细菌主要是“ESKAPE”“ESKAPE”E E：万古霉素耐药肠球菌：万古霉素耐药肠球菌（革兰阳性，（革兰阳性， 2004 2004年年 VRE VRE分离率达分离率达31.3% 31.3% ） ( (Vancomycin Resistant Enterococcus ) )S S：甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌（：甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌（革兰阳性，革兰阳性，20022002年发现第一例年发现第一例 VRSA VRSA ） ( (Methicillin-resistant Staphylococcus aureus ) )K K：肺炎克雷伯菌（革兰阴性）：肺炎克雷伯菌（革兰阴性） ( (Klebsiella pneumoniae ) )A A：鲍曼不动杆菌（革兰阴性）：鲍曼不动杆菌（革兰阴性） ( (Acinetobacter baumannii ) )P P：铜绿假单胞菌（革兰阴性）：铜绿假单胞菌（革兰阴性） ( (Pseudomonas aeruginosa ) )E E：肠杆菌（革兰阴性）：肠杆菌（革兰阴性） ( (Enterobacter ) )8细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展最近几起引起公众恐慌的细菌感染事件最近几起引起公众恐慌的细菌感染事件NDM-1NDM-1超级细菌超级细菌20102010年发现，年发现，已经在法国、比利时、美国、加拿大、已经在法国、比利时、美国、加拿大、澳大利亚、日本等国家发现澳大利亚、日本等国家发现 猪链球菌猪链球菌 19981998年江苏省南通市发生猪链球菌疫情，并导致人死年江苏省南通市发生猪链球菌疫情，并导致人死亡。亡。20062006年四川省资阳市部分地区相继发生由猪链球年四川省资阳市部分地区相继发生由猪链球菌病感染所致猪死亡，并感染至人，发病菌病感染所致猪死亡，并感染至人，发病200200余例，其余例，其中死亡中死亡3737例例大肠杆菌变种大肠杆菌变种O-157O-157 19961996年年5-95-9月，日本发生月，日本发生“O-157”“O-157”大肠杆菌出血性肠大肠杆菌出血性肠炎大规模流行，发病炎大规模流行，发病1 1万多人，并造成万多人，并造成1212人死亡，引起人死亡，引起了全世界的关注了全世界的关注 9细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展（二）超级细菌从何而来（二）超级细菌从何而来 抗生素滥用是导致细菌耐药性抗生素滥用是导致细菌耐药性泛滥和广泛传播的罪魁祸首泛滥和广泛传播的罪魁祸首美国买抗生素比买枪难（独家报道）美国买抗生素比买枪难（独家报道）而中国滥用抗生素每年致而中国滥用抗生素每年致8 8万人丧生，损失万人丧生，损失800800亿亿 生命时报生命时报 （ 2009 2009年年1 1月月2020日日 第第 02 02 版）版）10细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展1选择压力造成的细菌耐药性选择压力造成的细菌耐药性11细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展（1）临床抗菌药物的滥用临床抗菌药物的滥用 抗抗菌菌药药物物的的滥滥用用，导导致致对对细细菌菌产产生生巨巨大大的的选选择择压压力力（selective selective pressurepressure），使使那那些些原原来来只只占占极极小小比比例例的的耐耐药菌（药菌（1010-6-61010-9-9，自发突变频率），迅速繁殖，自发突变频率），迅速繁殖12细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展（2）非）非临床抗菌药物的滥用临床抗菌药物的滥用作为作为AGPAGP（动物生长促进（动物生长促进剂），在动物中被大量剂），在动物中被大量地使用，造成人畜细菌地使用，造成人畜细菌的交叉耐药性的交叉耐药性 动物很可能是一个蓄积动物很可能是一个蓄积耐药细菌，并向人体传耐药细菌，并向人体传递耐药细菌的储蓄库递耐药细菌的储蓄库2006年11月17日：上海检查多宝鱼，发现存在药物残留超标。沪西水产市场发出通知，要求即日停止销售多宝鱼，原因是“市场上所销售的多宝鱼，全部不同程度地被检验出含有硝基呋喃类代谢物、环丙沙星、孔雀石绿及土霉素等药物” 13细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展2抗生素诱导产生细菌耐药性抗生素诱导产生细菌耐药性14细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展（1） “沉默沉默” 耐药基因的诱导耐药基因的诱导红霉素诱导的红霉素甲基化酶红霉素诱导的红霉素甲基化酶红霉素红霉素最广泛的红霉素抗性产生及传播的机制是通过最广泛的红霉素抗性产生及传播的机制是通过在核糖体在核糖体A2058的的N6上单甲基和上单甲基和双甲基化来降低红霉素与双甲基化来降低红霉素与RNA的亲和力而产生抗性的亲和力而产生抗性Erm机制是金黄色葡萄球菌产生红霉素抗性的主要原因，金黄色葡萄球菌主要靠机制是金黄色葡萄球菌产生红霉素抗性的主要原因，金黄色葡萄球菌主要靠ermA、ermB、ermC及及ermF这四个基因的产物来甲基化修饰碱基而得到红这四个基因的产物来甲基化修饰碱基而得到红霉素抗性霉素抗性 腺嘌呤腺嘌呤CH315细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展（2）抗生素诱导细胞感受态造成的细菌耐药性抗生素诱导细胞感受态造成的细菌耐药性实验证明：实验证明：将携带链霉素耐受基因的将携带链霉素耐受基因的DNADNA片段加入到肺炎链球菌培养物中，同片段加入到肺炎链球菌培养物中，同时加入一定剂量（时加入一定剂量（625ng/ml 625ng/ml ，链霉素必须适量避免导致菌体大规，链霉素必须适量避免导致菌体大规模死亡，）的链霉素，并用无链霉素添加的培养物作为对照模死亡，）的链霉素，并用无链霉素添加的培养物作为对照结果显示，在链霉素处理过的培养物中出现了耐受，而对照实验中结果显示，在链霉素处理过的培养物中出现了耐受，而对照实验中则没有出现耐受，因此可以确定链霉素诱发的感受态细胞能够有效则没有出现耐受，因此可以确定链霉素诱发的感受态细胞能够有效吸收外源吸收外源DNADNA用于同源重组用于同源重组 肺炎链球菌感受态调控系统肺炎链球菌感受态调控系统 丝裂菌素丝裂菌素C C能够诱导肺炎链球菌中能够诱导肺炎链球菌中ComCom基因的表达，使正常细胞转变基因的表达，使正常细胞转变为感受态细胞从而促进细胞内部的转化作用为感受态细胞从而促进细胞内部的转化作用 16细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展（3）抗生素诱导产生）抗生素诱导产生SOS反应造成的细菌耐药性反应造成的细菌耐药性某些抗生素如丝裂菌素某些抗生素如丝裂菌素C C和喹喏酮能在大肠杆菌中诱发和喹喏酮能在大肠杆菌中诱发SOSSOS反应反应SOSSOS反应是细胞的一种易错修复机制，通过提高突变率从反应是细胞的一种易错修复机制，通过提高突变率从而降低菌体的死亡率而降低菌体的死亡率17细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展3耐药菌产生的吲哚协助敏感菌耐药菌产生的吲哚协助敏感菌抵御抗生素的作用抵御抗生素的作用18细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展Bacterial charity work leads to population-wide resistanceA population-based antibiotic-resistance mechanisma, In the absence of antibiotic stress, wild-type cells naturally produce indole b, Under antibiotic stress, wild-type cells stop producing indole and eventually diec, When a drug-resistant mutant emerges, it is able to produce indole even under antibiotic stress. This indole allows the more vulnerable cells in the population to survive the antibiotic stress, by inducing various antibiotic-tolerance mechanisms, thereby boosting the survival capacity of the population19细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展4耐药基因的扩散与传播耐药基因的扩散与传播20细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展转座子与质粒转座子与质粒“跳跃的基因跳跃的基因”与与Barbara McClintock Barbara McClintock 19511951年发现，年发现，19831983年在她年在她8181岁高龄时获得了诺贝尔医学奖岁高龄时获得了诺贝尔医学奖 敏感菌通过携带有耐药基因的敏感菌通过携带有耐药基因的质粒转移获得耐药性的过程质粒转移获得耐药性的过程 肠球菌的耐药菌株增多可基于由多种转座子介导的耐药基因转移肠球菌的耐药菌株增多可基于由多种转座子介导的耐药基因转移21细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展（三）（三）细菌对抗菌药物产生耐药性的作用机制及细菌对抗菌药物产生耐药性的作用机制及抗耐药菌新药的研发抗耐药菌新药的研发22细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展1、特异性耐药机制、特异性耐药机制破坏抗菌药物结构的酶破坏抗菌药物结构的酶定义：定义：细菌产生某种或某些酶，破坏某种或某类结构的抗菌药物细菌产生某种或某些酶，破坏某种或某类结构的抗菌药物如：如：b内酰胺酶、氨基糖苷类钝化酶、氯霉素酰化酶等内酰胺酶、氨基糖苷类钝化酶、氯霉素酰化酶等青霉素青霉素头孢菌素头孢菌素23细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展24细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展针对抗菌药物酶的新药开发针对抗菌药物酶的新药开发 -内酰胺类酶抑制剂的应用内酰胺类酶抑制剂的应用25细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展棒酸棒酸羟氨苄青霉素羟氨苄青霉素组成奥格门汀组成奥格门汀 的两种化合物的结构的两种化合物的结构棒酸棒酸 羧噻吩青霉素羧噻吩青霉素组成替门汀的两种化合物的结构组成替门汀的两种化合物的结构26细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展组成优力新的两种化合物的结构组成优力新的两种化合物的结构舒巴坦舒巴坦 氨苄青霉素氨苄青霉素舒巴坦舒巴坦头孢哌酮头孢哌酮组成舒普深的两种化合物的结构组成舒普深的两种化合物的结构27细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展组成他佐西林的两种化合物的结构组成他佐西林的两种化合物的结构他佐巴坦他佐巴坦氧哌嗪青霉素氧哌嗪青霉素青霉烷砜和氨苄青霉素缩合成双酯化合物舒他西林青霉烷砜和氨苄青霉素缩合成双酯化合物舒他西林28细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展针对抗菌药物酶的新药开发针对抗菌药物酶的新药开发 降低药物对酶的结构适应性降低药物对酶的结构适应性29细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展 向青霉素分子中受向青霉素分子中受-内酰胺酶攻击部位附近导入障碍性基团，使酶难内酰胺酶攻击部位附近导入障碍性基团，使酶难与之结合，从而保护青霉素免遭分解与之结合，从而保护青霉素免遭分解30细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展 向侧链导入向侧链导入Z-Z-氧亚胺基氧亚胺基( (肟基肟基) )或或O-O-烷基取代烷基取代的肟基可增强对广谱的肟基可增强对广谱内酰胺酶的稳定性内酰胺酶的稳定性头孢呋辛头孢呋辛头孢噻肟头孢噻肟头孢地尼头孢地尼等氨噻肟型第三代以及第四代头孢菌素等，但可被超广谱等氨噻肟型第三代以及第四代头孢菌素等，但可被超广谱内内酰胺酶酰胺酶( (氧亚胺氧亚胺内酰胺酶内酰胺酶) )分解分解31细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展 向向-内酰胺环上引入甲氧基或甲酰氨基，增强酶稳定性内酰胺环上引入甲氧基或甲酰氨基，增强酶稳定性头孢西丁头孢西丁头孢美唑头孢美唑头孢替坦头孢替坦头孢拉腙头孢拉腙对超广谱对超广谱-内酰胺酶稳定内酰胺酶稳定头孢米诺头孢米诺32细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展氨基糖苷类氨基糖苷类保护被钝化酶修饰的基团保护被钝化酶修饰的基团异帕米星异帕米星阿米卡星阿米卡星33细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展氨基糖苷类氨基糖苷类去除被钝化酶修饰的基团去除被钝化酶修饰的基团地贝卡星地贝卡星( (双去氧卡那霉素双去氧卡那霉素B)B)卡那霉素卡那霉素B B阿贝卡星是地贝卡星的阿贝卡星是地贝卡星的1 1位氨基被位氨基被(S)-4-(S)-4-氨基氨基- -2-2-羟基丁酰化的新衍生物羟基丁酰化的新衍生物34细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展1、特异性耐药机制、特异性耐药机制降低抗菌药物结合靶位的亲和力降低抗菌药物结合靶位的亲和力定义：定义：某种或某类结构的抗菌药物的作用靶位发生突变或修某种或某类结构的抗菌药物的作用靶位发生突变或修饰，从而降低这类抗菌药物与靶位的亲和力饰，从而降低这类抗菌药物与靶位的亲和力万古霉素作用靶位万古霉素作用靶位D-D-丙氨酰丙氨酰-D-D-丙氨酸变为丙氨酸变为D- D-D- D-丙氨酰丙氨酰-D-D-乳酸乳酸35细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展1、特异性耐药机制、特异性耐药机制降低抗菌药物结合靶位的亲和力降低抗菌药物结合靶位的亲和力不同青霉素耐药脑膜炎球菌不同青霉素耐药脑膜炎球菌PBP2PBP2的基因结构的基因结构 氨基糖苷类作用靶位氨基糖苷类作用靶位16S16S核糖体发生突变核糖体发生突变36细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展增强青霉素结合蛋白增强青霉素结合蛋白(PBPs)(PBPs)亲和力的亲和力的b b内内酰胺类的结构修饰酰胺类的结构修饰37细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展增强青霉素结合蛋白增强青霉素结合蛋白(PBPs)(PBPs)亲和力的修饰亲和力的修饰向向-内酰胺类抗生素分子中导入适当的亲脂性取代基，内酰胺类抗生素分子中导入适当的亲脂性取代基，探索既增强探索既增强PBP2aPBP2a亲和力，又不过分增大血清蛋白结合率亲和力，又不过分增大血清蛋白结合率的物质。的物质。新头孢菌素新头孢菌素MC-02479MC-02479对革兰阳性菌有很强抗菌活性对革兰阳性菌有很强抗菌活性BMS-247243BMS-247243对对MRSAMRSA的的MIC90MIC90为为4g/ml4g/mlNB-2001NB-2001抗抗MRSAMRSA活性比万古霉素强活性比万古霉素强S-3578S-3578对对MRSAMRSA疗效与万古霉素相似疗效与万古霉素相似TAK-599TAK-599对对MRSAMRSA的的MICMIC为为0.884.72g/ml0.884.72g/ml38细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展新结构新结构-内酰胺类抗生素的发现内酰胺类抗生素的发现碳青霉烯类抗生素的抗菌特性碳青霉烯类抗生素的抗菌特性碳青霉烯类抗生素抗菌谱广，抗菌活性强，对碳青霉烯类抗生素抗菌谱广，抗菌活性强，对-内酰内酰胺酶与超广谱胺酶与超广谱-内酰胺酶稳定内酰胺酶稳定但可被金属但可被金属-内酰胺酶分解内酰胺酶分解自自19851985年开始使用亚胺培南以来年开始使用亚胺培南以来, , 陆续已有多种上市陆续已有多种上市39细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展碳青霉烯类抗生素的结构与特性已经上市的品种碳青霉烯类抗生素的结构与特性已经上市的品种亚胺培南亚胺培南 西司他丁西司他丁 美罗培南美罗培南比阿培南比阿培南培尼培南培尼培南厄他培南厄他培南利多培南利多培南40细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展单环类单环类-内酰胺类抗生素安曲南和内酰胺类抗生素安曲南和卡芦莫南卡芦莫南安曲南安曲南卡芦莫南卡芦莫南41细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展2、非特异性耐药机制、非特异性耐药机制定义：定义：对不同结构类别的抗菌药物具有同样的耐药机制对不同结构类别的抗菌药物具有同样的耐药机制如如（1）细胞膜渗透性改变细胞膜渗透性改变（2）外排泵外排泵（3）菌膜菌膜42细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展针对非特异性耐药机制的新药开发针对非特异性耐药机制的新药开发-改善细胞通透性改善细胞通透性亚胺培南对铜绿假单胞菌具有很好的活性,主要是因为它的扩散是通过一个特殊的孔蛋白OprD,其生理意义似乎是转运一些基本的氨基酸43细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展针对非特异性耐药机制的新药开发针对非特异性耐药机制的新药开发-细菌外排泵抑制剂细菌外排泵抑制剂与左氧氟沙星合用对铜绿与左氧氟沙星合用对铜绿MICMIC下降下降464464倍倍与红霉素合用对耐药大肠杆菌下降与红霉素合用对耐药大肠杆菌下降6412864128倍倍MC-207,110替加环素替加环素对含有核糖体修饰因子对含有核糖体修饰因子tetMtetM和和tetO,tetO,以及外以及外排蛋白排蛋白tetA-E,tetLtetA-E,tetL和和tetKtetK耐药菌有效耐药菌有效44细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展针对非特异性耐药机制的新药开发针对非特异性耐药机制的新药开发-真菌外排泵抑制剂真菌外排泵抑制剂与米康唑等联合用药与米康唑等联合用药, ,能够提高那些具有外排机制的耐能够提高那些具有外排机制的耐药真菌的活性药真菌的活性Milbemycin a-945细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展针对非特异性耐药机制的新药开发针对非特异性耐药机制的新药开发-抗细菌菌膜治疗方法抗细菌菌膜治疗方法1 1 发现现有的抗菌药物发现现有的抗菌药物, ,如大环内酯类如大环内酯类2 2 发展抗细菌黏附或聚集的生物材料发展抗细菌黏附或聚集的生物材料3 3 寻找新的治疗方法寻找新的治疗方法-形成菌膜过程药物作用形成菌膜过程药物作用靶位的寻找靶位的寻找4 4 其他通入电流等物理方法其他通入电流等物理方法46细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展细菌致病性毒素抑制剂，能否作为抗菌药细菌致病性毒素抑制剂，能否作为抗菌药物，并降低细菌耐药性的产生？物，并降低细菌耐药性的产生？针对铜绿假单孢针对铜绿假单孢菌群体感应菌群体感应（quorum sensingquorum sensing，QS) QS) 介导的介导的生物被膜耐药，通过抑制生物被膜耐药，通过抑制QSQS系统破坏生物被膜的完整性和稳系统破坏生物被膜的完整性和稳定性，也能在一定程度上解决耐药性的问题。这一类药物被定性，也能在一定程度上解决耐药性的问题。这一类药物被称为抗菌性称为抗菌性QSQS抑制剂药物（抑制剂药物（antibiotic QSI drugsantibiotic QSI drugs）最近研究发现最近研究发现: :金黄色葡萄球菌致病性的原因是由于其产生金黄色葡萄球菌致病性的原因是由于其产生的小肽的小肽aureusiminesaureusimines调节细菌合成毒力因子所制调节细菌合成毒力因子所制, ,能否通过能否通过抑制抑制aureusiminesaureusimines的产生来控制感染的产生来控制感染? ? 并降低细菌耐药性的并降低细菌耐药性的产生产生47细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展谢谢谢谢人类与细菌的斗争是一场永恒的战争人类与细菌的斗争是一场永恒的战争48细菌耐药性发展与抗耐药菌药物的发展