第六讲与耐药菌赛跑：细菌耐药性与抗耐药菌药物 千万不要忽视非同寻常的现象或事件。也许它只是一桩虚假警报，一无用处。但是，从另一方 面说，它也可能是命运向你提供的导致重大进展的线索。 一亚历山大·弗菜明(Alexander F1 eming,1881一1955) *疾病和治疗、控制 病例：某医院一患者于2011年1月因肺炎入住本医院呼吸科，从患者痰标本中检出耐甲氧西林金黄色葡萄球 菌(MRSA)。2月在同一科室又发生2例MRSA感染患者，同时间段先后连续发生另外10例MRSA感染患者（烧 伤科4例、神经内科5例、普外科1例)。在此期间相关科室曾有多名医生参与呼吸科病人会诊。从13例患者标 本中所分离的MRSA除对万古霉素和利奈唑胺敏感之外，对其他0种临床常用抗菌药物全部耐药。经细菌基因分 析证明13例患者感染的MRSA具有同源性，同时也同环境标本分离的MRSA具有同源性。因此，这是一起MRSA 医院感染暴发事件。 治疗和控制：积极治疗病人，根据药敏试验结果合理使用抗菌药物万古霉素。有针对性地开展消毒隔离措施， 对感染患者实行集中隔离或床边隔离，做出隔离标志。加强消毒措施，对所有患者的病历牌、床头柜、呼叫器等物 品进行清洁消毒。患者床头及医务人员随身配备快速手消毒剂。医生、护士、护工、工勤人员和家属要加强洗手和 手消毒。处理患者伤口、导管、被血液、体液严重污染的物品时必须戴手套，必要时戴口罩、防护镜、穿隔离衣。 每天用含氯消毒剂对各种诊疗用品作随时消毒。病人离开病房后，对病人接触过的环境和物品进行终末消毒。 20世纪50年代以后，人类迎来了抗菌治疗的黄金时代，几乎所有细菌感染性疾病都能得到有 效控制，人类的平均寿命延长了15-20年。但是，正如“有矛必有盾”一样，科学家想尽办法地研 究开发各种更新、更有效的杀菌武器一一抗菌药物，细菌也在不断地改变自己抵抗药物的作用，产 生耐药性。针对细菌的耐药性问题，科学家在不长的时间里开发了抗耐药菌药物。但是，随着抗耐 药菌药物的广泛使用，临床上又发现了对抗耐药菌药物不敏感的新的耐药菌。真可谓是道高一尺， 魔高一丈。耐药菌再一次威胁着人类的生命健康，人类要战胜耐药菌还要走很长的一条抗争之路。 >抗菌药物的作用机制 抗菌药物是指具有杀菌或抑菌活性的抗生素和化学合成药物。微生物产生的具有杀菌或抑菌作 用的代谢产物为天然抗生素。某些天然抗生素经化学结构改造后称之为半合成抗生素。不同的细菌 对抗菌药物的敏感性是不同的。既能作用于革兰氏阳性菌又能作用于革兰氏阴性菌的为广谱抗菌药 物，只作用于单一类群细菌的为窄谱抗菌药物。根据对病原菌作用的靶位不同，将抗菌药物的作用机制
1 第六讲 与耐药菌赛跑：细菌耐药性与抗耐药菌药物 千万不要忽视非同寻常的现象或事件。也许它只是一桩虚假警报，一无用处。但是，从另一方 面说，它也可能是命运向你提供的导致重大进展的线索。 ——亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming，1881－1955） * 疾病和治疗、控制 病例：某医院一患者于 2011 年 1 月因肺炎入住本医院呼吸科，从患者痰标本中检出耐甲氧西林金黄色葡萄球 菌（MRSA）。2 月在同一科室又发生 2 例 MRSA 感染患者，同时间段先后连续发生另外 10 例 MRSA 感染患者（烧 伤科 4 例、神经内科 5 例、普外科 1 例）。在此期间相关科室曾有多名医生参与呼吸科病人会诊。从 13 例患者标 本中所分离的 MRSA 除对万古霉素和利奈唑胺敏感之外，对其他 10 种临床常用抗菌药物全部耐药。经细菌基因分 析证明 13 例患者感染的 MRSA 具有同源性，同时也同环境标本分离的 MRSA 具有同源性。因此，这是一起 MRSA 医院感染暴发事件。 治疗和控制：积极治疗病人，根据药敏试验结果合理使用抗菌药物万古霉素。有针对性地开展消毒隔离措施， 对感染患者实行集中隔离或床边隔离，做出隔离标志。加强消毒措施，对所有患者的病历牌、床头柜、呼叫器等物 品进行清洁消毒。患者床头及医务人员随身配备快速手消毒剂。医生、护士、护工、工勤人员和家属要加强洗手和 手消毒。处理患者伤口、导管、被血液、体液严重污染的物品时必须戴手套，必要时戴口罩、防护镜、穿隔离衣。 每天用含氯消毒剂对各种诊疗用品作随时消毒。病人离开病房后，对病人接触过的环境和物品进行终末消毒。 20 世纪 50 年代以后，人类迎来了抗菌治疗的黄金时代，几乎所有细菌感染性疾病都能得到有 效控制，人类的平均寿命延长了 15-20 年。但是，正如“有矛必有盾”一样，科学家想尽办法地研 究开发各种更新、更有效的杀菌武器——抗菌药物，细菌也在不断地改变自己抵抗药物的作用，产 生耐药性。针对细菌的耐药性问题，科学家在不长的时间里开发了抗耐药菌药物。但是，随着抗耐 药菌药物的广泛使用，临床上又发现了对抗耐药菌药物不敏感的新的耐药菌。真可谓是道高一尺， 魔高一丈。耐药菌再一次威胁着人类的生命健康，人类要战胜耐药菌还要走很长的一条抗争之路。 抗菌药物的作用机制 抗菌药物是指具有杀菌或抑菌活性的抗生素和化学合成药物。微生物产生的具有杀菌或抑菌作 用的代谢产物为天然抗生素。某些天然抗生素经化学结构改造后称之为半合成抗生素。不同的细菌 对抗菌药物的敏感性是不同的。既能作用于革兰氏阳性菌又能作用于革兰氏阴性菌的为广谱抗菌药 物，只作用于单一类群细菌的为窄谱抗菌药物。根据对病原菌作用的靶位不同，将抗菌药物的作用机制
分为五类：①抑制细胞壁合成：②影响细胞膜的通透性：③抑制蛋白质合成④抑制核酸合成：⑤ 抗代谢物。 抑制细胞壁合成 细菌细胞壁具有保护和维持细菌正常形态的功能。细胞壁主要结构成分的生物合成被阻碍，可 导致细菌细胞壁缺损，使细胞外水分不断渗入，细菌膨胀、破裂溶解而死亡。例如，万古霉素、磷 霉素和环丝氨酸干扰细胞壁肽聚糖前体的形成，青霉素与头孢菌素类抗生素阻碍肽聚糖的交叉联接。 影响细胞膜的通透性 细菌膜具有渗透屏障和运输物质的功能。细菌细胞膜受到损伤，其屏障的破坏，导致菌体内的蛋 白质、核苷酸、氨基酸、糖和盐类等外漏，从而使细菌死亡。例如，多粘菌素类抗生素具有表面活 性物质，能选择性地与细菌膜中的磷酯结合，使细胞膜通透性增加。 抑制蛋白质合成 细菌的核糖体为70S,由30S和50S两个亚基组成。核糖体是蛋白质合成的主要场所，在蛋白 质合成中起重要作用。细菌的蛋白质合成受到影响，其生长繁殖会受到抑制。例如，氯霉素、林可 霉素和大环内酯类抗生素（红霉素等）能与50S亚基结合：四环类抗生素（四环素、金霉素等）能 与30S亚基结合，阻止氨基酰tRNA向30S亚基的A位结合：氨基糖苷类抗生素（链霉素等）能与 30S亚基结合。这些抗生素影响蛋白质合成的过程的不同环节，从而抑制蛋白质合成，起到杀菌作 用。 抑制核酸合成 DNA是遗传信息的载体。细菌的核酸代谢被干扰，将阻碍遗传信息的复制，影响菌体正常的生 长和繁殖。例如，喹诺酮类药物能抑制DNA的合成，利福平能抑制以DNA为模板的RNA多聚酶。 抗代被物 细菌生长过程中，常需要一些必须得生长因子才能正常生长。生长因子的结构类似物可以干扰 细菌的正常代谢，抑制细菌的生长。例如，磺胺类药物是叶酸组成成分对氨基苯甲酸的结构类似物， 抑制二氢叶酸合成酶与二氢叶酸还原酶，妨碍叶酸代谢，从而抑制细菌的生长和繁殖。 2
2 分为五类：①抑制细胞壁合成；②影响细胞膜的通透性；③抑制蛋白质合成 ④ 抑制核酸合成；⑤ 抗代谢物。 抑制细胞壁合成 细菌细胞壁具有保护和维持细菌正常形态的功能。细胞壁主要结构成分的生物合成被阻碍，可 导致细菌细胞壁缺损，使细胞外水分不断渗入，细菌膨胀、破裂溶解而死亡。例如，万古霉素、磷 霉素和环丝氨酸干扰细胞壁肽聚糖前体的形成，青霉素与头孢菌素类抗生素阻碍肽聚糖的交叉联接。 影响细胞膜的通透性 细菌膜具有渗透屏障和运输物质的功能。细菌细胞膜受到损伤，其屏障的破坏，导致菌体内的蛋 白质、核苷酸、氨基酸、糖和盐类等外漏，从而使细菌死亡。例如，多粘菌素类抗生素具有表面活 性物质，能选择性地与细菌膜中的磷酯结合，使细胞膜通透性增加。 抑制蛋白质合成 细菌的核糖体为 70S，由 30S 和 50S 两个亚基组成。核糖体是蛋白质合成的主要场所，在蛋白 质合成中起重要作用。细菌的蛋白质合成受到影响，其生长繁殖会受到抑制。例如，氯霉素、林可 霉素和大环内酯类抗生素（红霉素等）能与 50S 亚基结合；四环类抗生素（四环素、金霉素等）能 与 30S 亚基结合，阻止氨基酰 tRNA 向 30S 亚基的 A 位结合；氨基糖苷类抗生素（链霉素等）能与 30S 亚基结合。这些抗生素影响蛋白质合成的过程的不同环节，从而抑制蛋白质合成，起到杀菌作 用。 抑制核酸合成 DNA 是遗传信息的载体。细菌的核酸代谢被干扰，将阻碍遗传信息的复制，影响菌体正常的生 长和繁殖。例如，喹诺酮类药物能抑制 DNA 的合成，利福平能抑制以 DNA 为模板的 RNA 多聚酶。 抗代谢物 细菌生长过程中，常需要一些必须得生长因子才能正常生长。生长因子的结构类似物可以干扰 细菌的正常代谢，抑制细菌的生长。例如，磺胺类药物是叶酸组成成分对氨基苯甲酸的结构类似物， 抑制二氢叶酸合成酶与二氢叶酸还原酶，妨碍叶酸代谢，从而抑制细菌的生长和繁殖
Ribosome Cell wall Inhibitors Synthesis and repair blocking drugs of protein synthesis Penicillins Cephalosporins Site of action- 50S 50 S subunit ancomycin 30S Bacitracin Chloramphenicol Monobactams Erythromycin Clindamycin Site of action- HDNA 30 S subunit Inhibit gyrase(unwinding enzymes) Aminoglycosides Quinolones (ciprofloxacin) Tetracyclines Inhibit RNA polymerase Streptomycin Rifampin Amikacin PABA米aCd Cell pool Cell membrane Inhibit folic acid metabolism Polymyxins Sultonamides(sulfa drugs) Trimethoprim 图6-1不同抗菌药物的作用靶位 >细菌耐药性的发展概况 尽管抗生素的发展大大地降低了感染的发病率和病死率，然而世界卫生组织1998年的统计 资料表明：感染死亡人数占全部死亡人数的第二位，在全球因感染死亡人数中，发展中国家几乎 占到二分之一。细菌耐药性是细菌产生对抗生素不敏感的现象。耐药性的出现和蔓延却严重影响 和破坏着人类抗感染治疗。20世纪五六十年代2万-3万单位就能制服的细菌，现在需用几十万、几百 万单位。 金黄色葡萄球菌对青暴素耐药性的变迁 青霉素发现后不久，科学家Abraham和Chain在《Nature》(1940,146:837)发表论文，细菌 中有一种酶能水解β-内酰胺环，表现为对青霉素的耐药。这个酶叫做青霉素酶。1942年青霉素应用 临床，当初几乎所有的金黄色葡萄球菌（金葡菌）对青霉素都非常敏感。由于青霉素在临床上的神 奇效果，1943年青霉素大规模使用。1944年发现7株有青霉素酶的耐药金葡菌。1945年医院内感 染的20%金黄色葡球菌对其产生抗性。 Lactam ring 5 CH, COOH COOH -lactamase(penicillinase) OH H Penicillin breaks this bond Inactive penicillin OCH3 CH3 NH. CH3 CH:O COOH 图6-2青霉素酶水解青霉素（上）和甲氧西林的结构（下） 3
3 图 6-1 不同抗菌药物的作用靶位 细菌耐药性的发展概况 尽管抗生素的发展大大地降低了感染的发病率和病死率，然而世界卫生组织 199 8 年的统计 资料表明：感染死亡人数占全部死亡人数的第二位，在全球因感染死亡人数中，发展中国家几乎 占到二分之一。细菌耐药性是细菌产生对抗生素不敏感的现象。耐药性的出现和蔓延却严重影响 和破坏着人类抗感染治疗。20 世纪五六十年代 2 万-3 万单位就能制服的细菌，现在需用几十万、几百 万单位。 金黄色葡萄球菌对青霉素耐药性的变迁 青霉素发现后不久，科学家 Abraham 和 Chain 在《Nature》（1940,146:837）发表论文，细菌 中有一种酶能水解β-内酰胺环，表现为对青霉素的耐药。这个酶叫做青霉素酶。1942 年青霉素应用 临床，当初几乎所有的金黄色葡萄球菌（金葡菌）对青霉素都非常敏感。由于青霉素在临床上的神 奇效果，1943 年青霉素大规模使用。1944 年发现 7 株有青霉素酶的耐药金葡菌。1945 年医院内感 染的 20%金黄色葡球菌对其产生抗性。 图 6-2 青霉素酶水解青霉素（上）和甲氧西林的结构（下）
20世纪50年代中期，为了解决细菌对青霉素的耐药问题，科学家开始研究开发抗青霉素酶的 半合成青霉素。1959年，通过化学修饰的方法，一种不能被青霉素酶水解的青霉素甲氧西林 (Methicillin)问世并投入临床使用。然而1961年英国发现首例耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌 (Methicillin-.resistant Staphylococcus aureus,MRSA)。接着在波兰、德国和美国的医院内相继也 出现了MRSA。虽然如此，很长一段时间内MRSA的数量并没有扩大，到1988年MRSA的比例 是2.4%，因此甲氧西林一直是治疗青霉素耐药菌引起感染的主要药物。然而到了1991年，MRSA 上升到29%，1995年临床发现的葡萄球菌中有96%是耐药菌。2007年，美国疾病控制中心(Centers for Disease Control,,CDC)2300万人感染MRSA,19000人因感染MRSA而死亡。世界卫生组织 2007年统计报告，每年全球有数百万人感染MRSA,其中约30%的人最终会不治身亡。当今世界 MRSA感染严重威胁着人类健康，并呈迅速蔓延的趋势，己经成为全球目前严重的临床及公共卫生 问题。 1801 -MRSA --MSSA -VRE 100. 0 40 20 p078170799a1iiT0102070T30@090网 图6-3美国某医院1990-2004年MRSA增长趋势 MRSA除对甲氧西林耐药外，对所有的B-内酰胺类如青霉素、头孢菌素、碳青霉烯类和青霉烯 类抗生素都产生耐药性，对氨基糖苷类、大环内酯类、四环素类、氟喹喏酮类、磺胺类、利福平均 产生不同程度的耐药，唯对万古霉素敏感。 万古霉素(Vancomycin)是1956年从东方链霉菌中分离得到的一种糖肽类抗生素，因耳、肾 毒性而在临床应用中受到限制。由于耐药问题的日益尖锐，被打入冷宫的万古霉素重见阳光，重新 确立了临床上的特殊地位。万古霉素在临床上通常被用作经阝-内酰胺类抗生素或其它抗菌药物治疗无效 后才使用的最后手段，因此被誉为“人类对付顽固性耐药菌株的最后一道防线”。但是由于万古霉素 作为二线药物的广泛使用，临床上又出现了耐万古霉素的肠球菌(Vancomycin-resistant Enterococcus,VRE)。1988年英国最先报道了VRE。美国院内感染监测系统National Nosocomial Infections Surveillance System,NNISS)2004年的调查显示，美国重症病房VRE的感染从1992 年2.19%增至2003年28.5%。目前，报道VRE出现的国家有澳大利亚、丹麦、比利时、加拿大、 德国、意大利、西班牙、马来西亚、瑞典、美国和中国等
4 20 世纪 50 年代中期，为了解决细菌对青霉素的耐药问题，科学家开始研究开发抗青霉素酶的 半合成青霉素。1959 年，通过化学修饰的方法，一种不能被青霉素酶水解的青霉素甲氧西林 （Methicillin）问世并投入临床使用。然而 1961 年英国发现首例耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌 （Methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA）。接着在波兰、德国和美国的医院内相继也 出现了 MRSA。虽然如此，很长一段时间内 MRSA 的数量并没有扩大，到 1988 年 MRSA 的比例 是 2.4%，因此甲氧西林一直是治疗青霉素耐药菌引起感染的主要药物。然而到了 1991 年，MRSA 上升到 29%，1995 年临床发现的葡萄球菌中有 96% 是耐药菌。2007 年，美国疾病控制中心（Centers for Disease Control, CDC）2300 万人感染 MRSA，19000 人因感染 MRSA 而死亡。世界卫生组织 2007 年统计报告，每年全球有数百万人感染 MRSA，其中约 30%的人最终会不治身亡。当今世界 MRSA 感染严重威胁着人类健康，并呈迅速蔓延的趋势，已经成为全球目前严重的临床及公共卫生 问题。 图 6-3 美国某医院 1990-2004 年 MRSA 增长趋势 MRSA 除对甲氧西林耐药外，对所有的β-内酰胺类如青霉素、头孢菌素、碳青霉烯类和青霉烯 类抗生素都产生耐药性，对氨基糖苷类、大环内酯类、四环素类、氟喹喏酮类、磺胺类、利福平均 产生不同程度的耐药，唯对万古霉素敏感。 万古霉素（Vancomycin）是 1956 年从东方链霉菌中分离得到的一种糖肽类抗生素，因耳、肾 毒性而在临床应用中受到限制。由于耐药问题的日益尖锐，被打入冷宫的万古霉素重见阳光，重新 确立了临床上的特殊地位。万古霉素在临床上通常被用作经β-内酰胺类抗生素或其它抗菌药物治疗无效 后才使用的最后手段，因此被誉为“人类对付顽固性耐药菌株的最后一道防线”。但是由于万古霉素 作 为 二 线 药 物 的 广 泛 使 用 ， 临 床 上 又 出 现 了 耐 万 古 霉 素 的 肠 球 菌 (Vancomycin-resistant Enterococcus, VRE)。1988 年英国最先报道了 VRE。美国院内感染监测系统（National Nosocomial Infections Surveillance System，NNISS）2004 年的调查显示，美国重症病房 VRE 的感染从 1992 年 2.19%增至 2003 年 28.5%。目前，报道 VRE 出现的国家有澳大利亚、丹麦、比利时、加拿大、 德国、意大利、西班牙、马来西亚、瑞典、美国和中国等
图6-4万古霉素的结构 1996年，日本分离到世界首例万古霉素敏感性下降的金黄色葡萄球菌 (Vancomycin-intermediate resistant Staphylococcus aureus,VlSA)菌株，此后，韩国、美国、 意大利、法国、英国、希腊、西班牙等国也陆续报道检出VISA。金黄色葡萄球菌对万古霉素的敏感 性问题引起医药界的广泛关注。2002年美国出现2例万古霉素耐药金黄色葡萄球菌 (Vancomycin-resistant Staphylococcus aureus,VRSA)感染病例。事实说明：万古霉素作为人类 抗生素的最后一道防线己经开始崩溃，研制新一代抗生素迫在眉睫。 First First case vancomycin- resistant strain of MRSA of MRSA S.aureus diagnosed found. becomes in U.S. Vancomycin is resistant to S.aureus pencillin. First case a powerful S.aureus antibiotic used Pencillin successfully leading to of MRSA as a last resort frst first treated with creation of diagnosed discovered in treatment discovered pencillin methicillin 1880189019001910192019301940195019601970198019902000 图6-3甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌的变迁 如影相随的耐药菌 细菌耐药性的发展与抗菌药物的临床应用形影不离、相伴相随。细菌耐药的历史是一部与抗生 素抗争的历史，随着时间的推移，耐药菌的名单将越来越长，耐药的速度越来越快，耐药的程度越 来越重，耐药的种类越来越多，耐药的频率越来越高。 表6-1抗生素应用于临床和耐药菌的出现 抗生素 应用于临床（年） 出现耐药菌（年） 青霉素(penicillin) 1942 1945 5
5 图 6-4 万古霉素的结构 1996 年 ， 日 本 分 离 到 世 界 首 例 万 古 霉 素 敏 感 性 下 降 的 金 黄 色 葡 萄 球 菌 （Vancomycin-intermediate resistant Staphylococcus aureus, VISA）菌株，此后，韩国、美国、 意大利、法国、英国、希腊、西班牙等国也陆续报道检出 VISA。金黄色葡萄球菌对万古霉素的敏感 性 问 题 引 起 医 药 界 的 广 泛 关 注 。 2002 年 美 国 出 现 2 例 万 古 霉 素 耐 药 金 黄 色 葡 萄 球 菌 （Vancomycin-resistant Staphylococcus aureus, VRSA）感染病例。事实说明：万古霉素作为人类 抗生素的最后一道防线已经开始崩溃，研制新一代抗生素迫在眉睫。 图 6-3 甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌的变迁 如影相随的耐药菌 细菌耐药性的发展与抗菌药物的临床应用形影不离、相伴相随。细菌耐药的历史是一部与抗生 素抗争的历史，随着时间的推移，耐药菌的名单将越来越长，耐药的速度越来越快，耐药的程度越 来越重，耐药的种类越来越多，耐药的频率越来越高。 表 6-1 抗生素应用于临床和耐药菌的出现 抗生素 应用于临床（年） 出现耐药菌（年） 青霉素(penicillin) 1942 1945