β內(nèi)酰胺酶抑制劑研究進(jìn)展

1、淺談-內(nèi)酰胺酶及其抑制劑摘要：隨著抗生素藥物使用的大量普及，抗生素耐藥形勢(shì)也日趨嚴(yán)峻?？股啬退幍闹饕獧C(jī)制為產(chǎn)生-內(nèi)酰胺酶。-內(nèi)酰胺酶依據(jù)分子結(jié)構(gòu)中氨基酸序列差異可主要分為兩類(lèi)，分別是以絲氨酸為活性位點(diǎn)的A、C、D類(lèi)，還有以金屬離子為活性位點(diǎn)的金屬酶類(lèi)。隨著-內(nèi)酰胺酶的泛濫，一些-內(nèi)酰胺酶抑制劑應(yīng)運(yùn)而生。在治療微生物感染時(shí)，常將抗生素與-內(nèi)酰胺酶抑制劑聯(lián)用，治療效果顯著。本文將對(duì)-內(nèi)酰胺酶及其抑制劑進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。關(guān)鍵詞：-內(nèi)酰胺酶 -內(nèi)酰胺酶抑制劑 細(xì)菌耐藥 On the -lactamase and its inhibitorsAbstract ：With the increasing p

2、opularity of the use of antibiotic, the situation of antibiotic resistance becomes worsening. The main mechanism of antibiotic resistance is due to the producing of -lactamase. -lactamase can be divided into two categories based on its amino acid sequence in molecular structure. The class of A, C, a

3、nd D is of Ser active site while the class of B has metal ions in its active site. Some -lactamase inhibitor come into being because of the spreading of -lactamase. In the treatment of microbial infection, a number of commonly used antibiotics and -lactamase inhibitor were combined with favored resu

4、lts. In this article, I will have a brief introduction of -lactamase and its inhibitor. Keywords :-lactamase -lactamase inhibitor antibiotic resistance1 抗生素耐藥性及其耐藥機(jī)制抗生素（antibiotic）是生物在其生命活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的（以及用化學(xué)、生物、生物化學(xué)方法衍生的），能在低微濃度下有選擇性抑制或影響它種生物功能的有機(jī)化合物。細(xì)菌耐藥性（antibiotic resistance）是指細(xì)菌對(duì)抗生素不敏感的現(xiàn)象，又可分為固有耐藥（int

5、rinsic resistance）和獲得性耐藥（acquired resistance）。固有耐藥是由細(xì)菌染色體基因決定、代代相傳，不會(huì)改變的。如鏈球菌對(duì)氨基糖苷類(lèi)抗生素天然耐藥。獲得性耐藥是由于細(xì)菌與抗生素接觸后，通過(guò)改變自身的代謝途徑，使其不被抗生素殺滅。如本文將重點(diǎn)討論的細(xì)菌對(duì)-內(nèi)酰胺酶的耐藥性?？股氐淖饔脵C(jī)制如下表所示：表一 抗生素的作用機(jī)制作用機(jī)制代表抗生素干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的合成，使其不能生長(zhǎng)繁殖-內(nèi)酰胺類(lèi)、萬(wàn)古霉素、環(huán)絲霉素?fù)p傷細(xì)菌細(xì)胞膜，破壞其屏障作用多粘菌素B、兩性霉素B、制霉菌素等影響細(xì)菌蛋白質(zhì)合成， 四環(huán)素、氯霉素、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)等抑制核酸合成或作用，影響核酸代謝，利福霉素類(lèi)

6、、喹諾酮類(lèi)、甲硝唑等抑制細(xì)菌代謝磺胺藥、甲氧芐氨嘧啶抑制結(jié)核環(huán)脂酸的合成異煙肼圖1 抗生素的作用機(jī)制相對(duì)于抗生素的作用機(jī)制，微生物的耐藥機(jī)制主要包括四部分：（1）-內(nèi)酰胺酶的產(chǎn)生，也是主要的作用機(jī)制。（2）外膜通透性下降。（3）主動(dòng)外排作用增強(qiáng)。（4）藥物作用靶點(diǎn)的改變。圖二 微生物耐藥機(jī)制2 -內(nèi)酰胺酶的分類(lèi)及代表物通過(guò)上部分的介紹，我們知道微生物產(chǎn)生耐藥性的主要機(jī)制為產(chǎn)生-內(nèi)酰胺酶，該酶通過(guò)水解類(lèi)抗生素的內(nèi)酰胺環(huán)從而使抗生素失效。-內(nèi)酰胺酶的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)主要有兩類(lèi)：Ambler分類(lèi)法和BJM分類(lèi)法。前者主要依據(jù)-內(nèi)酰胺酶分子結(jié)構(gòu)中氨基酸序列差異，后者則主要依據(jù)-內(nèi)酰胺酶的功能。2.1 Ambl

7、er分類(lèi)法質(zhì)粒編碼染色體編碼質(zhì)粒編碼A類(lèi)C類(lèi)染色體編碼B類(lèi)金屬-酶絲氨酸-酶-內(nèi)酰胺酶D類(lèi) 圖三 Ambler分類(lèi)法2.2 BJM分類(lèi)法（Bush-Jacoby-Medeiros）表二 BJM分類(lèi)法類(lèi)別分子類(lèi)型被抑制水解底物代表酶CAEDTA1C類(lèi)-頭孢菌素G-菌的AmpC2aA+-青霉素G+菌的青霉素酶2bA+-青霉素、頭孢菌素TEM-1、TEM-2、SHV-12beA+-青霉素、窄譜與超廣譜頭孢菌素類(lèi)、單環(huán)類(lèi)TEM-3至TEM-26，SHV-2至SHV-62brA±-青霉素TEM-30至TEM-362cA+-青霉素、羧芐西林PSE-1 、PSE-3、 PSE-42dD±

8、-青霉素、氯唑西林OXA-12eA+-頭孢菌素普通變形桿菌的頭孢菌素酶2fA+-青霉素、頭孢菌素、碳青霉烯陰溝腸桿菌的NMC-A3aB-+青霉素、頭孢菌素類(lèi)嗜麥芽黃單胞菌的L13b-+碳青霉烯類(lèi)產(chǎn)氣單胞菌3c-+氨芐西林、頭孢立啶戈氏熒光桿菌4未知-未知青霉素洋蔥假單胞菌的青霉素酶3 -內(nèi)酰胺酶與-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素的作用機(jī)制-內(nèi)酰胺酶的作用機(jī)制由于其活性中心的不同主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)是以絲氨酸為活性中心的酶，涉及Ambler分類(lèi)法中的A、C、D類(lèi)。另一類(lèi)則是以金屬為活性中心的酶，主要是B類(lèi)。下面將分別加以介紹。3.1 絲氨酸活性酶-內(nèi)酰胺酶與青霉素結(jié)合蛋白（PBPs）之間具有高度保守的氨基酸序列，

9、它們與D-丙酰氨-D-丙氨酸轉(zhuǎn)肽酶一起屬于“青霉素識(shí)別酶”家族。A、C、D類(lèi)-內(nèi)酰胺酶在活性位點(diǎn)上都有絲氨酸，故又稱活性位點(diǎn)絲氨酸酶。它們的氨基酸序列同源性不強(qiáng)，但酶分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)非常相似。下圖就是A類(lèi)-內(nèi)酰胺酶的三級(jí)結(jié)構(gòu)圖以及頭孢菌素分子與它的作用機(jī)制圖。 A B圖4 (A)圖為A類(lèi)-內(nèi)酰胺酶活性部位結(jié)構(gòu)圖。其中，W1為水分子。 (B)圖為頭孢菌素分子與-內(nèi)酰胺酶作用機(jī)制。如圖4所示，由4個(gè)氨基酸殘基組成的四聯(lián)體SXXK位于70-73位點(diǎn)，其中X代表任意一種氨基酸，活性位點(diǎn)絲氨酸（Class A為Ser-70，Class C為Ser-64）位于A-螺旋的N-端。由三個(gè)氨基酸殘基組成的三聯(lián)體K

10、TG位于-折疊上（Class A為L(zhǎng)ys-234，Class C為L(zhǎng)ys-315），另一個(gè)三聯(lián)體SDN定位于130-132；KTG和SDN之間通過(guò)氫鍵連接起穩(wěn)定的作用。166-170位點(diǎn)上數(shù)個(gè)氨基酸殘基組成環(huán)，環(huán)上氨基酸序列在Class A中高度保守，環(huán)可將親核水解反應(yīng)所需的水分子準(zhǔn)確定位。SXXK、KTG、SDN和環(huán)這幾個(gè)結(jié)構(gòu)域單元（motifs）之間的空間相對(duì)位置所形成的腔即為-內(nèi)酰胺底物與酶作用的“鍵合腔” （binding cavity），A-螺旋結(jié)構(gòu)正好使絲氨酸活性位點(diǎn)Ser-70定位于鍵合腔的中央。Ser-70的OH、-NH和Ala-237的-NH共同形成Oxyanion盒(?；?/p>

11、應(yīng)點(diǎn))，-內(nèi)酰胺環(huán)上的羰基在此與-OH、-NH形成?；笍?fù)合物。Class A -內(nèi)酰胺酶在244位上有一個(gè)Arg，具有定位另一個(gè)水分子的作用，此結(jié)構(gòu)可水解含非典型B-內(nèi)酰胺環(huán)的底物如克拉維酸、舒巴坦；由于Class C -內(nèi)酰胺酶缺乏此結(jié)構(gòu)，對(duì)克拉維酸無(wú)效。整體上，Class A-內(nèi)酰胺酶嚴(yán)整的“鍵合腔”結(jié)構(gòu)和對(duì)水分子的精確定位能力使它能高效地水解底物.而Class C -內(nèi)酰胺酶的活性位點(diǎn)為Ser 64 ,并且“鍵合腔”結(jié)構(gòu)較為松散，更適于具有較大空間位阻的底物進(jìn)入。Class D-內(nèi)酰胺酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)與Class A相似，其三級(jí)結(jié)構(gòu)也具有類(lèi)似于Class A的結(jié)構(gòu)域單元（如KTG三聯(lián)體等）

12、，雖然這些單元在其氨基酸組成和空間的相對(duì)位置上與Class A有一定差別，但一般認(rèn)為其執(zhí)行的功能是相同的。3.2 金屬活性酶Class B-內(nèi)酰胺酶的結(jié)構(gòu)與其它類(lèi)型相比最大的不同在于金屬離子可與氨基酸殘基之間形成配位化合物而干預(yù)活性位點(diǎn)上的反應(yīng)，更為特殊的是不同的金屬酶其所含的金屬離子數(shù)目并不固定，從而造成本類(lèi)酶與底物結(jié)合方式上的多樣性。4 -內(nèi)酰胺酶抑制劑的作用機(jī)制目前關(guān)于-內(nèi)酰胺酶抑制劑的作用機(jī)理尚不完全清晰。證明了A類(lèi)、C類(lèi)-內(nèi)酰胺酶（絲氨酸蛋白酶）都是由羧肽酶經(jīng)由不同途徑反應(yīng)生成，從而證實(shí)了-內(nèi)酰胺酶和羧肽酶與-內(nèi)酰胺類(lèi)化合物具有相似的作用機(jī)制。大量的實(shí)驗(yàn)研究表明，A類(lèi)-內(nèi)酰胺酶中得S

13、er 70去親核進(jìn)攻-內(nèi)酰胺環(huán)上的羰基。但是目前對(duì)于活性點(diǎn)部位各殘基參與酰化及去酰反應(yīng)的角色尚有分歧。因此，對(duì)于-內(nèi)酰胺酶抑制劑的作用機(jī)制不能進(jìn)行詳細(xì)的介紹。5 -內(nèi)酰胺酶抑制劑的發(fā)展目前應(yīng)用較多的內(nèi)酰胺酶抑制劑主要是針對(duì)A類(lèi)酶的，如克拉維酸 (Clavulanic acid)，舒巴坦(Sulbactam)和泰唑巴坦(tazobactam)，這是三種臨床上最常用的抑制劑。它們均為-內(nèi)酰胺衍生物，即它們與-內(nèi)酰胺抗生素一樣，在結(jié)構(gòu)中都存在一個(gè)-內(nèi)酰胺環(huán)。下面將進(jìn)行詳細(xì)的介紹。5.1 克拉維酸(Clavulanic acid)克拉維酸（結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖5）的抗菌譜廣，但活性很弱,其特點(diǎn)是能抑制革蘭氏陰性

14、菌和葡萄球菌產(chǎn)生的許多-內(nèi)酰胺酶，是第一個(gè)應(yīng)用于臨床的-內(nèi)酰胺酶抑制劑。目前臨床上使用的Augmentin和Timentin就是它分別與羥氨芐青霉素和替卡西林的復(fù)配制劑。圖5 克拉維酸結(jié)構(gòu)式5.2舒巴坦(Sulbactam)舒巴坦（結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖6）屬于青霉烷砜類(lèi)的-內(nèi)酰胺酶抑制劑,也是第一個(gè)人工合成的此類(lèi)抑制劑。圖6 舒巴坦結(jié)構(gòu)式5.3泰唑巴坦(tazobactam)他唑巴坦(結(jié)構(gòu)如圖7)是從舒巴坦的衍生物中篩選出來(lái)的一種高效-內(nèi)酰胺酶抑制劑。它最早由Hall等人從6-APA出發(fā)制得，它的結(jié)構(gòu)是在舒巴坦的基礎(chǔ)上增加一個(gè)三氮唑環(huán)，以提高抑酶效果。它是目前臨床效果最佳的-內(nèi)酰胺酶抑制劑。他唑巴坦與數(shù)種-內(nèi)