β-内酰胺类抗生素是应用最广泛的抗生素。随着其在兽医临床上的广泛应用,细菌对药物的耐药性问题日趋普遍,并随时间的推移耐药率呈上升趋势[1~2]。细菌对β-内酰胺类抗生素的耐药机制主要有3种:质粒介导或染色体突变使细菌产生β-内酰胺酶,破坏β-内酰胺环,使抗生素失活;革兰氏阴性菌细胞外膜通透性降低,阻碍抗生素进入细菌内膜靶位,即改变细菌外膜蛋白,减少抗生素的吸收;改变抗生素的作用靶位点(PBPS),使抗生素无法与之结合或降低药物与PBPS的亲和力。细菌产生的β-内酰胺酶破坏β-内酰胺环,使抗生素失活是最为普遍和最主要的耐药机制[3]。解决细菌产酶耐药问题,主要有以下4个途径[4~5]:(1)发展相对或绝对对β-内酰胺酶稳定的抗生素。如异恶唑类抗生素、头孢菌素。(2)不耐酶的β-内酰胺类抗生素与可以阻止细菌酶合成的抗生素合用。如应用抑制细菌核糖体蛋白质合成的药物红霉素、氯霉素。虽然这些药物抑制了细菌酶的合成,但同时在抗菌作用方面与β-内酰胺类抗生素拮抗。(3)不耐酶β-内酰胺类抗生素与耐酶β-内酰胺类抗生素合用。作用机制是一种抗生素起抑酶作用,另一种抗生素发挥抗菌作用。但由于抑酶所需药物浓度很大,故其协同抗菌作用尤其对革兰氏阴性菌难于预测。(4)β-内酰胺酶抑制剂。主要作用机理是与细菌产生的β-内酰胺酶结合,使之失活。β-内酰胺类抗生素与β-内酰胺酶抑制剂的联用,保持了β-内酰胺类抗生素的抗菌作用,是解决当前不断增加的细菌耐药性的有效方法[3]。
1 β-内酰胺酶的主要类型
1973年Richmond和Skyes将革兰阴性菌产生的β-内酰胺酶分为2大类:质粒介导的β-内酰胺酶和染色体介导的β-内酰胺酶。染色体介导的β-内酰胺酶又分为头孢菌素酶(ClassⅠ)、青霉素酶(ClassⅡ)和广谱酶(ClassⅣ);质粒介导的β-内酰胺酶又可分为TEM(ClassⅢ),OXA和PSE(ClassⅤ)。1989年Bush根据底物及酶抑制剂的作用类型将酶分为4大类:group1为头孢菌素酶,分子类别为C,并且酶不能被克拉维酸(CA)、金属离子螯合物(EDTA)抑制;group2包括青霉素酶、头孢菌素酶及广谱β-内酰胺酶,这些酶可被CA抑制,不能被EDTA抑制,分子类别为A或D;group3为金属酶,它可水解青霉素类、头孢菌类和碳青霉烯类,分子类别为B,不能被CA抑制;group4酶水解青霉素类,不能被CA抑制[4,6]。
2 β-内酰胺酶抑制剂作用机制
根据酶的作用方式,β-内酰胺酶抑制剂分为非竞争性抑制剂和竞争性抑制剂,竞争性抑制剂又可分为可逆性和不可逆性两种。耐酶青霉素如甲氧西林、异唑类青霉素属可逆性竞争型β-内酰胺酶抑制剂,它们可与一些细菌的β-内酰胺酶活性部分相结合起抑制作用,当抑制剂消除后,酶可以复活。不可逆性竞争型β-内酰胺酶抑制剂可与酶发生牢固的结合而使酶失活,因而作用强。目前兽医临床上应用的克拉维酸、舒巴坦均属不可逆性竞争型β-内酰胺酶抑制剂。克拉维酸、舒巴坦的活性位点与酶有高亲和力,能与其催化中心相结合。当酶与β-内酰胺发生作用时,首先形成共价结合的酶—底物中间产物,对于一般敏感的底物,此中间产物迅速分解释放出游离的有活性的酶和被水解了的β-内酰胺无活性产物;而竞争性酶抑制剂作用时,抑制剂与酶形成的中间产物则相对比较稳定,分解释放出有活性的游离酶的速度极为缓慢,从而阻止了β-内酰胺酶的作用,或者其中间产物进一步转变为永久失活的形式[7]。
因此,β-内酰胺酶抑制剂的主要作用是通过抑制β-内酰胺酶,保护不耐酶的青霉素或头孢菌素类抗生素免受破坏,从而使后者得以进入作用部位,与受体结合而发挥其抗菌作用[8]。克拉维酸、舒巴坦均可抑制β-内酰胺酶Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型酶,但对Ⅰ型酶无效。这就使青霉素类、头孢菌素类的最低抑菌浓度(MIC)明显下降,药物可增效几倍至几十倍,并可使产酶菌株对药物敏感。
克拉维酸对广泛存在于肠杆菌科细菌质粒介导的酶有强大抑制作用,通过克拉维酸对β-内酰胺酶的抑制作用,可使氨苄西林、阿莫西林等不耐酶的β-内酰胺类抗生素的抗菌谱增广,抗菌作用显著加强,从而对多种产β-内酰胺酶的细菌产生明显的协同作用。克拉维酸除了通过酶的抑制作用外,同时也作用于细菌的青霉素结合蛋白(PBP)靶位,与低浓度的β-内酰胺类抗生素共同影响细菌的生长[9]。克拉维酸与大肠杆菌上的青霉素结合蛋白2(PBP2)靶位的亲和力最强,可使细菌变为球形,从而影响细菌的生长。
舒巴坦与克拉维酸作用相似,但与氨苄青霉素联合时对耐氨苄青霉素细菌体外抗菌活性较克拉维酸弱。舒巴坦对青霉素酶有强的抑制作用,可抑制β-内酰胺酶对青霉素、头孢菌素类的破坏,与氨苄西林联合应用可使葡萄球菌、嗜血杆菌、巴氏杆菌、大肠杆菌、克雷伯氏杆菌等对氨苄西林的最低抑菌浓度下降而增效,并可使产酶菌株对氨苄西林恢复敏感。
3 β-内酰胺酶抑制剂与β-内酰胺类抗生素联用的抗菌活性
大量的体外抗菌试验表明,克拉维酸、舒巴坦与β-内酰胺类抗生素联合应用可提高抗生素的体外抗菌活性,具协同增效作用。卜仕金[10]对来源于鸡、猪的31株致病性大肠埃希氏菌的最小抑菌浓度(MIC)进行测定,结果70%以上菌株对阿莫西林耐药,但对加有克拉维酸钾的阿莫西林(1∶4)敏感,克拉维酸与阿莫西林联合使用使MIC显著下降。胡功政等[11]对7株来自禽临床分离的产β-内酰胺酶并可不同程度水解氨苄西林的病源性菌株进行抑酶试验和药敏试验,在不加入舒巴坦的情况下,β-内酰胺酶对氨苄西林的水解率为57.64%~100%,加入舒巴坦时,β-内酰胺酶对氨苄西林的水解率降低;舒巴坦对5株临床分离菌产生的β-内酰胺酶均有抑制作用,在1μg/mL时的抑制率为9.35%~67.20%,10μg/mL时为50.0%~93.19%,表现出明显的抑酶保护作用;氨苄西林与舒巴坦联用,对除绿脓杆菌外的6株分离菌的体外抗菌活性,较显著高于氨苄西林。Bywater RJ等[12]对551株来源于狗和猫的分离菌进行药敏测定,其中葡萄球菌、克雷伯氏杆菌、大肠杆菌对阿莫西林的耐药率分别为50%、97%、28%,而对克拉维酸+阿莫西林的耐药率分别为0.3%、3%和7%。同时,克拉维酸+阿莫西林对多数临床分离菌株的最低抑菌浓度显著降低。Girard AE等[13]经杀菌曲线证实,舒巴坦+氨苄西林的抑菌浓度即具杀菌作用,耐氨苄西林的巴氏杆菌、胸膜肺炎放线杆菌,置低于杀菌浓度的舒巴坦+氨苄西林中,经多达8次的继代培养,仍对舒巴坦+氨苄西林敏感。
4 β-内酰胺酶抑制剂与β-内酰胺类抗生素复方制剂的临床应用
β-内酰胺类抗生素与β-内酰胺酶抑制剂联用,扩大了抗菌谱,显示了协同增效的作用。在兽医临床上主要用于葡萄球菌、嗜血杆菌、巴氏杆菌、大肠杆菌、沙门氏菌和克雷伯氏杆菌等产酶菌株引起的呼吸道、消化道及泌尿道等感染的治疗。
氨苄西林与舒巴坦(2∶1)联用,按5 mg/kg体重肌注,治疗由耐氨苄西林菌株引起的鸡白痢,治愈率为91.18%,显著高于氨苄西林混饮[11]。Markowska-Daniell等[14]用克拉维酸与阿莫西林联用治疗断奶仔猪肺炎,仔猪死亡率显著低于土霉素对照组,仔猪平均日增重及降低因肺炎造成的经济损失等优于土霉素对照组。Senior DF等[15]用克拉维酸强化的阿莫西林,治疗由耐阿莫西林的大肠杆菌诱发的猫急性膀胱炎,可使猫尿中细菌数减少,膀胱、尿道炎症减轻。Bywater RJ等[16]用克拉维酸强化阿莫西林,治疗狗实验性耐阿莫西林的葡萄球菌性皮肤感染,疗效显著优于单用阿莫西林;用于治疗狗和猫临床感染葡萄球菌性皮肤病,痊愈时间显著短于阿莫西林组(P<0.05),治疗成功率(根据治愈和实质性改善判断)显著高于阿莫西林(P<0.05)。Grimshaw WT等[17~18]用氨苄西林与舒巴坦联用,治疗由耐氨苄西林的巴氏杆菌引起的弗里斯犊牛呼吸道疾病,犊牛的死亡率仅为1.56%,而氨苄西林治疗组死亡率为11.86%。用于治疗主要由耐β-内酰胺类抗生素的肠道杆菌引起的弗里斯和爱尔夏初生犊牛腹泻病,死亡率、腹泻率分别降低了16.9%和15%,单用氨苄西林治疗组死亡率、腹泻率分别降低12.4%和6%,经统计学分析,两组的死亡率、腹泻率差异显著。舒巴坦与氨苄西林联用治疗马驹克雷伯氏杆菌肺炎、牛溶血性巴氏杆菌肺炎、犊牛大肠杆菌腹泻均具有体内协同作用[19~21]。
随着抗生素在医学上的广泛应用,细菌耐药性的问题已成为关注的热点。细菌耐药性的发生是细菌适应环境改变的一种生存进化方式,而人类发现和生产一种新抗生素的速度远远落后于细菌对其产生耐药性的速度。β-内酰胺类抗生素与β-内酰胺酶抑制联用拓宽了抗生素抗菌谱,增强了对产酶菌的抗菌活性,恢复了β-内酰胺类抗生素的有效性,使β-内酰胺类抗生素得以继续发挥其在兽医临床上高效、广谱、低毒等抗微生物感染的治疗作用。
参考文献:
[1]朱力军.动物大肠杆菌耐药性的变化趋势[J].中国兽药杂志,2001,35(2):16-18.
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[3] J.D.Williams.β-Lactamases andβ-Lactamase inhibitors[J].international jou
