β-内酰胺酶抑制剂

β-内酰胺酶抑制剂(β-Lactamaseinhibitors)是一类新的β-内酰胺类药物。质粒传递产生β-内酰胺酶,致使一些药物β-内酰胺环水解而失活,是病原菌对一些常见的β-内酰胺类抗生素(青霉素类、头孢菌素类)耐药的主要方式。

β-内酰胺酶有证据表明β-内酰胺酶在β -内酰胺类抗生素使用以前就已存在,对β-内酰胺酶和参与细菌细胞壁肽聚糖代谢的D-丙氨酰-D-丙氨酸肽酶进行X射线晶体学等研究后发现,虽然这两种酶的催化特性和总的氨基酸顺序不同,但它们的三维空间结构十分相似,在丝氨酸活性位点附近的氨基酸顺序也基本相同。这为β -内酰胺酶来源于对青霉素敏感的D-丙氨酰-D-丙氨酸肽酶的假设提供了有力的证据,它们应同属于庞大的以丝氨酸为亲核试剂的酶家族。

β -内酰胺类抗生素的广泛使用刺激了细菌产生β-内酰胺酶的能力,迄今为止报道的β-内酰胺酶已超过190种。它们在来源、底物、抑制剂、结构等方面存在许多差异,从而给β -内酰胺酶的系统分类带来困难。至今已有7种酶分类法的报道。1968年Sawai以血清法区分青霉素酶和头孢菌素酶。1973年Richmond和Sykes主要根据酶的底物特性将革兰氏阴性菌来源的β-内酰胺酶分为5类, 1976年Sykes和Mat thew 按质粒编码和染色体编码酶对此分类做了修改。1980年Ambler在氨基酸序列分析的基础上将β -内酰胺酶按分子结构分为4类, A类为青霉素酶, B类为金属β -内酰胺酶, C类为头孢菌素酶, D类为苯唑西林酶。1981年Mitsuhashi和Inoue按青霉素酶、头孢菌素酶和头孢呋辛酶重新进行分类。1989年Bush 按底物、抑制剂和分子结构对所有细菌来源的β -内酰胺酶进行分类, 1995年Bush, Jacoby 和Medeiros在此基础上增加了β -内酰胺酶抑制剂亲和力降低的酶和能水解碳青霉烯、被克拉维酸微弱抑制的含丝氨酸的β -内酰胺酶。β -内酰胺酶抑制剂在使酶失活的过程中自身的结构也受到破坏,与酶一起形成失活产物,因此被称为自杀性酶抑制剂,又称为基于机理的酶抑制剂。

不可逆的竞争性β-内酰胺酶抑制剂系指抑制剂和β-内酰胺酶发生不可逆的反应后使酶失活。抑制剂在作用于酶的过程中本身遭到破坏,因此此类酶抑制剂被称为“自杀性酶抑制剂(Sucide Inhibitor)”。竞争性β-内酰胺酶抑制剂与底物竞争酶的催化部位,而通过与酶的某些点结合,使酶失去功能。β-内酰胺酶抑制剂于1969年开始研制。通过微生物筛选和酶抑制剂的结构改造,现已获得多种β-内酰胺酶抑制剂,目前已用于临床的有克拉维酸(Clavulanic acid)、舒巴坦(Sulbactam)和他唑巴坦(Tazobactam)3种,按化学结构分为两类:

克拉维酸是氧青霉烷类抑制剂的典型代表,1976年首次报道了从链霉菌的发酵液分离到克拉维酸。它自身的抗菌活力很低,但对许多临床上重要的β-内酰胺酶有很强的抑制活性,与阿莫西林或替卡西林都有很好的协同作用。

克拉维酸本身几乎没有抗菌活性,克拉维酸可抑制某些广谱和超广谱β-内酰胺酶。当与阿莫西林(amoxicillin)联合应用时,克拉维酸盐能显著降低阿莫西林对金葡菌、肺炎克雷伯菌、变形菌和大肠埃希菌的MIC值。克拉维酸不但能抑制Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ型β-内酰胺酶,保护抗生素,而且能作用于细菌细胞膜上的特定部位,与低浓度的抗生素共同影响细菌生长。

克拉维酸的作用机制:co lo 发现, 克拉维酸是一种直接作用于活性位点的抑制剂。不像通常的底物那样, 而是有一些暂时停留或永远依附在酶表面。克拉维酸的β-内酞胺环模拟底物的β-内酞胺环, 很可能开始使酶酞化, 并与底物同时发生, 这就造成了克拉维酸对β-内酞胺酶的高度专一性。口服给药可较好地被人体吸收, 本品与血清结合极少, 人血清对它的活性影响极少。

舒巴坦(sulbactam)和三唑巴坦(tazobactam)均为青霉烷砜类化合物,分别于1978年和1980年被合成[5]。与克拉维酸一样,这两种β-内酰胺酶抑制剂化合物的结构均与青霉素相似,能有效抑制许多产A类β-内酰胺酶的细菌,但对B、C、D类β-内酰胺酶抑制活性较小。其中,舒巴坦结构较稳定,但其抑酶作用不如克拉维酸。三唑巴坦对产酶菌有良好的抑酶作用,尤对A类酶的抑制作用远强于克拉维酸和舒巴坦。此外,三唑巴坦具有毒性低、抑酶活性强、稳定性好等优点,是目前临床上使用的最有前途的一种β-内酰胺酶抑制剂。

舒巴坦的特性舒巴坦又称青霉烷矾酸。1 9 78 年nEglihs 等发现舒巴坦有抑制β-内酞胺酶的特性, 它的抑酶谱与克拉维酸相似, 仅活性稍差, 但稳定性远比克拉维酸好, 与多种β-内酞胺类抗生素有协同作用。舒巴坦本身抑菌作用很弱,是一种竞争性不可逆的β-内酞胺酶抑制剂。

他唑巴坦世纪80 年代由日本大鹏药品工业株式会社开发, 是在舒巴坦结构的基础上增加了一个三氮唑环。后转让给美国Cyanamld公司, 制成了它与哌拉西林的复合制剂。

他唑巴坦 对临床上重要的β-内酞胺酶如金葡菌的青霉素酶、G 菌所产生的丁EM、SHv 等质粒介导的酶和变形杆菌、拟杆菌、克雷伯菌所产生染色体介导酶均具很强抑制作用,

他唑巴坦和舒巴坦的抑酶谱比克拉维酸广; 对酶的作用强度依次为他唑巴坦> 舒巴坦> 克拉维酸。他唑巴坦的抑酶强度、抑酶谱、对酶的稳定性都强于克拉维酸和舒巴坦,诱导细菌产生酶的作用明显低于克拉维酸、舒巴坦,他唑巴坦是目前最好的β-内酰胺酶抑制剂,克拉维酸易诱导细菌产生β-内酰胺酶;舒巴坦诱导产酶作用较小;他唑巴坦更小。见表1、2。

表1 克拉维酸、舒巴坦和他唑巴坦对酶作用的比较

β-内酰胺酶

细菌

IC50

克拉维酸

舒巴坦

他唑巴坦

染色体Ⅰ型酶

阴沟肠杆菌

>50

5.0

0.093

染色体Ⅰ型酶

大肠杆菌

>50

7.6

2.9

染色体Ⅰ型酶

铜绿假单胞菌

>50

2.9

0.97

染色体Ⅰ型酶

脆弱拟杆菌

0.006

0.04

0.03

质粒酶TEM-1

大肠杆菌

0.055

1.7

0.028

质粒酶SHV-1

大肠杆菌

0.035

13.0

0.14

Ⅳ类

染色体酶

肺炎克雷白菌

0.011

3.8

0.047

Ⅳ类

染色体酶

产酸克雷白菌

0.047

4.5

0.038

Ⅳ类

染色体酶

金葡球菌

0.063

1.4

0.27

(注:IC50值系抑制50%β-内酰胺酶所需抑制剂浓度)从表1中可看出,他唑巴坦的抑酶作用比克拉维酸、舒巴坦强。

表2 三种酶抑制剂的比较

诱导酶

抑酶谱

抑酶强度

稳定性

产生作用

他唑巴坦

+++

++++

++++

+

克拉维酸

++

+++

++

++++

舒巴坦

+++

++

+++

++

(注:高++++较高+++中等++低+)

国内外用于临床治疗的β-内酰胺酶抑制剂合剂主要有6种:(1)阿莫西林/克拉维酸;(2)替卡西林/克拉维酸;(3)氨苄西林/舒巴坦;(4)舒拉西林/舒巴坦;(5)头孢哌酮/舒巴坦和(6)哌拉西林/三唑巴坦。临床应用显示,这些合剂对某些β-内酰胺酶所致的耐药菌株具有明显抑制作用,但对不同种类β-内酰胺酶的抑制作用范围有限。因此,新型的β-内酰胺酶抑制剂在不断开发之中。

替卡西林/克拉维酸(特美汀 Timentin)由于替卡西林长期在临床应用,沙雷氏菌属、产酶的铜绿假单胞菌、葡萄球菌属因产β-内酰胺酶而对替卡西林耐药。而特美汀除了可用于对替卡西林敏感菌的治疗,还对耐替卡西林的沙雷氏菌属、产的铜绿假单胞菌、葡萄球菌属有较强的抗菌活性。临床用于敏感菌所致败血症、腹膜炎、腹腔感染、术后感染、呼吸道、皮肤及软组织感染。严重或复杂性泌尿系感染等治疗。替卡西林/克拉维酸与氨基糖甙类抗生素同用于对抗耐药铜绿假单胞菌时会产生协同作用。

阿莫西林/克拉维酸(奥格门汀、安灭菌Augmentin)阿莫西林的抗菌谱与氨苄西林相同,细菌对本品和氨苄西林有完全的交叉耐药性。阿莫西林对非产酶的G+球菌和G-杆菌有较强的抗菌活性,对产酶菌耐药。奥格门汀不但对阿莫西林敏感的非产酶菌敏感,还对产酶的金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、肺炎链球菌、大肠埃希氏菌、棒状杆菌、沙门氏菌属、克雷白氏菌属、变形杆菌属、流感嗜血杆菌等有效,对耐阿莫西林的产β-内胺酶菌株作用较强。临床用于治疗产酶菌所致呼吸道、生殖和泌尿道感染、皮肤和软组织感染、腹腔感染、骨髓炎及败血症等。

氨苄西林/舒巴坦(优立新Unasyn)氨苄西林是最早和广泛应用于临床的广谱青霉素,细菌的耐药较严重,如产酶的金黄色葡萄球菌,溶血性链球菌、肺炎链球菌、肠杆菌科和不动杆菌都对氨苄西林耐药。优立新不但对氨苄西林敏感的菌株敏感,而且对耐氨苄西林的产酶金黄色葡萄球菌、流感嗜血杆菌、淋病奈瑟氏菌、脆弱拟杆菌属等菌株有较高的抗菌活性。临床用于敏感菌所致上、下呼吸道、泌尿道、皮肤及腹部感染,败血症、脑膜炎、淋病奈瑟氏菌等感染的治疗。

头孢哌酮/舒巴坦(舒普深 Sulperazon)头孢哌酮是第三代头孢菌素,抗菌谱广。对溶血性链球菌、肺炎球菌、大肠埃希氏菌、沙雷氏菌、铜绿假单胞菌等有很强的抗菌活性。由于临床的广泛用,产酶耐药菌株增多,如铜绿假单胞菌等菌株。舒曾深则对产β-内酰胺酶的铜绿假单胞菌有强大的抗菌活性。临床用于治疗敏感细菌引起的呼吸道、泌尿道感染;腹膜炎、胆囊炎、败血症、然病、盆腔炎等症。尤其适用于耐药的铜绿假单胞菌引起的呼吸道感染、腹腔感染等。

哌拉西林/他唑巴坦(特治星,Tazocin) 哌拉西林属酰脲类青霉素,由于长期应用,细菌产酶耐药增加,12.5ug/tol仅抑制23.5%的耐青霉素G的金黄色葡萄球菌。特治不但对哌拉西林敏感的非产酶金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、肺炎链球菌、铜绿假单孢菌、沙门芪菌属、大肠埃希氏菌、变形杆菌属、志贺氏菌属等敏感,对产β-内酰胺酶的金黄色葡萄球菌、铜绿假单孢菌等耐哌拉西林的菌株也较敏感。临床用于敏感菌所致的呼吸道、泌尿道、败血症、腹腔感染、胆道及皮肤软组织等感染的治疗。

这些β-内酰胺酶抑制剂的复合制剂对临床常见致病菌都有较强的抗菌活性,尤其对产β-内酰胺酶菌株引起的中、重度感染复合制剂的临床疗效显著提高。随着对β-内酰胺酶抑制剂的深入研究,β-内酰胺类抗生素与酶抑制剂组成的复合制剂必将显现出更加广泛的临床应用价值。

本类药物适用于因产β内酰胺酶而对β内酰胺类药物耐药的细菌感染,但不推荐用于对复方制剂中抗生素敏感的细菌感染和非产β内酰胺酶的耐药菌感染。

阿莫西林/克拉维酸适用于产β内酰胺酶的流感嗜血杆菌、卡他莫拉菌、大肠埃希菌等肠杆菌科细菌、甲氧西林敏感金葡菌所致下列感染:鼻窦炎,中耳炎,下呼吸道感染,泌尿生殖系统感染,皮肤、软组织感染,骨、关节感染,腹腔感染,以及败血症等。重症感染者或不能口服者应用本药的注射剂,轻症感染或经静脉给药后病情好转的患者可予口服给药。

氨苄西林/舒巴坦静脉给药及其口服制剂舒他西林的适应证与阿莫西林/克拉维酸同。

头孢哌酮/舒巴坦、替卡西林/克拉维酸和哌拉西林/三唑巴坦仅供静脉使用,适用于产β内酰胺酶的大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌等肠杆菌科细菌、铜绿假单胞菌和拟杆菌属等厌氧菌所致的各种严重感染。

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