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1、大环内酯酯类药物物抗菌作作用分子子机制及及其支原原体耐药药性研究究进展吴聪明中国农业业大学动动物医学学院 大环内酯酯（Maacrooliddes）类药物物是由链链霉菌产产生或半半合成的的一类以以一个大大环内酯酯为母体体，通过过羟基，以以苷键和和13个糖分分子相连连而成的的弱碱性性抗生素素。按其其内酯环环上碳原原子数的的不同，分分为十四四、十五五和十六六元环内内酯类抗生素素。自19552年Lillly公公司将红红霉素成成功开发发上市以以来，迄迄今已开开发出大大环内酯酯药物逾逾百种，用用于临床床的已有有十几种种。大环内酯酯类抗生生素除对对革兰氏氏阳性菌菌有较强强的抗菌菌活性外外，对耐耐青霉素素金黄
2、色色葡萄球球菌、部部分革兰兰氏阴性性菌、部部分厌氧氧菌、支支原体、衣衣原体、军军团菌、胎胎儿弯曲曲杆菌、螺螺旋体和和立克次次氏体等等均有抗抗菌活性性，比氨氨基甙类类、四环环素类和和多肽类类等抗生生素的毒毒副作用用和不良良反应低低，无青青霉素类类抗生素素的严重重过敏反反应，因因此在临临床上获获得广泛泛应用。为为了克服服红霉素素等第一一代大环环内酯类类抗生素素对酸不不稳定、易易产生耐耐药性、胃胃肠道刺刺激强等等弱点，各各个国家家竞相对对大环内内酯类药药物原有有结构进进行改造造，获得得了一系系列抗菌菌活性更更强、药药动学参参数更优优的第二二代大环环内酯类类药物（包包括罗红红霉素、地地红霉素素、氟红红
3、霉素、克克拉霉素素、阿齐齐霉素等等）。第第二代大大环内酯酯类抗生生素具有有：1）对对酸稳定定，口服服生物利利用度高高；2）血血浆药物物浓度、组组织体液液及细胞胞内药物物浓度高高；3）血血浆半衰衰期延长长；4）胃胃肠道反反应轻等等特点。但但其抗菌菌谱、临临床适应应证与第第一代大大环内酯酯类抗生生素相似似，仍易易诱导耐耐药性。因因此以扩扩展抗菌菌谱，增增强抗菌菌活性，克克服诱导导耐药性性为方向向，开始始了第三三代大环环内酯类类药物的的研究，至至今已开开发出了了酮内酯酯（Keetollidees）、酰酰内酯（AAcyllidees ）、氮氮内酯（AAzziiliddes）等等大环内内酯药物物新亚类类
4、，其中中酮内酯酯类的泰泰利霉素素（teelitthroomyccin）已已被批准准用于临临床，有有效控制制了多重重耐药肺肺炎链球球菌等感感染（11-4）。新型大环内酯类药物研发方兴未艾，但随着大环内酯类药物在人医及兽医临床上的广泛应用，肺炎链球菌、支原体等病原菌对其耐药性逐渐上升，严重影响了该类药物的疗效（5-8）。阐明药物物的抗菌菌作用机机制及耐耐药机制制，是指指导临床床合理用用药，设设计开发发更好药药物的先先决条件件。本文文对大环环内酯类类药物的的抗菌作作用机制制尤其是是分子机机制文献献进行了了综述，并并跟踪了了支原体体对大环环内酯类类药物耐耐药性的的研究进进展。大环内酯酯类药物物抗菌作作
5、用分子子机制一、 大环内酯酯药物的的结合靶靶位十四元大大环内酯酯类红霉霉素（EErytthroomyccin）、克克拉霉素素（Cllariithrromyycinn）、地地红霉素素（Diiritthroomyccin）、罗罗红霉素素（rooxitthroomyccin）、十五元大环内酯类阿奇霉素（Azithromycin）以及十六元大环内酯类螺旋霉素（Spiramycin）、交沙霉素（Josamycin）、泰乐菌素（Tylosin）和麦迪霉素（Midecamycin）等在结构上与红霉素相似，与细菌的靶结合位点也与红霉素基本相同。一些不属于大环内酯类的抗生素，如林可胺类（Lincosamide）
6、和链阳性霉素B（Streptogramin B）虽然与大环内酯类的分子结构不同，但因为它们与大环内酯类药物同细菌rRNA的结合位点存在较大的重叠，故称为MLSB药物。大环内酯酯类药物物对细菌菌的作用用靶位是是核糖体体，细菌菌核糖体体由300S小亚亚基和550S大大亚基组组成，大大亚基又又由233S rrRNAA和核糖糖体蛋白白组成，223S rRNNA分个域，根根据碱基基互补配配对原则则折叠成成二级结结构，并并与核糖糖体蛋白白作用维维持其立立体构象象（见图图一）。早前利用生化和遗传学技术绘制了大环内酯类药物在细菌核糖体大亚基上的结合作用部位（9-14）。但有关各种大环内酯类药物与核糖体相互作用
7、的详细分子机制，却在成功获得几种细菌核糖体大亚基及其与抗生素复合体的晶体结构以后，才开始得以阐明（15-18）。核糖体及其抗生素复合体晶体衍射证实了RNA是构成大环内酯类药物结合靶位的主要成分（见图四）。即23S rRNA域内的许多核苷残基与大环内酯类药物分子相互作用，尤其是，十四、十五、十六元内酯环上C5位的单糖或二糖侧链与rRNA之间形成了强烈相互作用。红霉素和其它十四元环药物的脱氧氨基糖（desosamine，德糖胺）侧链与23S rRNA域A2058和A2059（按E.coli核苷酸序列编号）分子上的氮原子形成氢键。23S rRNA域2611-2057位的碱基尤其是2057位的核苷，也
8、可能与十四元内酯环C5位的脱氧氨基糖形成氢键（18），还可直接与内酯环产生疏水作用（16）。此外，脱氧氨基糖侧链还能与G2505的磷酸骨架发生相互作用，十六元内酯环C5位的碳霉胺糖-碳霉糖（mycaminose-mycarose）侧链也能与2058位的腺苷形成氢键，表明该位置核苷是所有大环内酯药物的主要结合部位之一。泰乐菌素、碳霉素A（carbomycinA）和螺旋霉素C5位的碳霉胺糖-碳霉糖还可能与23S rRNA域的其它区域产生疏水作用。内酯环C5位的糖基与2057-2059之间的相互作用可解释为什么该部位的核苷突变或2058位腺苷二甲基化可造成大环内酯类药物耐药性（18）。内酯环与核糖体
9、之间的相互作用可占药物自由结合能的25%（19）。其中内酯环与23S rRNA域2057-2059位碱基形成的疏水作用尤为突出（19）。Haloarcula marismortui的核糖体大亚基与十六元环泰乐菌素、碳霉素A和螺旋霉素形成的复合体结晶结构衍射（16）结果表明，内酯环C6位的乙醛基与23S rRNA域A2062的N6形成了一个可逆性的共价键，从而增强了这些药物的结合能。这种相互作用在十四元环红霉素和十五元环阿齐霉素不存在，因为它们内酯环的C6位是一个羟基或酯基，该结合作用可解释为什么细菌23S rRNA域2062突变可造成十六元环耐药而对十四、十五元环敏感性无影响。酮内酯是是最近开
10、开发出的的新三代代大环内内酯类药药物。它它们以内内酯环CC3位的的克拉定定糖被酮酮基取代代为特征征，多数数酮内酯酯药物还还含有烷烷芳基侧侧链及一一个111，122-氨基基甲酸。与与结构改改造前的的大环内内酯类药药物相比比，酮内内酯药物物与核糖糖体之间间具有更更强的结结合力（220，221）。最最近解析析了酮内内酯药物物ABBT-7773与与D. raddiodduraans核核糖体复复合体的的结晶，结结果未能能获得酮酮内酯亲亲和力提提高的分分子线索索。红霉霉素及其其它十四四元环药药物的内内酯环上上11，112位的的羟基能能与233S rrRNAA 的UU26009形成成氢键。在在ABTT-77
11、73（及及其它酮酮内酯药药物）结结构上由由氨基甲甲酸取代代了羟基基，在DD. rradiioduuranns 550S 亚单位位中也与与能与UU26009形成成氢键。生生化证据据表明这这种相互互作用对对酮内酯酯比对红红霉素及及其它十十四元环环药物更更重要，因因为U226099C可造造成细菌菌对酮内内酯耐药药而对其其它药物物无影响响（199）。但但是，这这种突变变的重要要意义未未能在晶晶体结构构上获得得证据。生生化和遗遗传学证证据表明明各种大大环内酯酯类药物物包括红红霉素、酮酮内酯和和泰乐菌菌素与223S rRNNA 域内的的35螺旋旋（heelixx 355）还存存在相互互作用（110，114
12、）。细细菌233S rrRNAA的35螺旋旋发生突突变或转转录后修修饰可引引起大环环内酯低低水平耐耐药（114，222）。晶晶体结构构显示十十六元环环泰乐菌菌素的粘粘多糖（mucinose）侧链完全可到达35螺旋并与之结合（19），但却没有发现十四元环红霉素、ABT-773和阿齐霉素与35螺旋的相互作用（18）。目前，除酮内酯11，12-氨基甲酸与23S rRNA 的U2609存在相互作用外，在晶体衍射研究中还未发现酮内酯侧链与核糖体之间存在其它相互作用，因此，酮内酯11，12-氨基甲酸与U2609之间的相互作用可能是该类药物与23S rRNA结合力进一步增强的主要因素。大环内酯酯药物分分子通
13、过过其功能能基团与与核糖体体的233S rrRNAA之间形形成的疏疏水作用用和氢键键作用（一一些十六六元环药药物还存存在共价价键作用用）限制制在作用用靶位，这这些与rrRNAA的相互互作用占占据了 药物分分子大部部分的结结合自由由能。此此外，一一些大环环内酯类类药物还还能与核核蛋白的的L4和和/或LL22域域相互作作用。如如泰乐菌菌素的粘粘多糖侧侧链与LL22相相互作用用，螺旋旋霉素的的糖胺（furosamine）残基与L4相互作用（19）。核蛋白与大环内酯分子之间的相互作用可解释为什么核蛋白L22和L4域的编码基因突变可引起大环内酯类药物耐药（23-26）。二、 大环内酯酯类药物物抗菌作作用
14、的分分子机制制大环内酯酯类药物物对蛋白白质合成成抑制的的详细分分子机制制取决于于药物特特定的化化学结构构。因为为药物分分子结构构影响其其与核糖糖体的相相互作用用及抑制制作用方方式。大大环内酯酯类药物物对蛋白白质合成成抑制可可归纳为为四种方方式：11）在翻翻译早期期抑制新新生肽链链的延伸伸（277，288）；22）促使使肽基转转移RNNA从核核糖体上上的解离离脱落（229）；3）抑抑制多肽肽键的形形成（227）；4）干干扰500S 亚亚单位的的组装（226）。以以上大环环内酯类类药物的的作用方方式与它它们在细细菌核糖糖体上的的结合靶靶位有关关。大环内酯酯类药物物的结合合靶位在在核糖体体大亚基基内
15、新生生肽出口口通道的的肽基转转移酶中中心附近近。药物物分子内内酯环CC5位的的糖基伸伸至肽基基转移酶酶中心，十十六元环环泰乐菌菌素、螺螺旋霉素素和碳霉霉素A（carbomycin A）C5位的碳霉胺糖-碳霉糖侧链较长，可伸至肽基转移酶的活性部分直接干扰肽键形成的催化过程（16，30）。十四元环红霉素等药物分子由于C5位的脱氧氨基糖残基较短，达不到肽基转移酶位置，从而使得它们缺乏转肽作用的抑制效应（31-33）。大环内酯酯类药物物对蛋白白合成抑抑制的主主要机制制与它们们结合在在新生肽肽出口通通道有关关。出口口通道主主要由223S rRNNA构成成，通道道始于肽肽基转移移酶中心心，跨越越整个亚亚单
16、位后后开口于于另一侧侧表面（见见图二、图图三）（115，334-336）。早早期认为为核糖体体内新生生肽的合合成过程程中这个个通道是是惰性的的、不活活动的，事事实上整整个通道道是一个个极其活活跃的功功能单元元（377）。研研究表明明，核糖糖体与通通道内的的新生肽肽相互作作用，影影响蛋白白合成的的延伸过过程及核核糖体肽肽基转移移酶的催催化反应应（288，388，399）。通通道相对对较宽（平平均约115埃），但但距离肽肽基转移移酶中心心不远却却有一个个由糖蛋蛋白L44和L222域形形成的狭狭窄部（宽宽约100埃）。大大环内酯酯类药物物紧紧接接合于这这个狭窄窄部，对对正在生生长延伸伸的多肽肽链起着着分子路路障（mmoleecullar roaad bblocck）作作用（116，118，337）。刚开始几个氨基酸可自如形成新生肽，但当新生肽延生长伸达到通道的狭窄部时，如果有药物结合于该位置，则阻抑多肽的顺畅通过迫使多须的延伸过程停止下来。一旦多肽合成受到抑制，
