抗生素

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自从1929年亚历山大·弗莱明偶然发现青霉素以来，市场上已经出现了多种抗生素，它们对各种各样的细菌病原体有效。这些抗生素的作用方式不同，有的影响细胞壁合成，有的影响蛋白质合成，有的影响核酸合成。尽管一度被认为是“神奇子弹”，但许多常用的抗生素现在对某些病原体无效了。这是由于这些病原体产生了抗生素耐药性，原因是在不同环境中滥用抗生素。本文试图探讨抗生素的性质、作用方式以及细菌抗生素耐药性现象。

什么是抗生素？

微生物，特别是细菌，会导致人类和其他动物的一些致命感染。因此，控制它们势在必行。“抗生素”一词意为“对抗生命”。从这个意义上说，抗生素被定义为抑制生物体（特别是细菌）生长的药物。抗生素是由许多真菌和细菌菌株在其自然环境中作为防御机制产生的抗菌化学物质。这些物质已被用来对抗感染人类和其他动物的致病菌。这些物质已知可以杀死或减缓致病菌的生长，因此具有重要的医学意义。

尽管大多数抗生素都是天然提取的，但如今许多抗生素都是天然存在的抗菌化学物质的化学衍生物。例如，青霉素G已被用来合成各种其他青霉素。

抗生素的用途

抗生素在各种不同的环境中使用，包括：

• 在医院和治疗机构中治疗疾病并在手术后预防细菌感染。

• 在食品生产中使用——对牲畜进行治疗以促进生长和抗病能力。

• 对作物和树木进行处理以防止细菌感染的发展。

• 水产养殖。

  有趣的是，几乎60%的抗生素都用于农业。

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抗生素的类型

• 根据抗生素对细菌的影响，可以将其分为杀菌剂（杀死细菌）和抑菌剂（抑制细菌生长和繁殖）。

• 抗生素可能是广谱的或窄谱的，这取决于不同细菌群对其的敏感性。窄谱抗生素仅对革兰氏阳性菌或革兰氏阴性菌有效。另一方面，广谱抗生素对这两类细菌都有效。

• 根据其性质，即天然或合成：

1. 天然抗生素	I. 细菌来源 1. 链霉菌属：链霉素、两性霉素B、卡那霉素、新霉素、氯霉素 2. 单孢菌属：庆大霉素 3. 芽孢杆菌属：杆菌肽 II. 真菌来源 1. 青霉属：青霉素G、灰黄霉素 2. 头孢菌属：头孢菌素
2. 合成抗生素	在实验室环境下制造 例子 磺胺类药物、 氯霉素、 环丙沙星、 甲氧苄啶、 异烟肼、 氨苯砜等。
3. 半合成抗生素	来源于天然来源，通过添加化学基团进行修饰 例子： 氨苄西林、甲氧西林、羧苄西林等，均来源于青霉素G

• 根据作用机制，抗生素可以分为以下几类：

序号	作用机制	抗生素示例
1	抑制细胞壁合成（破坏肽聚糖合成）	青霉素、头孢菌素、万古霉素及其衍生物
2	破坏细胞膜（通过在细胞膜中形成孔）	多粘菌素、达托霉素等。
3	抑制蛋白质合成（通过链终止或合成完全抑制）	氨基糖苷类、四环素类、大环内酯类、氯霉素等
4	抑制DNA合成	喹诺酮类和氟喹诺酮类、利福平
5	抑制RNA合成	利福平、放线菌素
6	抗代谢物（主要通过靶向叶酸合成）	磺胺类药物、异烟肼、氨苯砜、甲氧苄啶

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抗生素示例

抗生素通常根据其结构组成进行分类。在此基础上，我们有以下示例：

• β-内酰胺类——头孢菌素、青霉素等。

• 氨基糖苷类——链霉素、卡那霉素、庆大霉素等。

• 四环素类——四环素、多西环素等。

• 大环内酯类——红霉素、阿奇霉素等。

• 喹诺酮类——萘啶酸、环丙沙星等。

• 磺胺类药物——磺胺、磺胺甲恶唑等。

• 多肽类——万古霉素、杆菌肽等。

抗体在抗生素中的作用

抗体是由免疫系统响应病原体入侵而产生的蛋白质。已知抗生素药物可以调节宿主对病原体的防御能力。免疫调节是指抗生素触发宿主免疫系统对抗病原体。因此，抗生素对抗体的活性有积极影响。免疫功能低下患者的恢复情况表明，个体的恢复依赖于抗体和抗生素的共同作用。

抗生素可以改变细菌结构并暴露出抗原的表位，从而促进抗体的作用。此外，抗生素可能有助于减少或抑制某些毒力基因的表达，否则这些基因会抑制免疫反应。因此，抗生素与抗体相结合有助于减少免疫系统引起的炎症反应。在最近的研究中，抗体-抗生素偶联物 (AAC) 已显示出其对抗致病菌的作用，对金黄色葡萄球菌感染有效。

什么是抗生素耐药性？

抗生素耐药性是指细菌能够存活（抵抗）对抗其使用的抗生素的作用。这种不被抗生素杀死或不受影响的细菌细胞被称为耐药菌。细菌会受到环境中存在的抗生素施加的选择压力，从而促进耐药菌种的生存和繁殖，而敏感菌种则被淘汰。抗生素耐药性是指细菌能够存活（抵抗）对抗其使用的抗生素的作用。这种不被抗生素杀死或不受影响的细菌细胞被称为耐药菌。细菌会受到环境中存在的抗生素施加的选择压力，从而促进耐药菌种的生存和繁殖，而敏感菌种则被淘汰。

细菌产生抗生素耐药性的原因包括但不限于：

• 抗生素的滥用，包括患者的滥用处方和自行诊断。

• 不适当的处方，例如对病毒感染开抗生素。

• 未能完成整个疗程的抗生素，导致耐药菌的存活。

• 在牲畜饲料中非治疗性地使用抗生素作为生长促进剂。

• 同种和不同种细菌之间抗生素耐药基因的水平转移。

抗生素通过靶向细菌靶细胞的细胞壁合成、蛋白质合成或DNA复制过程发挥作用。然而，细菌染色体中的随机突变和选择压力会导致耐药机制的发展。细菌产生抗生素耐药性的主要机制有四种。

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• 失活药物通过破坏（例如，通过青霉素酶水解青霉素的β-内酰胺环）。

• 修饰或改变细菌细胞中药物靶标的代谢途径（例如，增加叶酸产量以对抗磺胺的抑制作用）。

• 防止抗菌剂通过降低细胞通透性或代谢旁路到达靶标（例如，革兰氏阴性菌中的青霉素G耐药性）。

• 通过外排泵排出抗菌剂（例如，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌中的四环素耐药性）。

这些机制编码在称为抗生素耐药基因 (ARG) 的基因中。这些基因可以通过水平基因转移从一组细菌转移到另一组细菌。转移也可能发生在两种不同细菌物种之间。这种耐药基因的转移是抗生素耐药性广泛发生的关键因素。

耐药菌的例子：

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• 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA)。

• 耐万古霉素粪肠球菌 (VRE)。

• 耐万古霉素金黄色葡萄球菌 (VRSA)。

• 多药耐药结核分枝杆菌 (MDR-TB)。

• 广泛耐药结核分枝杆菌 (XDR-TB) 等。

随着时间的推移，已经发展出几种多药耐药病原体。“超级细菌”一词通常用来指代此类微生物。如果消费者和相关部门没有采取适当的应对措施，到2050年，耐药性感染可能会导致全球约1000万人死亡！这也会导致前所未有的经济损失。

结论

• 抗生素是具有杀菌或抑菌作用的药物，可对抗许多致病菌。

• 抗生素可以天然产生或合成产生，可以是广谱的或窄谱的。

• 抗生素不仅用于治疗人类的致病性感染，也用作畜牧业中的生长促进剂。

• 抗生素的作用机制不同，包括抑制细胞壁合成、抑制细胞膜、抑制核酸合成等。

• 持续不合理地使用抗生素导致许多致病菌（如MRSA、VRSA、MDR-TB等）产生了耐药菌株。

• 抗生素耐药机制包括外排泵、药物失活、抗生素或靶标的修饰等。

常见问题

问1. 组合疗法是什么意思？

答：组合疗法是指使用一种以上药物或任何其他形式的药物来治疗特定疾病，例如治疗多药耐药病原体。

问2. MDR-TB和XDR-TB有什么区别？

答：耐多药肺结核（MDR-TB）是由结核分枝杆菌菌株引起的，这种菌株对一线抗结核药物（即异烟肼和利福平）具有耐药性。而广泛耐药肺结核（XDR-TB）则不仅耐药于这两种药物，还耐药于作为第二道防线的药物，例如氟喹诺酮类药物和注射药物，如卡那霉素、卡普雷霉素等。

问3：使用抗生素的一些副作用是什么？

答：腹泻、呕吐、过敏和皮疹是抗生素的常见副作用。

问4：为什么抗生素不会伤害人类？

答：这是因为用于治疗人类的抗生素具有选择性毒性。选择性毒性是指抗生素能够损害病原体而不损害宿主的这种能力。

问5：对抗生素耐药性日益增长的替代方案有哪些？

答：近年来，单克隆抗体或多克隆抗体的使用已被提出作为对抗日益增多的抗生素耐药病例的替代方案。