β内酰胺酶分类

β-内酰胺酶百科名片β－内酰胺类抗生素疗效好而毒性小，是目前治疗感染性疾病的重要药物。该类药物包括青霉素类、头孢菌素类、青霉烯类、单环内酰胺类和β－内酰胺酶抑制剂，它们的共同特点是都具有抗菌活性部分β－内酰胺环。内酰胺酶通常指的是β－内酰胺酶。目录临床应用作用原理耐药性原理介绍分类常见的β-内醘胺类抗生素β内酰胺酶抑制剂有害影响临床应用作用原理耐药性原理介绍分类常见的β-内醘胺类抗生素β内酰胺酶抑制剂有害影响展开编辑本段临床应用β-内酰胺类抗生素被用来进行预防和治疗受此类抗生素打击的细菌的感染力。过去β-内酰胺类抗生素只被用来对付革兰氏阳性菌，但是通过发展可以对付不同的革兰氏阴性菌的广谱β-内酰胺类抗生素提高了其作用范围。编辑本段作用原理β内酰胺类抗生素是一种杀菌剂，它抑制细菌细胞壁中肽聚糖的形成。肽聚糖对于细胞壁、尤其革兰阳性菌的细胞壁的结构强度。肽聚糖合成的最后一步是被称为青霉素结合蛋白的转肽酶形成的。内酰胺酶β内酰胺类抗生素与D-丙氨酰-D-丙氨酸类似，其终结的氨基酸吸附在正在形成的肽聚糖的前兆NAM-NAG肽单元上。β内酰胺类抗生素与D-丙氨酰-D-丙氨酸结构上的相似使得它们与青霉素结合蛋白结合。β-内酰胺核不可逆地与青霉素结合蛋白的Ser403单元结合。这个不可逆的结合使得青霉素结合蛋白无法链接正在形成的肽聚糖层。此外这个结合可能还激活细胞壁中的自溶酶。编辑本段耐药性原理说有β-内醘胺类抗生素有一个β-内酰胺环。这些抗生素的效应取决于它们是否能够完整地达到青霉素结合蛋白以及是否能与青霉素结合蛋白结合。因此细菌有两种抵抗β-内醘胺类抗生素的方法。第一个抵抗方法是使用酶水解β-内酰胺环。通过生产β-内酰胺酶等酶细菌可以解开抗生素中的β-内酰胺环，使得抗生素失效。这些酶的基因可能本身就在细菌的染色体上，也可能通过质粒交换而获得。其基因表达可能是在接触抗生素后开始的。细菌生产β-内酰胺酶并不表示使用任何β-内醘胺类抗生素均无效。有时β-内醘胺类抗生素可以与β内酰胺酶抑制剂同时使用。内酰胺酶不过在对付任何怀疑生产β-内酰胺酶的细菌时在使用β-内醘胺类抗生素前要仔细思考。尤其是使用β-内醘胺类抗生素可能导致细菌生产β-内酰胺酶。假如在治疗开始时使用β-内醘胺类抗生素导致β-内酰胺酶的生产会使得此后使用其它β-内醘胺类抗生素非常困难。第二个抵抗方法是使用另一个青霉素结合蛋白。β-内酰胺与这些青霉素结合蛋白的结合不十分好，因此β-内酰胺对这样的细胞壁生产的破坏不很有效。抗药性金黄色葡萄球菌使用这个方式抵抗β-内醘胺类抗生素。这个抵抗手段也全部排除使用β-内醘胺类抗生素进行治疗的方法。编辑本段介绍1.青霉素类抗生素的发展近况自1940年青霉素投入使用以来，该类抗生素以其疗效确切、对人体细胞毒性小且价格低廉而广泛应用，临床首选于G＋球菌所致的感染。目前，青霉素类抗生素已从抗阳性窄谱品种发展到广谱的品种，按其抗菌作用可分为：①主要抗G＋菌的窄谱青霉素，如天然青霉素G、青霉素V，耐青霉素酶的半合成青霉素甲氧西林、氯唑西林、氟氯西林。②主要作用于G－菌的窄谱青霉素，如美西林、替莫西林。③抗一般G－杆菌的普青霉素，如氨苄西林、阿莫西林、仓氨西林。④抗绿脓杆菌的广谱青霉素，如羧苄西林、替卡西林、哌拉西林、阿洛西林、阿扑西林等。已见报道的新型青霉素有替莫西林、福米西林、阿扑西林、阿帕西林等。替莫西林与福米西林分别在青霉烷的C6位上引入了甲氧基与甲酰胺基，因而对β－内酰胺酶稳定。前者对G－菌作用较强，临床试验总有效率达93％，不良反应率约2％；后者对肠杆菌属和绿脓杆菌具有很强的抗菌活性，比青霉素强10～20倍而与亚胺培南相似。阿扑西林引入了第三代头孢菌素侧链的2－氨基噻唑肟基，对青霉素结合蛋白PBP2有亲和性，抗耐甲氧西林的金葡菌活性较强，组织分布广，蛋白结合率低，是迄今青霉素中游离浓度最高者，临床有效率90％，不良反应率1.95%。阿帕西林抗菌谱比氨苄西林和羟苄西林广且作用强，对青霉素结合蛋白有良好的亲和力，细胞穿透力强，并可抑制β－内酰胺酶。它的抗菌谱包括G＋菌、沙门菌属、志贺菌属、梭状芽胞杆菌属、奈瑟菌属、梭杆菌属、大肠杆菌、肺炎杆菌、奇异变形杆菌和绿脓杆菌，但对脆弱拟杆菌和耐氨苄西林的流感嗜血杆菌耐药，半衰期的4.7小时，一般有效率为64％～72％，过敏反应较其它青霉素多见。内酰胺酶随着青霉素类在临床的广泛应用，也不断显示出了其不足之处，如抗菌谱窄，抗药菌株日益增多，稳定性差等，因而有待研制开发出更有效的新型青霉素。2.头孢菌素类抗生素的发展近况头孢菌素类是50年代开始应用的抗生素，为7－氨基头孢烷酸（7－ACA）的衍生物。头孢菌素青霉素的β－内酰胺环张力小，故较青霉素稳定，并且具有抗菌谱广、杀菌力强和抗青霉素酶的特点，过敏反应少。目前，头孢菌素类抗生素的头孢烯类已从第一代发展到第四代，头霉烯类和氧头霉烯类已使头孢菌素从具有抗需氧菌作用发展到具有抗需氧菌和抗厌氧菌的双重广谱作用。2.1第一代头孢菌素抗菌谱广，对G＋菌作用强，对G－菌作用弱，对β－内酰胺酶不稳定，对绿脓杆菌无效，如头孢氨苄、头孢唑啉、头孢拉定；第二代头孢菌素抗菌谱较第一代有所扩大，对β－内酰胺酶稳定，但对G＋菌的抗菌效能弱于第一代，对G－菌作用较第一代强，对绿脓杆菌无效，如头孢替安、关孢呋新、头孢孟多；第三代头孢菌素对G＋菌的抗菌效能普遍低于第一代，对G－菌作用较第二代更强，抗菌谱扩大，对酶的稳定性增强，对绿脓杆菌有效，如头孢哌酮、头孢曲松、头孢唑肟；第四代头孢菌素与β－内酰胺酶的亲和力降低，稳定性提高，对细菌细胞膜的穿透力更强，对甲氧西林敏感的葡萄球菌（MSSA、MSSE）和某些产Ⅰ型β－内酰胺酶的细菌（如阴沟肠杆菌）作用增强，对G－菌的抗菌活性优于第三代头孢菌素，适用于多重耐药G－杆菌严重感染，对厌氧菌也有很好的抗菌作用，如头孢地嗪、头孢噻唑肟、头孢吡肟等。盐酸头孢吡肟，是呈电中性的两性离子，具有高度的水溶性，能快速穿透G－菌外膜带负电的微孔通道，对许多β－内酰胺酶具有低亲和力，其作用部位为许多主要的青霉素结合蛋白（PBPs）。其杀菌力强，抗菌谱广，对G＋、G－菌的抗菌活性优于第三代头孢菌素和亚胺培南。经实验研究，头孢吡肟可应用于耐药机制复杂。治疗困难的细菌如弗劳地枸橼酸杆菌、肠杆菌属、不动杆菌属、铜绿假单胞菌所致的感染。}编辑本段分类β-内酰胺酶（β-lactamase）（β酶）的产生是细菌对(β内酰胺类)抗菌药物耐药最常见的机制,广泛地涉及到许多社区获得性感染和医院内感染的重要病原菌。β-内酰胺酶的产生是抗生素耐药的最常见的机制，在各种耐药机制中占80%。β-内酰胺酶是由多种酶组成的酶家族，能水解β内酰胺抗生素。这些酶的基因存在于细菌的染色体或质粒中。分类比较多而复杂，这里总结了最常用的两种，以便大家在阅读文献和应用中理清思路。Bushβ酶分类：根据生化特征或氨基酸序列的同源性，β-内酰胺酶可分为下列四类。1第一类为头孢菌素水解酶（Amp-C酶），产生菌主要系革兰阴性菌，如假单胞菌、肠杆菌、不动杆菌和克雷伯杆菌等，由染色体介导。2第二类为青霉素酶和超广谱酶，包括革兰阳性菌的青霉素酶，质粒介导的TEM和SHV酶及其衍生物组成的超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）、羧苄青霉素酶、邻氯青霉素酶（OXA酶）和由沙雷菌属与肠杆菌属产生的非金属碳青霉烯酶。3第三类为金属酶，由假单胞菌属、脆弱拟杆菌属、产黄菌属、沙雷菌属及嗜麦芽黄单胞杆菌属产生的可水解碳青霉烯抗生素的金属酶。4第四类为其他不能被克拉维酸完全抑制的青霉素酶。Frereβ酶分类（Ambler分类）：于β酶的特殊性、动力学参数及其基因的核苷酸序列，将β酶分为A、B、C、D四类A活性部位为丝氨酸残基，包括多种质粒编码的青霉素酶，如TEM1、SHV1、ROB1或PC1酶，相对分子质量29000。B为金属酶(metalloenzymes)，活性部位为半胱氨酸残基，产金属酶的细菌有嗜麦芽黄杆菌(stenotrophomonasmaltophila)，气单胞菌和脆性拟杆菌［7］。该类为碳青霉烯酶，耐药的抗生素包括碳青霉烯、青霉素、第一、二、三代头孢菌素、氨曲南.C活性部位为丝氨酸残基，相对分子质量为39000，它的产生与β-酶诱导剂有关，归因于调控基因突变，主要是染色体编码的头孢菌素酶(AmpC酶)是由染色体上一组Amp基因介导的。D为青霉素酶，包括OXA。β-内酰胺酶及其检测方法β-内酰胺酶是细菌产生的可水解β-内酰胺环抗生素的酶。β-内酰胺酶（β-lactamase）的产生是细菌对(β内酰胺类)抗菌药物耐药最常见的机制，，广泛地涉及到许多社区获得性感染和医院内感染的重要病原菌，在各种耐药机制中占80%。β-内酰胺酶是由多种酶组成的酶家族，通过水解或非水解方式破坏进入菌体内的β-内酰胺环，导致β-内酰胺类抗生素失活，这些酶的基因存在于细菌的染色体或质粒中。它的种类和数量现已超过了400种，β-内酰胺酶分类比较多而复杂，最常用的有两种，即分子生物学方法和布氏法。其检测方法包括常规方法和分子生物学方法。前者包括微生物法，碘量法，纸片酸度定量法，.产色头胞菌素法；后者包括转移性分析，基因分析，酶蛋白性质分析。一β内酰胺酶的合成、定位及传播方式β内酰胺酶既可以在细菌内组成型表达，如铜绿假单胞菌；又可以由质粒介导的诱导表达，如嗜水气单胞菌及金黄色葡萄球菌。而质粒介导的方式是细菌耐药性传播的一个主要机制，在革兰氏阴性菌中利用接合的方式进行传播，而在革兰氏阳性菌中利用转导的方式获得耐药性状。细菌的这种耐药性状的可转移性正是细菌耐药性爆发的原因。在革兰氏阴性菌中，β内酰胺酶象胞外酶一样被分泌到膜外的环境，而在革兰氏阳性菌中，β内酰胺酶在它与受体结合以攻击抗生素的之前则停留在周质腔中。二β内酰胺酶的作用机制β内酰胺酶破坏β内酰胺抗生素的β内酰胺环有两种作用机制。第一，绝大多数常见的β内酰胺酶有一个依赖丝氨酸发挥作用的机制，并且根据氨基酸序列组成分为三类（A，C和D）。通常它们的活性位点具有一个狭窄的纵形沟状结构，在沟的底部形成了一个空腔（氧阴离子袋），这种疏松的构造容易弯曲，便于结合底物。由于β内酰胺环上的羰基碳在结合β内酰胺酶活性部位的丝氨酸时发生了不可逆的反应，结果使其成为开环物，进而重建了β内酰胺酶。这类酶对青霉素、头孢菌素、单内酰环类抗生素都有活性。第二，是一类不大多见的β内酰胺酶，被称为金属类β内酰胺酶，或B类β内酰胺酶。它们的特点是利用一个2价金属离子，绝大多数为锌离子，分别与组氨酸或半胱氨酸结合，或同时与二者结合，并与β内酰胺类抗生素的羰基碳的酰胺键相互作用，使其不能发挥作用。这类酶主要对青霉素、头孢菌素、碳青酶烯类抗生素发挥作用，但对单内酰环类抗生素无效。三β内酰胺酶的分类迄今为止，人们发现的β内酰胺酶的性质多种多样，从20世纪60年代后期以来人们做了许多尝试将其分类。这些分类方法主要有两个原则：第一种也是最古老的方法是基于酶的生化及功能特性；第二种方法是基于酶的分子结构。1.β内酰胺酶的功能学分类现有几种标准来用于β内酰胺酶的分类，包括抗生素的抑菌的作用范围，β内酰胺酶的耐药范围，β内酰胺酶的等电点、最大水解速度、结合常数、等电聚焦、蛋白分子量等方法。最新的分类方法是Bush于1995年提出，他将β内酰胺酶分为四个大类（1－4）及六个亚类（a－f）。第1类为耐头孢菌素的β内酰胺酶，但不被克拉维酸所抑制，分子生物学分类属于C类。第2类为耐青霉素酶、耐头孢菌素酶，可以被克拉维酸所抑制，分子生物学分类属于A和D类，是由最初的TEM和SHV基因表达的结果。但由于表达的β内酰胺酶的TEM和SHV基因数量越来越多，它们首先被分为两个亚类2a和2b。2a亚类只包括耐青霉素酶，而2b亚类范围较广，它可以使青霉素、头孢菌素以同样速度失活。进一步的分类都是在2b基础上划分的：亚类2be，字母e代表广谱酶活性，即ESBLs，可以使第三代头孢菌素（头孢他啶、头孢噻肟、头孢泊肟）失活，还可以使单内酰环类抗生素（氨曲南）失活；亚类2br，字母r