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喹诺酮类药物的最新研究进展
许 瑞 驻马店市动物疫病预防控制中心
喹诺酮类药物是一类化学合成的广谱抗菌药，在临床上广泛应用于治疗革兰阳性菌、阴性菌及支原体感染。但是随着此类药物的广泛使用甚至滥用，其耐药性问题也越来越严重。笔者组织本文主要从喹诺酮类药物抗菌机理、耐药机制、克服耐药性的方案、在兽医临床上的应用研究等方面来对本类药物的研究情况进行综述。
一、对理化性质及抗菌机理的研究
喹诺酮类药物主要有三代，第一代药物萘啶酸，第二代药物氟甲喹，而第三代吡哌酸即氟喹诺酮类药物(FQNs)是现在国内主要应用的喹诺酮类药物，广泛用于畜禽细菌与支原体的防治，主要分两类：一类是从人用转化而来，如诺氟沙星、环丙沙星、氧氟沙星、培氟沙星、洛美沙星等，另一类是动物专用的品种，如恩诺沙星、沙拉沙星、达诺沙星、麻波沙星等。喹诺酮类药物大多数内服、注射均易吸收，体内分布广泛，给药后除中枢神经系统外大多数组织中的药物浓度高于血清浓度，也能渗入脑及乳汁，对治疗全身感染和深部感染均有效。化学性质上为酸碱两性化合物，难溶或微溶于水，在醋酸、盐酸、烟酸或氢氧化钠（钾）溶液中易熔。
喹诺酮类药物的抗菌机理独特，主要有两个，抑制DNA回旋酶及拓扑异构酶Ⅳ，从而抑制细菌DNA的合成。对大多数革兰阴性细菌，DNA回旋酶是喹诺酮类药物的主要靶酶。此酶被抑制，则DNA不能卷紧，无法容纳在菌体内，也就无法进行正常的DNA复制，使细菌不能进行分裂，产生快速杀菌作用。细菌细胞(原核细胞)的 DNA呈裸露状态，因此药物易与细菌的DNA接触，呈现选择作用。而对于大多数革兰阳性细菌，喹诺酮类药物主要抑制细菌的拓扑异构酶Ⅳ，拓扑异构酶Ⅳ为解链酶，可在DNA复制时将缠绕的子代染色体释放。喹诺酮类药物的作用机制正是其通过与DNA回旋酶或拓扑异构酶发生交互作用形成三元复合物，药物的这种作用诱导DNA和拓扑异构酶Ⅳ发生构型改变，从而导致这种酶对DNA不能发挥正常功能，最终导致DNA降解及菌体死亡。
二、对耐药性机制的研究
细菌对喹诺酮类抗菌药产生耐药性的机制 细菌对喹诺酮类药耐药性产生较慢，但一旦产生则常持久不变。喹诺酮类药物之间存在交叉耐药性，与其他抗菌药之间交叉耐药性则不明显，但可与其他抗菌药存在多重耐药性于细菌体内。由于长期广泛应用和兽医临床的滥用，细菌对喹诺酮类药物的耐药现象已颇为严重，一些常见的病原菌（如大肠杆菌）的耐药率（可达50%~60%）非常高。因不同国家或地区对喹诺酮类抗生素的使用情况不一样，选择性压力不同，导致其不同的耐药方式和耐药率，有时，细菌耐喹诺酮的出现还常预示着对四环素类、氨基糖苷类、氯霉类等的耐药，即呈现多重耐药的特性。
目前的研究认为，细菌产生的耐药性应从三个层面不断深入理解，第一层认为与抗菌药的结构和作用机制有关，第二层是由于细菌长期接触药物，引起菌体细胞膜孔蛋白的丢失，从而导致细胞通透性下降，而这引起的仅是低度耐药，第三层则是细菌细胞膜上外排泵（主动外排系统）的表达水平不断提高，能主动将扩散入细菌细胞内的药物或其他底物泵出细胞外，此为形成细菌多重耐药性的主要原因。因此，细菌对喹诺酮类抗菌药产生耐药性的机制主要有3个方面：特异性耐药机制：作用靶为分子Ⅱ型拓扑异构酶变异；非特异性耐药机制：
膜通透性改变；非特异性耐药机制：主动外排。这三种机制可以单独存在，也可以两个或三个同时存在在细菌体内。
Ⅱ型拓扑异构酶包括两种，即DNA促旋酶和拓扑异构酶。前者促使DNA 逆向超螺旋化，与DNA 复制、修复、转录、重组等密切相关，后者在DNA 切断、重接和复制终了后DNA 双链分离等过程中起重要作用。DNA 促旋酶是由基因编码的gyr A基因编码的GyrA蛋白和由gyr B基因编码的GyrB蛋白质组成的四聚体，其中任一亚基变异都会引起喹诺酮耐药性。拓扑异构酶Ⅳ是由parC基因与parD基因分别编码的ParC 蛋白与ParD 蛋白各2分子组成的四聚体，其中任一亚基变异均会引起喹诺酮耐药性。有实验表明：喹诺酮类药物不能直接与DNA 促旋酶或DNA 单独结合，而是与DNA促旋酶—DNA 复合体结合。由于DNA 促旋酶发生变异，其中个别氨基酸变化使喹诺酮类药物与DNA 促旋酶—DNA复合体的亲和性下降，形成耐药性。与DNA 促旋酶相同，拓扑异构酶Ⅳ发生变异，拓扑异构酶Ⅳ—DNA 复合体对喹诺酮类药物亲和性降低，从而出现耐药性。
外排系统是细菌对喹诺酮类耐药的一种非特异性途径 细菌细胞膜上存在一类蛋白质，在能量支持下，可将进入胞内的药物选择或非选择性地排出胞外，使菌体内药物浓度降低而导致耐药故又称外排泵。近年来，报道了大量能介导喹诺酮类药物耐药性的主动外排蛋白，如耻垢分枝杆菌的Lfr A，肺炎链球菌的Pmr A，枯草芽孢杆菌的Blt 和Bmr，其中AcrB 蛋白是大肠埃希氏菌的一个典型介导多重耐药性的外排泵蛋白。另外由喹诺硐耐药性MRSA 克隆出的基因编码的NOr A 蛋白为一疏水性膜蛋白，能依赖能量将诺氟沙星、环丙沙星等亲水性喹诺酮类药排出菌体外。
革兰阳性菌缺少细菌外膜，所以不存在膜通透性下降的耐药机理。革兰氏阴性菌对膜通透能力变化较大，膜孔蛋白通道非常狭窄，能对大分子及疏水性化合物的穿透形成有效屏障。革兰阴性细菌细胞外膜通透性降低会阻碍抗生素进入细菌内膜靶位，由此导致细菌耐药性产生，其主要原因有四个——膜孔蛋白缺失、多向性突变、特异性通道的突变、脂质双层改变。喹诺酮类药物与其他抗菌药相同，依靠革兰阴性菌外膜蛋白和脂多糖的扩散作用进入细菌体内外膜蛋白与脂多糖变异均可使细菌摄取药物的量减少而导致耐药。如大肠埃希菌通透喹诺酮类药物的孔蛋白主要为OmpF 与OmpC，在喹诺酮药物作用下发生变异而缺失OmpF 的菌株，药物不能进入细胞而产生耐药。另有研究表明，铜绿假单胞菌较低的外膜通透性表明膜孔蛋白孔道狭窄，其对喹诺酮类等抗生素的固有耐药性也是有效通透屏障和多重外排转运相结合的结果。
三、对克服耐药性方案的研究
1.开发新型非氟喹诺酮类药物 开发对耐药菌有作用的非氟喹诺酮药。近年上市的新一代喹诺酮类药物如曲伐沙星、格帕沙星、加替沙星等因结构相似、作用机制相同而存在着交叉耐药性。最近发现的几种非氟喹诺酮则有明显改善。如6-去氟-8 - 甲基喹诺酮对喹诺酮耐药金黄色葡萄球菌，肺炎链球菌和粪肠球菌等革兰阳性菌有很强活性；T-38的6-位的氟移到8-位甲氧基的未端，具有良好的抗菌作用，对 MA、肠球菌等革兰阳性菌的活性优于左氧氟沙星与曲伐沙星。
2.开发外排泵抑制剂 最近发现的喹诺酮类药物外排泵抑制剂MC-7是一种由苯丙氨酸、精氨酸-萘胺组成的二肽酰胺，能抑制细菌外排喹诺酮类药。M arkham等报道利血平能抑制肺炎链球菌对环丙沙星和金黄色葡萄球菌对诺氟沙星、环丙沙星等水溶性氟喹诺酮类药物的耐药性，但由于此类药物的应用剂量有较高毒性，因此其应用的可能性尚待研究。另有一类外排泵抑制剂为质子泵抑制剂，为氰氯苯腙和新型制酸剂，前者能抑制主动外排耐药系统能量来源的质子浓度梯度，从而破环外排系统的主动外排作用，表现为药物在细菌中的蓄积显著增加，后者包括雷贝拉唑、奥美拉唑、兰索拉唑等一类新开发的抗消化道溃疡的质子泵抑制剂能显著提高金黄色葡萄球菌对诺氟沙星和环丙沙星等亲水性氟喹诺酮类药物的敏感性。由 M arkham等报道的质子泵抑制剂与氟喹诺酮类药物联合应用，可使铜绿假单胞菌与金黄色葡萄球菌对氟喹酮类药物的敏感性增加。由于主动外排耐药系统广泛存在于病原微生物中，而且常介导多重耐药性，因此，研究、开发该系统的抑制剂是解决喹诺酮类多重耐药性的有力措施。
3.开发渗透性促进剂 利用其他某些药物分子小，可通过主动转运，并能作用于多重耐药性铜绿假单胞菌，使其外膜出现破绽的特点，在菌体内形成高浓度。如同时并用磷霉素（分子小）与诺氟沙星治疗M A 或铜绿假单胞菌感染，获得良好疗效。
4.联合用药与合理用药 联合用药要注意药物之间的相互作用，喹诺酮类药物与β-内酰胺类或氨基糖苷类抗生素联用，在体外通常呈相加或协同作用，可降低细菌对喹诺酮类药物产生耐药性。本类药物与含阳离子（Al3+、Mg2+、Fe2+、Ca2+、Zn2+）的药物或饲料添加剂同时内服，与阳离子螯合可减少吸收，使血药浓度下降，从而减弱或失去抗微生物活性；本类药物能抑制茶碱和咖啡因的代谢，与它们联合应用时，可使茶碱和咖啡因的血药浓度升高；利福平（RNA合成抑制药）和氟苯尼考（蛋白质合成抑制药），均可使本类药物的抗菌作用降低，有的甚至完全消失（如萘啶酸、诺氟沙星），不能联合使用。丙磺舒能通过阻断肾小管分泌而与某些喹诺酮类药物发生相互作用，延迟后者的消除。喹诺酮药物与四环素、万古霉素联合应用会出现拮抗作用。在用药时要注意这些药物的相互作用，从而合理的联合用药，能够有效减少喹诺酮类耐药菌株的产生。
四、在兽医临床上的应用研究
目前兽医临床上可以使用的氟喹诺酮类共有原料药6种、制剂71种，剂型涉及粉剂、注射液、颗粒剂、预混剂、片剂、溶液、胶囊、糊剂、泡腾剂等9类。90 年代上市的新氟喹诺酮药物有11种,包括洛美沙星、托氟沙星、替马沙星、芦氟沙星、氟罗沙星、司氟沙星、那氟沙星、左氧氟沙星、格帕沙星、曲伐沙星、阿拉沙星。兽医专用的 FQS各国已批准上市的品种有7 种(恩诺沙星、单诺沙星、倍诺沙星、奥比沙星、二氟沙星、沙拉沙星、麻保沙星)。另外,我国农业部已批准用于动物的 FQS还有诺氟沙星、环丙沙星、培氟沙星、氧氟沙星与洛美沙星。
现在最常用的第三代氟喹诺酮类药,抗菌谱广，抗菌作用强，对兽医临床常见病原菌，尤其对支原体感染有较强作用。该药口服吸收快，血药浓度高，毒性小。在畜禽疾病防治上,对鸡败血支原体病、鸡白痢沙门氏菌病、大肠杆菌病、猪肺疫、牛乳房炎等有良好效果。
用诺氟沙星治疗猪肺炎支原体病，饲料中添加20 mg/ kg ，1日2 次，可得到满意效果。烟酸氟哌酸以 10 mg/ kg体重的剂量肌注，1 日 2 次，对仔猪副伤寒人工感染发病的保护率为 100 %，优于痢特灵对照组的保护率(80 %)。方炳虎等报道了恩诺沙星以 5、10 及20 mg/ kg剂量内服，每天2次连续3天，对鸡败血支原体感染的治愈率分别为 85.7 %，85.7 % ，88.6 % ，对鸡大肠杆菌感染的治愈率分别为 80.08 % ，82.9 %和94.3 % ，对鸡葡萄球菌的感染率分别为 68.6 %，71.4 %及 71.4 %。环丙沙星是第三代氟喹诺酮类抗菌活性较高的一种，是预防和治疗畜禽细菌性感染及支原体病的有效药物，其体外最小抑菌浓度在 1μg/ mL 以下。用25 mg/kg盐酸环丙沙星水溶液能有效的预防鸡霍乱，50 mg/ kg的水溶液能有效的治疗，其预防和治疗效果均达100%保护。甲磺酸单诺沙星水溶性好，可多种途径给药，吸收迅速，生物利用度高，对动物呼吸道致病菌抗菌效果好，并且能在动物肺组织中产生较高浓度，是治疗畜禽呼吸系统疾病的非常有效而理想的药物。
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