喹诺酮类药物的耐药机制及常见不良反应
作者：王 琪
单位：北京医科大学附一院临床药理研究所 北京 100034
关键词：
四川生理科学杂志990102 喹诺酮类药物是一种抗菌谱广、抗菌活性强、对常见革兰氏阳性菌及阴性菌、厌氧菌、军团菌、衣原体及支原体等均有作用的全合成抗菌药物。由于其具有较好的药代动力学特性，在临床表现出很好的抗菌效应，常被通过口服或静脉给药用来治疗临床感染性疾病。喹诺酮类药物用药剂量小，用药比较安全，加之喹诺酮类药物与其它药物之间无交叉耐药性，细菌耐药性发展较慢，故喹诺酮类药物在临床倍受关注。
1 喹诺酮类药物的发展简况
自1962年美国的Lesher等发现第一个喹诺酮药：耐啶酸，(Nalidixic acid)，我国1975年在临床使用第二代喹诺酮药：吡哌酸(Pipemidic)，1978年日本杏林制药公司首先报道了第三代喹诺酮药：诺氟沙星(Norfloxacin)，至今已有近50种新的喹诺酮类药物被开发，相继数十种被应用于临床，如：依诺沙星(enoxacin)、培氟沙星(pefloxacin)、环丙沙星(ciprofloxacin)、氧氟沙星(ofloxacin)、洛美沙星(lomefloxacin)、托氟沙星(tosuflaxacin)、芦氟沙星(rufloxacin)、氟罗沙星(fleroxacin)、斯帕沙星(sparfloxacin)、那氟沙星(nadifloxacin)、左氟沙星(levofloxacin)。
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目前仍有一些新的品种正在进行Ⅰ～Ⅲ期的临床前的研究，如：格瑞沙星(grepabloxacin，opc-17116，大琢制药)、依罗沙星(irloxacin，E-3432，Estere)、克林沙星(clinafloxacin，PD-127391，Warner lanbet)、AM-1155(杏林制药)、Bay-Y-3188(Bayer)、Q-35(中外制药)、AM-441(明治制药)、T-3762(富山化学)、氨氟沙星(Amifloxacin)、埃笆沙星(Ibefloxacin，R-835，Riker)、DS-4524(第一制药)、E-4441(Estere)、KB-5246(田边制药)、Y-26611(吉富制药)等。
由于喹诺酮类药物在临床的广泛应用，同其它抗菌素同样出现了耐药性问题。尤其是MRSA和大肠杆菌对喹诺酮类药物的耐药率有明显的上升趋势。
2 喹诺酮类药物临床耐药现状
, http://www.100md.com 2.1 Shalie报道 1987年对50株临床分离的MRSA药敏检测结果显示：多数菌株对环丙沙星和氧氟沙星耐药。
2.2 Michigen等医院报道 1984年和1985年分离的MRSA对环丙沙星均为敏感性，而1989年分离的118株MRSA即有55%的菌株对环丙沙星耐药。
2.3 台湾台北医学院台湾医院报道 1996年12月至1997年5月从烧伤病人的伤口、痰、血等标本中分离的47株绿脓杆菌对氧哌嗪、头孢哌酮、头孢他啶、泰能等12种药物高度耐药，其中包括对环丙沙星和氧氟沙星高度耐药。
2.4 加拿大的Oneario报道 1988年开始在临床应用环丙沙星和氧氟沙星，1989年即发现在102株MRSA中有50%的菌株对环丙沙星和氧氟沙星耐药。
2.5 中国北京协和医院等5家医院对1993年～1996年分离的临床菌株进行耐药监测结果表明 大肠杆菌和MRSA对环丙沙星的耐药率正在逐年上升。
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3 喹诺酮类药物的耐药机制
3.1 DNA螺旋酶的改变(为主要的耐药机制)
3.1.1 喹诺酮类药物的作用机制
DNA螺旋酶是一种Ⅲ型拓扑异构酶，为一个四聚体，由2个A亚基和2个B亚基组成，分别由gyrA和gyrB编码。DNA螺旋酶能够将细菌染色体DNA高度卷紧形成一个能被细胞壁所能容纳的状态。喹诺酮类药物可以抑制DNA螺旋酶。当DNA螺旋酶被抑制时，细菌染色体DNA即松散为一个体积远远大于细胞壁所能容纳的状态，致使细菌无法进入细胞壁内。另外DNA螺旋酶在与细菌DNA分子结合时DNA螺旋酶催化DNA逆向超螺旋使正付链解开形成两条链，而后解开的两条单链各自通过碱基互补重新组成付链复制成两条完整的DNA。当喹诺酮类药物抑制DNA螺旋酶活性时也即阻止了细菌DNA复制、修复、染色体分离、转录等一系列的功能，从而达到了杀菌的功能，这是喹诺酮类药物的抗菌作用机理。
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3.1.2 DNA螺旋酶基因突变
当DNA螺旋酶发生基因突变时，喹诺酮类药物的酶抑制性作用将受到影响，即DNA螺旋酶对喹诺酮类药物的抑制作用不敏感而使其活性下降或失去作用而导致细菌耐药。目前有关对大肠杆菌螺旋酶基因突变的研究证明：在gyrA亚基上至少发现有10个点突变异致氨基酸被替代而引起高度耐药的发生。其中ser-83的替代最常见。在大肠杆菌基因序列上残基67-106区域最常发生突变，被称之为喹诺酮药物的耐药区(QRDR，quinolon resistance determining region)。
金黄色葡萄球菌DNA螺旋酶与大肠杆菌DNA螺旋酶相似，但gyrA亚基上的喹诺酮类药物的耐药区(QRDR)是位于残基暗68-107区域，其中84～88区域的突变与耐喹诺酮类药物关系最为密切。在药物的压力下，ser-84(相当于大肠杆菌的ser-83)最易发生突变。
喹诺酮类药物的耐药基因均发生在染色体上。到目前为止还没发现有质粒介导喹诺酮耐药基因发生突变的报道。由于喹诺酮类药物可以抑制质粒的接合，在低于MIC的药物浓度下某些质粒可以从细菌中被清除。
, 百拇医药
3.2 细胞膜通透性的改变
3.2.1 细胞膜屏障及药物的转运方式
药物的吸收、分布、生物转化及排泄各个过程都涉及其细胞膜的转运。药物穿越细胞层时，必须先通过细胞膜屏障。药物穿过细胞膜主要有主动转运(载体媒介的转运)和被动扩散(顺流转运)两种方式。
1.主动转运具有高度选择，可为同类物所竞争，需耗能量，有饱和现象，并能逆电化学的梯度而转动。被动扩散过程时药物从浓度高的一侧向对侧扩散，其扩散速度与膜两侧的浓度梯度及药物的脂/水分布系数成正比。
2.膜蛋白的作用
细菌细胞膜上的蛋白在能量的支持下可以将药物选择性或无选择性地排出细胞外，也可称之为药物的主动排出系统。在多种细菌中均己发现各种各样的主动排出系统。由于膜蛋白可将抗菌素主动地排出菌体或由于细胞膜通透性的下降引起对药物的吸收减少，以致细胞内的药物浓度达不到有效抗菌水平而使细菌产生耐药。
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细菌能够改变细胞膜的通透性阻止抗菌素进入菌体抵达作用靶位，细菌细胞外膜的这种屏障作用与外膜的膜孔(porin)蛋白有关。porin蛋白组成的充满水的传送膜通道能让亲水性溶质类抗生素穿过细胞外膜进入菌体；细菌亦可通过改变外膜porin蛋白的组成或数量而改变其通透性，对抗菌素产生耐药。已被证实：外膜功能缺损的变异株其porin蛋白的数量明显减少。有人用凝胶电泳方法对环丙沙星耐药绿脓杆菌的外膜蛋白进行外膜porin蛋白的分子电泳分析，发现在耐药的菌株中31～32千道尔顿(KDa)区的蛋白带消失或减少，将此菌株在平皿上进行多次传种后又获得敏感性的菌株，进行电泳结果发现可见上述蛋白带，证明细菌的耐药性与外膜的porin蛋白的改变有关。
大肠杆菌具有微孔蛋白的缺失或突变引起对药物的吸收减少或主动排出增加的耐药基因已被证实。金黄色葡萄球菌及革兰氏阳性菌缺少细胞外膜，因而不存在细胞膜通透性下降的耐药机制，但金黄色葡萄球菌耐喹诺酮类药物与膜蛋白NorA有关。NorA的活性依赖于跨膜的质子梯度，NorA可能是一个对输蛋白，导致喹诺酮类药物与质子对输，即方向相反的跨膜运动。对亲水性药物亲和力较高，可以排出氟哌酸、氯霉素等不同结构的化合物。当NorA含量增高时，易产生耐药(喹诺酮类)。
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4 喹诺酮类药的不良反应
4.1 我国喹诺酮药治疗临床感染症不良反应发生率
北京医院报道：用国产环丙沙星治疗肺部感染病人，不良反应发生率为18.35%，其中皮疹、静脉炎发生率为12.9%，BUN、SGPT升高率为3.22%，胃肠反应发生率为3.23%。进口环丙沙星不良反应率为10.0%，BUN升高率为3.33%，静脉炎发生率6.67%。有关医院报道见下表。 医院名称
抗菌素
不良反应发生率(%)
北京医院
CIPX
19.35
华山医院
, 百拇医药
FLRX
10.5
OFLX
11.3
航天医院
FLRX
14.7
重庆一院
LOMX
3.3
FLRX
2.0
天津二院
, 百拇医药
LOMX
11.8
华西医院
ENOX
8.33
浙医一院
CIPX
7.02
302医院
CIPX
15.0
OFLX
9.5
, 百拇医药
上述不良反应多见于胃肠道反应、皮疹、静脉炎及肝肾功能上升。
4.2 喹诺酮类药物不良反应主要表现归纳如下。
(1)胃肠道反应：厌食、恶心、呕吐、腹痛、胃不适。
(2)变态反应症状：皮疹、麻疹、红斑、发热、搔痒、眼睑及球结膜充血和光敏反应，极个别接触日光后，可出现过敏性休克，有0.3%～0.7%的血压升高发生。
(3)肝、肾损害及对血细胞影响：喹诺酮类药物可使GOT、GPT、ALP、T-GTP和LDH、BUN和血清肌酐上升，还可能导致严重而暂时性的血小板、白血球减少、嗜伊红细胞增多症。
(4)中枢神经系统毒性：由于本类药易透过血脑屏障，可引起头晕、头痛、震颤、嗜睡、激动、乏力等，大剂量可以引起妄想、昏迷、癫痫痉挛和惊厥。
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(5)关节损害：动物试验表明本类药主要损害幼年动物的负重关节，并能导致关节软骨产生水泡及变性。主张对骨生期，尤其是妊娠妇女及婴儿禁用或限制使用。
(6)运动系统毒性及其它反应：四肢肌肉酸痛。此类药物人们怀疑有诱变性和致癌性，但至今未有报道。这一重要问题值得今后注意和研究。
喹诺酮类药物不良反应的产生与用药剂量有关，在使用时需掌握好用药剂量及疗程，所有不良反应可在停药后消失。
喹诺酮类药物的光敏反应，在国外十分引人关注。
(1)光毒反应(phototoxic reactions)：
光敏反应指皮肤损伤是由于药物吸收的紫外光能量在皮肤中释放所致。
(2)光变态反应：指药物吸收光能后成激活态并以半抗原形式与皮肤中的蛋白结合，形成的复合物经表皮郎格汉氏细胞传递给免疫活性细胞引起的过敏反应。一般紫外波长为315～400nm的紫外光导致光敏反应。
动物实验证明：喹诺酮类药物氟哌酸、环丙沙星、洛美沙星、斯帕沙星、萘啶酸在动物试验模型中显示具有光敏反应，但以光毒反应为主。Horio等用豚鼠模型证明：具有光变态反应的药物有洛美沙星、萘啶酸。喹诺酮类药物的光毒反应的危险性次序为：依诺沙星、洛星沙星、氧氟沙星、萘啶酸、托氟沙星、诺氟沙星、环丙沙星。, http://www.100md.com
单位：北京医科大学附一院临床药理研究所 北京 100034
关键词：
四川生理科学杂志990102 喹诺酮类药物是一种抗菌谱广、抗菌活性强、对常见革兰氏阳性菌及阴性菌、厌氧菌、军团菌、衣原体及支原体等均有作用的全合成抗菌药物。由于其具有较好的药代动力学特性，在临床表现出很好的抗菌效应，常被通过口服或静脉给药用来治疗临床感染性疾病。喹诺酮类药物用药剂量小，用药比较安全，加之喹诺酮类药物与其它药物之间无交叉耐药性，细菌耐药性发展较慢，故喹诺酮类药物在临床倍受关注。
1 喹诺酮类药物的发展简况
自1962年美国的Lesher等发现第一个喹诺酮药：耐啶酸，(Nalidixic acid)，我国1975年在临床使用第二代喹诺酮药：吡哌酸(Pipemidic)，1978年日本杏林制药公司首先报道了第三代喹诺酮药：诺氟沙星(Norfloxacin)，至今已有近50种新的喹诺酮类药物被开发，相继数十种被应用于临床，如：依诺沙星(enoxacin)、培氟沙星(pefloxacin)、环丙沙星(ciprofloxacin)、氧氟沙星(ofloxacin)、洛美沙星(lomefloxacin)、托氟沙星(tosuflaxacin)、芦氟沙星(rufloxacin)、氟罗沙星(fleroxacin)、斯帕沙星(sparfloxacin)、那氟沙星(nadifloxacin)、左氟沙星(levofloxacin)。
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目前仍有一些新的品种正在进行Ⅰ～Ⅲ期的临床前的研究，如：格瑞沙星(grepabloxacin，opc-17116，大琢制药)、依罗沙星(irloxacin，E-3432，Estere)、克林沙星(clinafloxacin，PD-127391，Warner lanbet)、AM-1155(杏林制药)、Bay-Y-3188(Bayer)、Q-35(中外制药)、AM-441(明治制药)、T-3762(富山化学)、氨氟沙星(Amifloxacin)、埃笆沙星(Ibefloxacin，R-835，Riker)、DS-4524(第一制药)、E-4441(Estere)、KB-5246(田边制药)、Y-26611(吉富制药)等。
由于喹诺酮类药物在临床的广泛应用，同其它抗菌素同样出现了耐药性问题。尤其是MRSA和大肠杆菌对喹诺酮类药物的耐药率有明显的上升趋势。
2 喹诺酮类药物临床耐药现状
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2.2 Michigen等医院报道 1984年和1985年分离的MRSA对环丙沙星均为敏感性，而1989年分离的118株MRSA即有55%的菌株对环丙沙星耐药。
2.3 台湾台北医学院台湾医院报道 1996年12月至1997年5月从烧伤病人的伤口、痰、血等标本中分离的47株绿脓杆菌对氧哌嗪、头孢哌酮、头孢他啶、泰能等12种药物高度耐药，其中包括对环丙沙星和氧氟沙星高度耐药。
2.4 加拿大的Oneario报道 1988年开始在临床应用环丙沙星和氧氟沙星，1989年即发现在102株MRSA中有50%的菌株对环丙沙星和氧氟沙星耐药。
2.5 中国北京协和医院等5家医院对1993年～1996年分离的临床菌株进行耐药监测结果表明 大肠杆菌和MRSA对环丙沙星的耐药率正在逐年上升。
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3 喹诺酮类药物的耐药机制
3.1 DNA螺旋酶的改变(为主要的耐药机制)
3.1.1 喹诺酮类药物的作用机制
DNA螺旋酶是一种Ⅲ型拓扑异构酶，为一个四聚体，由2个A亚基和2个B亚基组成，分别由gyrA和gyrB编码。DNA螺旋酶能够将细菌染色体DNA高度卷紧形成一个能被细胞壁所能容纳的状态。喹诺酮类药物可以抑制DNA螺旋酶。当DNA螺旋酶被抑制时，细菌染色体DNA即松散为一个体积远远大于细胞壁所能容纳的状态，致使细菌无法进入细胞壁内。另外DNA螺旋酶在与细菌DNA分子结合时DNA螺旋酶催化DNA逆向超螺旋使正付链解开形成两条链，而后解开的两条单链各自通过碱基互补重新组成付链复制成两条完整的DNA。当喹诺酮类药物抑制DNA螺旋酶活性时也即阻止了细菌DNA复制、修复、染色体分离、转录等一系列的功能，从而达到了杀菌的功能，这是喹诺酮类药物的抗菌作用机理。
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3.1.2 DNA螺旋酶基因突变
当DNA螺旋酶发生基因突变时，喹诺酮类药物的酶抑制性作用将受到影响，即DNA螺旋酶对喹诺酮类药物的抑制作用不敏感而使其活性下降或失去作用而导致细菌耐药。目前有关对大肠杆菌螺旋酶基因突变的研究证明：在gyrA亚基上至少发现有10个点突变异致氨基酸被替代而引起高度耐药的发生。其中ser-83的替代最常见。在大肠杆菌基因序列上残基67-106区域最常发生突变，被称之为喹诺酮药物的耐药区(QRDR，quinolon resistance determining region)。
金黄色葡萄球菌DNA螺旋酶与大肠杆菌DNA螺旋酶相似，但gyrA亚基上的喹诺酮类药物的耐药区(QRDR)是位于残基暗68-107区域，其中84～88区域的突变与耐喹诺酮类药物关系最为密切。在药物的压力下，ser-84(相当于大肠杆菌的ser-83)最易发生突变。
喹诺酮类药物的耐药基因均发生在染色体上。到目前为止还没发现有质粒介导喹诺酮耐药基因发生突变的报道。由于喹诺酮类药物可以抑制质粒的接合，在低于MIC的药物浓度下某些质粒可以从细菌中被清除。
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3.2 细胞膜通透性的改变
3.2.1 细胞膜屏障及药物的转运方式
药物的吸收、分布、生物转化及排泄各个过程都涉及其细胞膜的转运。药物穿越细胞层时，必须先通过细胞膜屏障。药物穿过细胞膜主要有主动转运(载体媒介的转运)和被动扩散(顺流转运)两种方式。
1.主动转运具有高度选择，可为同类物所竞争，需耗能量，有饱和现象，并能逆电化学的梯度而转动。被动扩散过程时药物从浓度高的一侧向对侧扩散，其扩散速度与膜两侧的浓度梯度及药物的脂/水分布系数成正比。
2.膜蛋白的作用
细菌细胞膜上的蛋白在能量的支持下可以将药物选择性或无选择性地排出细胞外，也可称之为药物的主动排出系统。在多种细菌中均己发现各种各样的主动排出系统。由于膜蛋白可将抗菌素主动地排出菌体或由于细胞膜通透性的下降引起对药物的吸收减少，以致细胞内的药物浓度达不到有效抗菌水平而使细菌产生耐药。
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细菌能够改变细胞膜的通透性阻止抗菌素进入菌体抵达作用靶位，细菌细胞外膜的这种屏障作用与外膜的膜孔(porin)蛋白有关。porin蛋白组成的充满水的传送膜通道能让亲水性溶质类抗生素穿过细胞外膜进入菌体；细菌亦可通过改变外膜porin蛋白的组成或数量而改变其通透性，对抗菌素产生耐药。已被证实：外膜功能缺损的变异株其porin蛋白的数量明显减少。有人用凝胶电泳方法对环丙沙星耐药绿脓杆菌的外膜蛋白进行外膜porin蛋白的分子电泳分析，发现在耐药的菌株中31～32千道尔顿(KDa)区的蛋白带消失或减少，将此菌株在平皿上进行多次传种后又获得敏感性的菌株，进行电泳结果发现可见上述蛋白带，证明细菌的耐药性与外膜的porin蛋白的改变有关。
大肠杆菌具有微孔蛋白的缺失或突变引起对药物的吸收减少或主动排出增加的耐药基因已被证实。金黄色葡萄球菌及革兰氏阳性菌缺少细胞外膜，因而不存在细胞膜通透性下降的耐药机制，但金黄色葡萄球菌耐喹诺酮类药物与膜蛋白NorA有关。NorA的活性依赖于跨膜的质子梯度，NorA可能是一个对输蛋白，导致喹诺酮类药物与质子对输，即方向相反的跨膜运动。对亲水性药物亲和力较高，可以排出氟哌酸、氯霉素等不同结构的化合物。当NorA含量增高时，易产生耐药(喹诺酮类)。
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4 喹诺酮类药的不良反应
4.1 我国喹诺酮药治疗临床感染症不良反应发生率
北京医院报道：用国产环丙沙星治疗肺部感染病人，不良反应发生率为18.35%，其中皮疹、静脉炎发生率为12.9%，BUN、SGPT升高率为3.22%，胃肠反应发生率为3.23%。进口环丙沙星不良反应率为10.0%，BUN升高率为3.33%，静脉炎发生率6.67%。有关医院报道见下表。 医院名称
抗菌素
不良反应发生率(%)
北京医院
CIPX
19.35
华山医院
, 百拇医药
FLRX
10.5
OFLX
11.3
航天医院
FLRX
14.7
重庆一院
LOMX
3.3
FLRX
2.0
天津二院
, 百拇医药
LOMX
11.8
华西医院
ENOX
8.33
浙医一院
CIPX
7.02
302医院
CIPX
15.0
OFLX
9.5
, 百拇医药
上述不良反应多见于胃肠道反应、皮疹、静脉炎及肝肾功能上升。
4.2 喹诺酮类药物不良反应主要表现归纳如下。
(1)胃肠道反应：厌食、恶心、呕吐、腹痛、胃不适。
(2)变态反应症状：皮疹、麻疹、红斑、发热、搔痒、眼睑及球结膜充血和光敏反应，极个别接触日光后，可出现过敏性休克，有0.3%～0.7%的血压升高发生。
(3)肝、肾损害及对血细胞影响：喹诺酮类药物可使GOT、GPT、ALP、T-GTP和LDH、BUN和血清肌酐上升，还可能导致严重而暂时性的血小板、白血球减少、嗜伊红细胞增多症。
(4)中枢神经系统毒性：由于本类药易透过血脑屏障，可引起头晕、头痛、震颤、嗜睡、激动、乏力等，大剂量可以引起妄想、昏迷、癫痫痉挛和惊厥。
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(5)关节损害：动物试验表明本类药主要损害幼年动物的负重关节，并能导致关节软骨产生水泡及变性。主张对骨生期，尤其是妊娠妇女及婴儿禁用或限制使用。
(6)运动系统毒性及其它反应：四肢肌肉酸痛。此类药物人们怀疑有诱变性和致癌性，但至今未有报道。这一重要问题值得今后注意和研究。
喹诺酮类药物不良反应的产生与用药剂量有关，在使用时需掌握好用药剂量及疗程，所有不良反应可在停药后消失。
喹诺酮类药物的光敏反应，在国外十分引人关注。
(1)光毒反应(phototoxic reactions)：
光敏反应指皮肤损伤是由于药物吸收的紫外光能量在皮肤中释放所致。
(2)光变态反应：指药物吸收光能后成激活态并以半抗原形式与皮肤中的蛋白结合，形成的复合物经表皮郎格汉氏细胞传递给免疫活性细胞引起的过敏反应。一般紫外波长为315～400nm的紫外光导致光敏反应。
动物实验证明：喹诺酮类药物氟哌酸、环丙沙星、洛美沙星、斯帕沙星、萘啶酸在动物试验模型中显示具有光敏反应，但以光毒反应为主。Horio等用豚鼠模型证明：具有光变态反应的药物有洛美沙星、萘啶酸。喹诺酮类药物的光毒反应的危险性次序为：依诺沙星、洛星沙星、氧氟沙星、萘啶酸、托氟沙星、诺氟沙星、环丙沙星。, http://www.100md.com