目前，革兰阴性菌耐药形势严峻，可以选择药物不多，特别是对于碳青酶烯类耐药的鲍曼不动杆菌、肠杆菌、铜绿假单胞菌。
今天，我将革兰阴性菌的耐药机制、针对不同耐药机制的新药研发策略，以及新药进展进行总结，分享大家。
一、革兰阴性菌的耐药机制
革兰阴性菌是一类细胞壁上有两层膜结构的细菌，包括肠杆菌科、铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌等常见的医院获得性感染病原体。
革兰阴性菌的耐药机制主要有以下几种：
外膜屏障：革兰阴性菌的外膜上有一层疏水性的脂多糖（LPS），可以阻碍许多抗生素进入细胞，尤其是大分子的抗生素，如范可霉素、大环内酯类等。外膜上还有一些孔蛋白（porin），可以允许一些小分子的抗生素通过，如β-内酰胺类、喹诺酮类等。但是，革兰阴性菌可以通过改变孔蛋白的表达或结构，降低抗生素的渗透性，从而增加耐药性。
β-内酰胺酶：β-内酰胺酶是细菌产生的能水解β-内酰胺类抗菌药物的灭活酶，是革兰阴性菌对β-内酰胺类抗菌药物耐药的主要机制之一。β-内酰胺类抗菌药物包括青霉素、头孢菌素、氨基糖苷类等。革兰阴性菌可以通过突变或水平基因转移，产生不同类型和谱系的β-内酰胺酶，如广谱β-内酰胺酶（ESBLs）、氧化型β-内酰胺酶（OXA）、碳青霉烯类β-内酰胺酶（CBLs）等，使得这些抗生素失效。
泵排出：泵排出是指细菌通过一些跨膜蛋白将抗生素从细胞内或外膜间隙排出到细胞外，从而降低抗生素在细胞内的浓度，达到耐药的目的。泵排出系统可以分为三种类型：ABC型（ATP结合盒型）、MFS型（主要协同因子型）和RND型（耐多药型）。泵排出系统可以同时排出多种不同类型和结构的抗生素，导致多重耐药。
靶点改变：靶点改变是指细菌通过突变或水平基因转移，改变抗生素作用的靶点蛋白或核酸，使得抗生素不能有效地与之结合，从而降低抗生素的活性。例如，喹诺酮类抗生素作用于DNA回旋酶和拓扑异构酶，阻断DNA复制；而细菌可以通过突变这些酶的基因，使得喹诺酮类抗生素不能与之结合，从而产生耐药性。
二、针对革兰阴性菌耐药的抗生素种类及作用机制
针对革兰阴性菌耐药，目前临床上可用的抗生素种类有限，主要包括以下几类：
β-内酰胺类/β-内酰胺酶抑制剂复合物：这类药物是由一个β-内酰胺类抗生素和一个β-内酰胺酶抑制剂组成的复合物，可以同时作用于细菌的细胞壁合成和β-内酰胺酶。β-内酰胺类抗生素可以抑制细菌的肽聚糖合成酶，阻断细胞壁的合成；而β-内酰胺酶抑制剂可以与β-内酰胺酶形成不可逆的结合，保护β-内酰胺类抗生素不被水解。这类药物主要用于治疗产ESBLs（广谱β-内酰胺酶）或CBLs（碳青霉烯类β-内酰胺酶）的革兰阴性菌感染。
碳青霉烯类：这类药物是一种新型的β-内酰胺类抗生素，具有广谱的抗菌活性，可以抵抗大多数β-内酰胺酶的水解，包括ESBLs和CBLs。碳青霉烯类也是通过抑制细菌的肽聚糖合成酶，破坏细胞壁的完整性，从而杀死细菌。这类药物主要用于治疗产CBLs或多重耐药的革兰阴性菌感染。目前常用的有美罗培南、亚胺培南、帕尼培南、多美培南等。
喹诺酮类：这类药物是一种合成的广谱抗生素，可以作用于细菌的DNA回旋酶和拓扑异构酶，阻断DNA复制和转录，从而抑制细菌的增殖。喹诺酮类可以分为一代、二代、三代和四代，根据其对革兰氏阳性菌和阴性菌的活性和耐药情况不同而区分。这类药物主要用于治疗呼吸道、泌尿道、消化道等系统的革兰阴性菌感染。目前常用的有环丙沙星、左氧氟沙星、莫西沙星、加替沙星等。
多肽类：这类药物是一种由多个氨基酸组成的小分子肽，可以与细菌的外膜上的LPS结合，破坏外膜屏障，增加外膜的通透性，从而使其他抗生素更容易进入细胞。多肽类也可以与细菌的细胞膜上的磷脂结合，形成孔道或溶解细胞膜，导致细胞膜的损伤和细胞内容物的泄漏，从而杀死细菌。多肽类也可以抑制细菌的生化代谢和信号转导，干扰细菌的生理功能。这类药物主要用于治疗多重耐药的革兰阴性菌感染，尤其是产CBLs（碳青霉烯类β-内酰胺酶）的革兰阴性菌感染。
多肽类抗生素包括多粘菌素类（多粘菌素B、多粘菌素E）、杆菌肽类（杆菌肽、短杆菌肽）和万古霉素等。其中，多粘菌素E和多粘菌素B是阳离子多肽抗菌药物，通过与细菌细胞膜结合，阻断外部的细菌细胞膜，导致细菌细胞死亡。此外，还有万古霉素、去甲万古霉素和替考拉宁等多肽类抗生素。
三、临床上针对革兰阴性菌耐药尚未被满足的临床需求
虽然目前临床上有一些抗生素可以用于治疗革兰阴性菌耐药感染，但是这些抗生素仍然存在一些问题，不能完全满足临床需求。这些问题包括：
疗效不佳：由于革兰阴性菌的耐药机制多种多样，导致一些抗生素的疗效不佳，不能有效地清除感染灶，从而增加了感染的复发和转归的风险。例如，碳青霉烯类抗生素虽然可以抵抗CBLs的水解，但是对于产OXA型β-内酰胺酶或泵排出系统的革兰阴性菌，其疗效就会大打折扣。
毒副作用大：由于一些抗生素的选择性不高，会对人体的正常细胞或组织造成损伤，导致一些严重的毒副作用。例如，多肽类抗生素由于与人体细胞膜上的磷脂也有亲和力，会破坏人体细胞膜的完整性，引起肾毒性、神经毒性、听力损伤等。
耐药性快速发展：由于革兰阴性菌具有高度的适应性和可塑性，可以通过突变或水平基因转移，快速地产生新的耐药机制，使得一些抗生素在短时间内就失去了活性。例如，近年来出现了一种新型的β-内酰胺酶，叫做新德里金属β-内酰胺酶（NDM），可以水解所有的β-内酰胺类抗生素，包括碳青霉烯类。这种酶可以通过质粒在不同种类的革兰阴性菌之间传播，导致了一种超级细菌的出现，叫做NDM阳性肠杆菌。
因此，临床上迫切需要开发一些新型的抗生素，能够有效地克服革兰阴性菌的耐药机制，提高疗效，降低毒副作用，延缓耐药性的发展。
四、抗生素新药研发的策略
针对革兰阴性菌耐药感染的治疗难题，目前有以下几种主要的抗生素新药研发策略：
改良现有抗生素：这种策略是在现有抗生素的基础上进行化学修饰或结构优化，以提高其对革兰阴性菌的活性和选择性，降低其被耐药机制所影响。例如，在β-内酰胺类/β-内酰胺酶抑制剂复合物中，可以通过改变β-内酰胺类抗生素或β-内酰胺酶抑制剂的结构或比例，增强其对CBLs（碳青霉烯类β-内酰胺酶）或OXA型β-内酰胺酶的抵抗能力，或者提高其对革兰阴性菌的亲和力。例如，头孢他啶舒巴坦是一种新型的头孢菌素/β-内酰胺酶抑制剂复合物，可以抑制多种类型的β-内酰胺酶，包括CBLs和OXA型β-内酰胺酶，对革兰阴性菌有较强的活性。
发现新的作用靶点：这种策略是通过对革兰阴性菌的生理代谢和信号转导等过程进行深入研究，发现一些新的或未被利用的作用靶点，然后设计或筛选出能够特异性地与之结合的抗生素。这样可以避免与现有抗生素的交叉耐药，也可以减少对人体正常细胞或组织的影响。例如，LpxC是一种参与LPS合成的关键酶，可以作为一种新的作用靶点，针对其开发的抗生素可以破坏革兰阴性菌的外膜屏障，增加其敏感性。例如，MEDI3902是一种针对LpxC的单克隆抗体，可以与LpxC形成不可逆的结合，从而抑制LPS合成，对多重耐药的铜绿假单胞菌有较强的活性。
利用天然产物或生物制剂：这种策略是通过从自然界中发现或利用一些具有抗菌活性的物质或生物制剂，作为抗生素新药的候选物或辅助治疗手段。这些物质或生物制剂通常具有多样化的结构和作用机制，可以与现有抗生素协同作用，增强其效果，或者提供一些新的治疗方案。
例如，噬菌体是一种能够感染并杀死特定细菌的病毒，可以作为一种针对革兰阴性菌耐药感染的生物制剂，通过注射或吸入等方式给予患者。例如，AB-SA01是一种针对金黄色葡萄球菌感染的噬菌体制剂，已经进入临床试验阶段。
五、抗生素新药研发的新进展
针对革兰阴性菌耐药感染的治疗，出现了一些抗生素新药，展现出一定的疗效和安全性，值得期待。以下是一些抗生素新药的简要介绍：
Cefiderocol（头孢地尔）：这是一种新型的头孢菌素类抗生素，具有铁依赖性的转运机制，可以利用革兰阴性菌的铁摄取系统，通过外膜上的铁载体受体进入细胞，从而避免了外膜屏障和泵排出系统的影响。Cefiderocol还可以抵抗多种类型的β-内酰胺酶，包括CBLs和OXA型β-内酰胺酶，对多重耐药的革兰阴性菌有较强的活性。Cefiderocol已经在2019年在日本和美国获得上市批准，用于治疗复杂泌尿道感染和肾盂肾炎等革兰阴性菌感染。
Plazomicin：由Achaogen公司开发，这是一种新一代的氨基糖苷类抗生素，能够抑制细菌蛋白质的翻译过程。plazomicin是在西梭霉素（sisomicin）基础上进行了化学改造而得，能避免被主要的氨基糖苷类抗生素钝化酶（AME）破坏而失去活性。plazomicin开发用于治疗多重耐药性（MDR）革兰氏阴性菌肠杆菌科细菌导致的严重感染，包括对碳青霉烯类抗生素耐药的肠杆菌。
plazomicin的III期临床研究显示，plazomicin对碳青霉烯类抗生素耐药的肠杆菌科细菌导致的血液感染具有积极的治疗作用，同时对复杂尿路感染或急性肾盂肾炎具有潜在的长期临床治疗益处。
Eravacycline：eravacycline包括静脉制剂和口服制剂，开发用于严重细菌性感染的治疗，包括由多药耐药菌导致的感染。这是一种新型的四环素类抗生素，具有改良的结构，可以提高其对革兰阴性菌的亲和力和稳定性，从而提高其对革兰阴性菌的活性。Eravacycline还可以抵抗一些四环素类抗生素常见的耐药机制，如泵排出系统和四环素保护蛋白。Eravacycline已经在2018年在美国和欧盟获得上市批准，用于治疗复杂腹腔感染等革兰阴性菌感染。
六、结语
我们一起了解了革兰阴性菌的耐药机制以及针对不同耐药机制的新药研发策略和最新研发进展。
首先，我介绍了革兰阴性菌的耐药机制，包括外膜屏障、β-内酰胺酶、泵排出和靶点改变等，以及这些机制对抗生素活性的影响。
其次，我介绍了针对革兰阴性菌耐药的抗生素种类及作用机制，包括β-内酰胺类/β-内酰胺酶抑制剂复合物、碳青霉烯类、喹诺酮类和多肽类等，以及这些抗生素的优缺点和适应症。
再次，我介绍了临床上针对革兰阴性菌耐药尚未被满足的临床需求，包括疗效不佳、毒副作用大和耐药性快速发展等，以及这些问题给患者和医生带来的困难和挑战。
最后，我介绍了抗生素新药研发的策略，包括改良现有抗生素、发现新的作用靶点和利用天然产物或生物制剂等，以及一些国外抗生素新药的简要介绍，如Cefiderocol、Plazomicin和Eravacycline等。
希望你通过本文，能了解到一些关于革兰阴性菌耐药感染治疗的最新知识和动态，并对抗生素新药研发领域有所兴趣。
