当代抗生素发展的挑战与思考

刘昌孝

回顾曲折的抗生素发展历程，抗生素在治疗各类感染性疾病中功不可没。20世纪，抗生素的发现改变了现代医学的进程。有了抗生素，医生可以治疗从前足以致命的感染，挽救数百万人的生命，但是由于频繁且非必要使用抗生素导致新型耐药的细菌出现，从耐药性的发生发展，我们更看到抗生素的双刃剑作用，及其对人类的危害和对新抗生素研究开发与应用的影响。

世界卫生组织呼吁应对全球耐药菌感染问题，抗生素耐药性不断增加可能是当今全球医疗界面临最严重的问题。科学统计和预测表明，抗生素的过度使用已经导致抗生素耐药性的蔓延，损害了数十年来挽救生命的医学进步。如果不采取任何措施，估计到2050年，可能因此导致每年上千万人死亡。同时在严峻形势面前，我们也看到各国在后抗生素时代为新药和抗生素耐药研究所做出的贡献。面对21世纪抗生素发展的挑战，我们必须重视抗菌药物的耐药性研究，重视新一代抗菌药物的新靶标研究，重视新抗生素发现和开发的策略。

本文将简要回顾世界和中国抗生素产业的发展历程，分析抗生素耐药性对发展的影响，研究后抗生素时代的抗生素需求变化和各国的行动，介绍近10年来一些主要研究开发进展，最后就挑战和思考21世纪抗生素发展问题，提出重视抗菌药物的耐药性研究、重视新一代抗菌药物的新靶标研究和重视新抗生素发现和开发的策略，愿在不同的激励机制下，希望21世纪抗生素研究开发和应用获得可喜的进展。

1 抗生素发展历程回顾

1.1 世界抗生素产业的发展历程回顾

从19世纪70年代以来，随着微生物学的发展，微生物间的拮抗现象被各国学者陆续发现。1874年William Roberts首次发现拮抗现象，报道了真菌的生长常常抑制细菌的生长。Louis Pasteur和Robert Koch观察到空气传播的芽孢杆菌能抑制炭疽芽孢杆菌的生长。19世纪80—90年代涌现出研究这种微生物抗菌活性的大量论文。

虽然人们认识到微生物对抗生素发展的重要作用，但抗生素的进展仍十分缓慢，而且发展曲折。1928年英国细菌学家 Fleming发现污染在培养葡萄球菌的双碟上的一株霉菌能杀死周围的葡萄球菌的现象，1929年Fleming将霉菌培养物的滤液中所含有的抗细菌物质叫做青霉素并予以报道，并证实一些致病细菌能被青霉素抑制，其抗菌性能可用于化疗，但是由于历史原因无法进一步发展，这些物质后来在1942年被美国微生物学家Selman Waksman重新命名为抗生素。1938年，青霉素成功从实验室转为规模化生产，并在第二次世界大战中大显威力，拯救了无数在战争中受感染的伤病员的生命，而后普遍应用于感染性治疗。

随着微生物学、生物化学、有机化学基础理论的发展以及分子遗传学和新技术的进步，20世纪的40年代抗生素的历史揭开划时代的一页，可以说是科学抗生素时代的开始。新抗生素的筛选方法、理性化的新方法的应用，20世纪推动了60—70年代各国科学家智慧的积累，使抗生素研究工作飞跃前进。在这30年间世界几乎每个国家都有人在进行抗生素的研发和生产，每年都有新抗生素的发现。1952年诺贝尔奖获得者Waksman是抗生素历史中另一位重要人物，研究多年后于1944年发现了链霉素。由于青霉素作用于革兰阳性菌，而链霉素作用于革兰阴性菌以及青霉素无效的分枝杆菌。因此，链霉素是青霉素一种非常理想的补充，而且这两种抗生素之间无交叉抗药性。链霉素的发现改变了结核病的预后，是结核病治疗中的一场革命。

进入 60年代后，取而代之的是半合成抗生素的出现。1958年，Sheehan合成了6-氨基青霉烷酸，随后人们研发出一系列可常规方法制造的半合成青霉素，如苯氧乙基青霉素、二甲氧苯青霉素和氨苄西林等不同特点的抗生素。1961年，Abraham从头孢霉菌代谢产物中发现了头孢菌素C。由于合成化学的进展和技术难关的攻克，将头孢菌素C水解，加上不同侧链后，成功地合成许多高活力的半合成头孢菌素。经过一二十年的发展，第 1代、第 2代、第 3代头孢菌素相继出现，如今，以青霉素、头孢菌素为主体的β-内酰胺类抗生素已成为最重要的化学治疗剂。随着抗生素研究的不断深入，作用不断扩大，人们在“抗菌”之外的抗生素中又发现抗肿瘤、抗原虫、抗寄生虫等用于人、畜及农业的抗生素。到70—80年代，国内外发现并报道的生物活性物质如酶抑制剂、免疫调节剂、受体结合抑制剂等的数量逐渐增多，并已有数十种用于临床，畜兽医或农作物中。

1.2 中国抗生素产业的发展历程回顾

我国抗生素是在新中国诞生前不久生产的，抗生素生产领域的开端也正是中国化学制药工业的开端。中国抗生素的发展历程也是始于青霉素的研制。1948年，美国人曾经希望“帮助”中国建立青霉素工厂，但其实质是想垄断中国的抗生素生产。当时的军代表史毓民和抗生素专家童村共商筹建新中国抗生素工厂的计划，但那时并无生产环境。在党的领导下，从事抗生素研究生产的童村先生带领年轻人建起了“青霉素实验所”，开始描绘新中国抗生素事业的蓝图。1951年4月在实验所里成功试制了青霉素钾盐，标志着中国抗生素工业的开启，但工业化生产仍是梦想。1953年，在党中央、毛泽东主席中央老一辈革命家的亲切关怀下，华北制药开始筹建，这是重点建设的第一个亚洲最大的制药企业。1958年，华北制药厂投产，主要生产青霉素、链霉素等抗生素。华药的建成投产，揭开了中国抗生素生产的新篇章，结束了我国抗生素依赖进口的历史，为中国人民的健康事业做出不可忘却的贡献。华药青霉素吨位级生产的成功使中国抗生素工业化跨入了一个崭新的时代。之后，中国的抗生素生产快速发展，同时山东新华、东北制药、太原制药等一大批制药厂投入生产，形成了中国化学制药工业的繁荣发展。时至今日，除青霉素继续发挥治疗作用外，由其衍生出的半合青、半合抗等新型抗感染药物产业繁荣，成为治疗需求重要产品或首选药物。在抗生素研究中，20世纪50年代成立的上海医药工业研究院和北京医药工业研究院均建立相关研究室。60年代，以上海医药工业研究院抗生素研究室为基础，西迁到四川成立四川抗菌素工业研究所，专注我国抗生素的基础研究和产业开发研究。

2 抗生素耐药性对发展的影响

1928年英国细菌学家 Fleming发明了青霉素以来，抗生素为维护人类健康立下了不朽的功勋。然而，抗生素是一把双刃剑。它通过作用于细菌达到目的，但总有一些细菌没杀死，并产生耐药基因，这种基因在后代里累积，临床耐药性越来越高。人类一旦再感染，会逐步走向无药可医的境地。

早在1955年已经证明，即使在发现抗生素之前，通过突变自发地产生抗生素抗性。每次我们服用抗生素时，选择具有负责抗性的基因的细菌，并且具有这样的基因的突变细菌随着抗生素的使用的增加而增加。正如可以通过该陈述预测的，对所有可用药物的抗性已经逐渐发展，仅比预期早一点。最初在发现新的抗生素和治疗传染病方面取得的成功使我们相信，传染病可以很快消灭。目前我们面临着回到前抗生素“preantibiotic”时代的威胁，因为许多病原体现在抗几乎所有的抗生素。至今已经批准了大约150种抗生素，2014年最后一个系统性抗生素被批准为头孢唑仑和局部使用氟尼沙星。

所有抗生素的使用无论是否正确，都对细菌的菌落产生一种选择性的压力，而且抗生素用的越多，压力越大。不适当的使用抗生素更是造成细菌耐药性的发生重要原因。由于耐药菌是可以在人群中进行传播的，即使从来没有使用过抗生素的人，同样也可能成为抗生素耐药性的受害者。正如世界卫生组织的报告中所提到，微生物正凭借自身一天百万次的复制能力显示了它强劲的进化优势。由于这种固有性耐药和选择性耐药的强大的阻力，使得抗生素在与细菌的对抗中屡屡处于被动状况。

细菌产生耐药性的方式有两种：一种叫固有性耐药，是由细菌自身的基因特征引起的，所以叫固有性耐药或天然耐药性。另一种叫获得性耐药，是细菌和抗生素接触以后，由于它的生存代谢途径发生了变化所引起的耐药，称为获得性耐药或选择性耐药。其耐药性出现经常反映在抗生素治疗期间发生的演变过程。抗生素治疗可以选择具有生理或遗传增强的能耐受高剂量抗生素的能力的细菌菌株。在某些条件下，它可能导致耐药细菌的优先生长，而易感细菌的生长被药物抑制。例如在1943年，先前获得抗菌抗性基因的菌株的抗菌选择由Luia-Delbrück实验证明。由于许多细菌菌株抗性的增加，抗生素（如青霉素和红霉素）对许多细菌菌种和菌株，已经变得不太有效。抗性可以采取药物生物降解的形式，例如通过加药猪粪引入磺胺二甲嘧啶的磺胺二甲酸降解土壤细菌。固有耐药可以是细菌菌株遗传组成的一部分。而在细菌基因组中可以不存在抗生素靶标，认为获得性耐药是由细菌染色体突变或染色体外DNA的获得引起的。

然而为什么抗生素耐药性上升？有人分析与抗生素的应用（特别是滥用）和管理有关。（1）抗生素使用问题：抗生素通常在未指明时使用，有时由于对诊断缺乏信心，并且有时患者直接从药剂师那里得到抗生素用于像感冒等疾病。患者没有受到足够的教育，停止治疗感觉症状好了。错误的剂量和使用比所需更长的抗生素也促进抗生素抗性。喷气机时代带来了耐性细菌，意外事件如海啸受害者和海湾战争的受害者的阻力的扩散。此外来自印度的更便宜的治疗选择的来自西方的患者带有抗性细菌，例如 New Delhi金属-β-内酰胺酶生产菌株。（2）抗生素管理问题：管理指导的协调缺位。努力遏制增长的抗生素使用，教育患者完成规定的抗生素疗程的重要性，新的/预防性抗生素只有在现有抗生素耐药的情况下才能使用。应该实施“降级”，在获得敏感性报告后，在重症监护病房中从广谱的抗生素方案转移到严重患者使用对病原体特异性、抗菌谱狭窄的抗生素。

有时，使抗生素远离临床实践几年可能导致易感性的返回。这种影响直接使抗生素研发发展缓慢。20世纪80年代以来，获准新抗生素数量一直在下降：1983—1987年 5年间，有16种新药获得FDA批准。1988—1992年下降至14个，1993—1997年下降至 10个，2003—2007年只有5个，而且问题还在恶化，许多大型制药公司开始从抗生素领域撤出，活跃在抗菌剂发现和开发竞技场的只有4家公司。1996—2000年5年间，仅有6种抗生素问世，表现新抗生素发展速度缓慢。自2009年美国感染疾病协会（IDSA）首次报告抗菌药物开发状况之后的4年业绩，2010年，IDSA发起了一项“10×20”倡议，呼吁制药公司和政府克服障碍，至2020年开发出10个新抗生素。目前只有几家公司正在开发 7个候选抗生素，能够治疗多重耐药的细菌，其中大部分尚未进入后期试验阶段，2020年之前实现10个新药获准上市的目标看来几乎不可能实现。7种候选药物中无一对所有临床相关耐药革兰阴性菌有效：（1）头孢唑烷/三唑巴坦：抗假单胞菌头孢菌素/β-内酰胺酶抑制剂组合（细胞壁合成抑制剂），FDA于2014年12月批准。（2）头孢他啶/阿维菌素（头孢他啶/NXL104）：抗假单胞菌头孢菌素/β-内酰胺酶抑制剂组合（细胞壁合成抑制剂），还处在3期临床研究之中。（3）头孢洛林/阿维菌素：抗MRSA头孢菌素/β-内酰胺酶抑制剂组合（细胞壁合成抑制剂）。（4）碳青霉烯/β-内酰胺酶抑制剂组合（细胞壁合成抑制剂），还处在2期临床研究之中。（5）普拉唑霉素为氨基糖苷抗生素（蛋白质合成抑制剂），还处在2期临床研究之中。（6）Eravacycline为靶向核糖体的合成四环素衍生物/蛋白质合成抑制剂，由Tetraphase开发，2期临床试验已经完成。（7）布里酰胺为肽防御蛋白模拟物（细胞膜破裂），还处在2期临床研究之中，其中有一个候选药物最近中止了研发。但在2020年之前，另外9个抗生素获准上市看来是难以实现。

3 后抗生素时代的抗生素需求变化和行动

3.1 世界卫生组织的行动

对于目前已发生的一系列事件，人们已经意识到了细菌耐药这一问题的严重性，世界卫生组织（WHO）最近发出警告，如果人类不迅速采取一些措施，耐药性危机即将到来。世界卫生组织总干事陈冯富珍最近作出了这样的预测，人类即将进入“后抗生素时代”，到时候甚至对许多普通的感染性疾病都将无药可用，细菌将再一次不能被杀灭。2014年4月，世界卫生组织曾发布过一份关于抗生素耐药问题的报告。这份覆盖全球 91%人口的全球性调查报告显示，由于致病微生物已经对现有的大部分抗生素产生了耐药性，全球正在进入后抗生素时代。细菌感染风险的逐渐升级将使目前看来极为普通的小手术再次成为人类的致命杀手。而问题严峻的是，一方面，利润低、盈利周期长等因素致使医药企业对新型抗生素的研发极其缓慢；另一方面由于耐药问题，大多数国家，尤其是发展中国家的医院和药房高度依赖抗生素的使用，致使耐药性细菌发展速度日新月异。除了政府引导和医药界改革，普通大众也需要抗生素基本知识的普及，向公众告知滥用抗生素后果的严重性，需要普及抗生素知识。为此世界卫生组织呼吁各国政府和研究人员加大资金投入，加强能替代现有抗生素的新药开发，以应对抗生素对进化的耐药性疾病的无效性。

从商业角度来看，抗生素并不是一直能够盈利的业务。首先，抗生素起效很快，因此，对一些用于长期治疗的抗生素来说，市场并不是很大。其次，抗生素属于被严格限制使用的药物，主要是防止滥用所导致的更多耐药菌的风险发生，且抗生素用于所指定的每一种感染的治疗需要监管部门单独批准。据IDSA报道，在20世纪90年代，全球却有近 20家公司涉足抗生素研发。目前在世界制药巨头中只有葛兰素史克和阿斯利康公司还有抗生素研发项目。

3.2 政府激励在发挥作用

绝大多数健康专家都同意，当遇到需要更多抗生素来与耐药菌作斗争的紧急需求时，简单的利润刺激已经不能发挥作用。WHO已经发出了一连串呼吁，政府需要出台一系列激励政策来推动新型抗生素的研发。美国政府已经响应号召，把抗生素研发写进了立法条款中。

美国于2011年6月推出了抗生素开发激励法案（GAIN）。根据该法案，FAD将给予新型抗生素优先权，且承诺在接受申请后的6个月内必须启动审评，使得抗生素有望进入FDA快速审批通道外，能延长专利独占期。与此同时欧盟已经开始寻找途径来帮助新型抗生素的研发。

英国鼓励新抗生素研发。2015年5月15日发布的一份研究报告中，英国财政部表示牵头组织抗生素耐药性专项研究，希望中国和印度等发展中国家在新型抗生素研发和抗击“超级细菌”方面发挥作用。英国专家团队发布研究报告，呼吁各国政府和医药行业积极改变目前抗生素研发停滞不前的现状，提出建立一全球性创新研究基金，用于鼓励新种类的抗生素研发，改变其以药品销售额为主要利润来源的传统盈利模式，并表示抗生素耐药是全球性危机，亟需国际合作。

英国财政部建议组织专家团队针对农业生产滥用抗生素问题进行调查。一份报告显示，如果不采取措施补救，到2050年，全球由抗生素耐药性增强而引发的死亡人数将达到一千万，是所有由癌症造成的死亡人数的总和。而届时全球经济将因抗生素耐药性的爆发而损失100万亿美元。在2011年7月26日，德国联邦公众传染病预防与监控主管机构罗伯特科赫研究所也宣布，近期在德国流行的肠出血性大肠埃希菌疫情已经结束的当天，荷兰的马斯城医院对外公布，在近两个月内，一种不明疫情已在荷兰造成27人死亡，所有死亡病例均感染一种超级细菌。抗生素耐药问题也作为 2016年二十国集团领导人峰会的主要议题之一。总之，解决抗生素耐药性问题需要国际社会的共同努力。

3.3 研发产业动向值得重视

目前，治疗领域至少有100种抗生素，但是绝大部分都属于几个大类，如：喹诺酮类有环丙沙星、左氧氟沙星和氧氟沙星等；磺胺类有复方磺胺甲噁唑和甲氧苄啶等；发生耳部感染的儿童可能经常使用的青霉素类抗生素有阿莫西林等。但必须注意到，如果医生同时开具多种抗生素，或者对不需要使用抗生素的疾病（如非感染类型的感冒）患者开具抗生素，那么，幸存下来的细菌将会进化成耐药菌。这就是为什么医生经常更换抗生素的原因，同时也是医疗界一直提倡限制过度处方抗生素的原因。

在不同的激励机制下，一些正在研发的新药获得一定进展，如最近新批准的口服抗生素是非达霉素（fidaxomicin dificid），用于治疗难辨梭状芽孢杆菌感染，这种感染能导致腹泻，并可能导致结肠炎和其他肠道疾病。

大型制药公司一般都没有将其研发的精力太多地放在新型抗生素上。只有葛兰素史克和阿斯利康拥有多个非常有希望的抗生素项目。其中葛兰素史克的研发线中有两只抗生素：其一是创新性地针对肽脱甲酰基酶的GSK1322322；其二是创新性地针对亮氨酰-tRNA合成酶的GSK2251052，后者被用于进行多重耐药的革兰阴性菌测试。阿斯利康公司最近宣布将扩大其抗生素能力，将在抗生素研发上投入1亿美元，对一系列感染和包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）在内的多种耐药细菌显示出效果。赛诺菲公司最近也决定加大抗生素研发投入，赛诺菲公司将对中挑选新的产品，每个药物支付总额为1.86亿美元的里程金。一些小型制药公司将有望填补这一空缺，如Trius公司和Durata公司的新型抗生素将获得FDA的批准。Durata公司最近公布了其领先抗生素达巴万星（dalbavancin）的Ⅲ期临床试验数据。这是一个长效的静脉注射的脂糖肽类抗生素，用于治疗急性皮肤和皮肤组织感染。而Trius公司正在开展Torezolid磷酸盐（TR-701）研究，这是快速起效的二代抗生素和第四代噁唑烷酮类药，用于治疗由革兰阴性菌引起的严重复杂性皮肤感染与皮肤结构感染，特别是对于耐药菌引起的感染，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。在欧洲，两个新型抗生素项目获得欧盟资助。其一为“NM4TB”，该项目由来自 13个国家的18人组成的研究团队发现了一种新的物质benzothiazinones（BTZs），可用来治疗结核病和耐药结核病。

3.4 立法和监管机构的作用有利于创新发展

美国已经接受了解决与抗生素抗性相关的健康问题的挑战。除了资助研究寻找新的抗生素外，美国还采取了以下措施：

10×20倡议：IDSA发起这项倡议，呼吁在2020年之前开发和监管10种新型有效和安全的全身抗生素。为此，IDSA大会、FDA、疾病控制中心、NIH和其他相关者团体在10个中，telavancin和头孢洛林似乎满足其中2个目前的标准。

2012年7月公布的美国FDA安全与创新法案：它被起草以增加对FDA的资金，通过向产品FDA审查的行业收费。生成抗生素激素现在的行动纳入了 FDA安全和创新法案，以解决有关抗生素耐药性的问题。（1）在专利中增加了5年的抗菌和抗真菌治疗，治疗严重和威胁生命的疾病，并在给予合格感染性疾病产品（qualified infectious disease product，QIDP）状态后指定其优先审查和加速审批。（2）到现在为止，试验局限于感染，如腹内或急性细菌性皮肤和皮肤结构感染。根据新的指导，可以选择身体的任何部位以测试抗生素，其靶向特定病原体（如MRSA）。（3）目前，NDA需要有1000名患者的安全数据。现在建议 300名患者进行评价。（4）草案还表示，FDA现在开放使用替代标记物加速。但在批准抗生素时，要求QT延长研究可能仍需要6～9个月，招募250名患者。

4 在研究中的新型抗生素

4.1 细胞壁合成的抑制剂

肽聚糖细胞壁合成已经成为流行的靶标，因为其对于细菌是至关重要的，由于高度交联的晶格结构而提供刚性。肽聚糖的合成涉及约30种酶。它是异二聚体的聚合物。其单体之一是与五肽链（L-丙氨酸-D-谷氨酸-L-赖氨酸-D-丙氨酸-D-丙氨酸）连接的乙酰胞壁酸。另一种糖是乙酰-葡糖胺。具有酶性质的蛋白质，青霉素结合蛋白-2（PBP-2）催化2个步骤：葡萄糖基转移酶作用，其中这两个糖连接在一起，因此形成的二聚体然后聚合成长链和转肽酶反应，其交联桥接附接的五肽通过另一个五-甘氨酸桥键合到两个相邻聚合物的乙酰基胞壁酸。

万古霉素结合新生二聚体的D-ala-D-ala末端，该位点不同于PBP，防止交联/转肽化。其活性谱包括 MRSA和其他革兰阳性生物体，包括艰难梭菌。通过获得用D-ala-D-乳酸取代D-ala-D-ala的van-A质粒来发生抗性。MRSA通过从粪肠球菌中获得van-A质粒，已经将其状态“更新”为耐万古霉素金黄色葡萄球菌（VRSA）。替考拉宁是 6种密切相关的化合物的混合物。它是高度蛋白质结合，半衰期为 100小时。又如达巴万星（dalbavancin）是替考拉宁的衍生物，并且它也具有破坏细菌的膜电位的另外的机制。它也是高度蛋白质结合的，因此可以每周一次，静脉内给药 2周。它对 MRSA、厌氧链球菌、claustridia和棒状杆菌有活性，其中达巴万星的效力是万古霉素，达托霉素或利奈唑胺的4～32倍。III期试验已经结束，该药在2014年获得批准。

4.2 靶向假单胞菌外膜蛋白的肽模拟物

许多物质由较低和较高级生物体分泌，作为抵抗入侵微生物的天然防御。其中之一是肽protegrin-I，除了直接的抗菌活性也有免疫调节作用。假单胞菌属的外膜蛋白（Lpt D）和许多其它革兰阴性菌具有将脂多糖（LPS）转运到外膜的外叶的功能，抑制 LPS的运输损害了细胞的通透性屏障。Protegrin-I，天然肽结合Lpt D并抑制其功能，已经开发了该肽的模拟物，其仅对假单胞菌特异，并通过非膜的溶解作用机制抑制其生长。POL7080化合物在 I期研究中给出了良好的结果。

4.3 糖基转移酶作为靶标的新抗研究

这种酶与用于合成细胞壁的肽基转移酶一样重要。糖基转移酶作为靶标原因如下。（1）抑制它会引起类似于由青霉素引起的杀菌作用。（2）糖基转移酶的功能在所有细菌中都是保守的，没有任何真核对应物。（3）在技术上，已经完全理解酶的结构、其底物和反应。因此，通过预测结构活性关系可以合成抑制剂。

4.4 RNA和蛋白质合成抑制剂研究

在肽基转移酶位点附近结合50S核糖体RNA并阻断肽链延伸。酮内酯与大环内酯的不同之处在于通过用 3-酮基取代糖部分，并且这种结构差异使得它们对于大环内酯抗性的外排介导的和甲基化酶介导的机制较不敏感。酮内酯对大环内酯抗性菌株有活性。Fidaxomicin，2011年批准，抑制革兰阳性菌如艰难梭菌的RNA聚合酶。它抗菌谱窄，并且不被口服吸收，因此用于治疗假膜性结肠炎。Solithromycin是一种新的氟酮内酯，可用于口服和静脉注射。它对呼吸道病原体如肺炎球菌、军团菌、莫拉菌和流感嗜血菌有活性，也被证明具有抗炎作用。Solithromycin在对怀孕的羊的研究中获得了良好的子宫内浓度，因此可能证明在治疗胎儿/羊膜感染中是有价值的。它已被FDA批准为QIDP状态，于2013年进入第三阶段试验，用于抗导致CAP的抗性肺炎球菌。

4.5 DNA复制抑制剂

与较早的喹诺酮相比，delafloxacin对革兰阳性生物体也具有活性。由于其阴离子性质，它在细胞内积累，并在酸性pH下具有更大的作用，使其成为抗金黄色葡萄球菌的潜在药物。在 II期试验中，每天300 mg，每天2次。Delafloxacin与替加环素，delafloxacin显示相当的功效（92%）和改善的耐受性。在研究中，70%的金黄色葡萄球菌分离株是MRSA，63%是左氧氟沙星耐药。

4.6 新靶标的研究

（1）tRNA合酶：氨酰 tRNA合酶是在ATP存在下使t-RNA与其特定氨基酸电荷的酶。氨基酸连接到t-RNA的3'末端，其在末端具有腺苷。然后将该负载的氨酰t-RNA连接到核糖体用于蛋白质合成。GSK'052是含硼药物，其通过硼原子形成到 t-RNA的 3'末端的加合物，并抑制蛋白质合成。在早期研究中，它显示出抗革兰阴性细菌的活性。它在2012年进入第二阶段试验，但已经停止开发。

（2）肽基脱甲酰酶抑制剂：掺入蛋白质合成的第一个氨基酸是真核生物中的甲硫氨酸和原核生物中的甲酰基甲硫氨酸。肽基变性酶在原核生物中的肽延伸过程中从甲硫氨酸中除去甲酰基。GSK'322是一种新的肽剂，其抑制该酶并已完成 I期和 II期试验。它对常见的呼吸道病原体如肺炎链球菌，流感嗜血菌，化脓链球菌和金黄色葡萄球菌具有杀菌作用。从链霉菌属获得的肌动蛋白，多年前已知具有这种功能，迫切需要新的抗生素使研究人员寻找放线素的类似物。

5 21世纪抗生素发展挑战与思考

综上所述近年来抗生素研发的事实，已经看到抗菌药物的发现和发展显著放缓，几年前发现的新型类型和监管批准更难获得。特别对近 10年批准的新型抗菌药物的形势，进行作用机制/抗性，改进的类似物，活性谱和临床试验状况分析，正如 Hoffman等认为，这些新的作用机制以及新的未开发的细菌目标和战略，可能为抗药性和新兴病原体在21世纪铺平道路。

传染病是全世界死亡的主要原因之一，特别是在中低收入国家，其中抗药性细菌的二线抗菌药物通常不可用或不可负担。在高收入国家，在社区和医院获得性感染中出现的多药耐药性超过了向临床开发和提供新药的速度。特别是最近克雷伯菌（Klebsiellasp.）的碳青霉烯抗性的出现和相关的革兰阴性细菌说明了该问题的严重性，因为这些多重耐药性感染与高死亡率和很少的治疗选择相关。面对挑战，需要从以下3方面研究予以重视。

5.1 重视抗菌药物的耐药性研究

二十国集团（G20）领导人杭州峰会于2016年9月5日通过了《二十国集团领导人杭州峰会公报》。抗生素耐药性的话题已经上升到了国际高度，成为一个等同于气候变化和恐怖主义的世界性挑战问题。该公报中明确指出：“抗生素耐药性严重威胁公共健康、经济增长和全球经济稳定。将推动谨慎使用抗生素，并考虑在抗生素可负担和可获得性方面的巨大挑战及其对公共卫生的影响。我们确认有必要从体现二十国集团自身优势的角度，采取包容的方式应对抗生素耐药性问题，以预防和减少抗生素耐药性，同时推动研发新的和现有的抗生素。同时，呼吁世界卫生组织、联合国粮农组织、世界动物卫生组织、经合组织于2017年提交联合报告，就应对这一问题及其经济影响提出政策选项。”

针对抗生素种类增多和严重滥用，WHO已发出警告抗生素耐药性严重威胁全球公共健康和生命安全，成为全球面临的最严重公共卫生挑战之一，这需要科学界、企业界和公众共同应对的问题。WHO在2011年世界卫生日提出了“抵御耐药性—今天不采取行动，明天就无药可用”的口号，呼吁制止耐药性的传播，并于2014年4月公布了首份基于全球 114个国家数据的全球抗生素耐药性报告。

抗生素战胜细菌主要通过 4个途径实现：（1）抑制细胞壁的合成；（2）抑制蛋白质的合成；（3）抑制 DNA的合成；（4）感染细菌生长繁殖。耐药性是细菌、病毒、真菌和寄生虫等微生物发生改变，使原有针对性的治疗药物变得无效的反应。致病菌产生耐药性之后，抗生素在体内无法识别病菌或对其产生作用。也就是说抗生素的耐药性，其实是在体内产生了耐抗生素的一种新型病菌，而这种新生物的出现可对全人类的健康形成威胁。从细菌耐药性产生机理来看，细菌通过基因突变，改变自身结构，来削弱抗生素的作用效果，从而产生耐药性。其机制主要有：（1）合成药物失活酶，引起药物失活；（2）激活药物外排泵，减少药物吸收；（3）通过对细胞壁加强修饰，抑制药物摄取；（4）通过基因突变，使得药物的原有药物靶标无法结合发挥药效。

细菌出现耐药，与大量耐药基因的出现有关。耐药基因如提供给其它细菌，一旦转移到致病菌身上就可能引起抗生素控制不住的疾病。耐药基因还能够在细菌，人体和动物肠道菌群之间传播。朱宝利等揭示了具有水平转移能力的耐药基因在细菌，人类和动物体内的传播网络，其研究工作揭示了耐药基因在病原细菌、人体肠道菌群中的分布及传播途径和机制等。他们对来自丹麦、西班牙、中国的 162个健康人肠道微生物元基因组（Metagenome）中的耐药基因进行了深入分析，从构建的人体肠道微生物基因的数据集中鉴别出1093个耐药基因，发现人体肠道微生物中耐药基因的比例最高，耐药基因更倾向于存在某些特定的细菌门，如变形菌门。中国人肠道中含有70个耐药基因型，丹麦人45个，西班牙人49个。对耐药基因单核苷酸多态性的聚类分析表明中国人肠道耐药基因不同于丹麦和西班牙人，进一步分析发现，无论在哪个国家人群中，四环素耐药基因型的丰度都是最高的。刘建华的研究团队发现，MCR-1基因在不同菌种间扩增和转移速度极快，且阳性样本的比例逐年增加。研究显示由MCR-1调控的多黏菌素抗性反应很有可能起源于动物，且已经开始蔓延至人。预示着抗生素最后一道防线——多黏菌素已然遭到威胁。尽管目前的研究局限于中国，但是并不意味着，MCR-1基因没有效仿 NDM-1的可能，成为全球性抗生素耐药问题。

我们还可以利用世界和我国的微生物基因组计划，开展一些耐药微生物的基因组研究，从中发现一些微生物在耐药过程中的基因变化，能否可以为抗生素合理应用和新抗生素研发提供一些新的靶标均是值得思考的研究途径。

5.2 重视新一代抗菌药物的新靶标研究

虽然目前临床使用的大多数抗微生物药物抑制基本过程如蛋白质或细胞壁生物合成，但许多这些药物也是抑菌的，这可能有助于抗性的发展。开发具有最小的抗性发展潜力的新型抗细菌药物的一种方法可以是靶向细菌蛋白质的杀菌功能（例如脂肪酸生物合成所需的必需烯酰-ACP还原酶FabI）。必需蛋白质的靶向必须考虑在底物结合和催化结构域内的结构约束和突变对酶功能的减轻作用。靶向毒力因子或宿主微生物反应途径可导致感染生物体的快速清除。真菌具有核受体样途径，其激活多药耐药外排泵，使之成为针对多药耐药性致病真菌的新治疗靶标，以此靶用于治疗目的的微生物途径的哺乳动物途径的类似物的研究。但是必须严格设计达到特异性地仅抑制细菌靶标和防止毒性产生。

在细菌蛋白质中的新型接头或支架；抗微生物药物靶标的增长趋势是宿主反应途径；调节它们可以减少传染病的持续性和严重性。TLR（Toll样受体）蛋白家族在先天免疫反应期间被激活并导致抗微生物肽的产生并激活适应性免疫应答以对抗感染。TLR激活剂和调节剂可潜在地具有抗微生物作用。同样，大环内酯类如克拉霉素在实验模型和临床试验中具有败血症的免疫调节特性。

5.3 重视新抗生素发现和开发的策略

与几十年的药物开发和短期的传染病治疗相比，新的生物学“基因组学”在抗生素药物研发中的失败，在短时间内耐药性增加了，产业界极不愿意启动新的策略，才会出现发展迟缓的局面。在缺乏制药业的情况下，由政府赞助大学和小型生物技术公司研发，研发下一代治疗药物有了一些起色，然而与资源丰富的制药工业相比，这些场所的发现速度缓慢和转化困难，其中实施发展策略，政府、社会、学界和产业界，如何体现各自的重大责任和担当很重要。

目前大多数抗菌药物是1940—1980年间用传统方法发现的，随着耐药性和新病原体的出现，新药研发必须针对问题，改变研发策略和方法。现今认为天然产物是最佳的抗菌药物筛选数据库，充分利用天然产物数据库发现新分子，抗菌药物的独特的物理化学性质决定其的活性谱。因为具有最佳的细胞渗透和特异结构与其相互作用蛋白质折叠中的有限结构空间。通过比较不同病原体基因组、靶或机制的新颖性、靶基因或机制的新颖性，发现不存在人同源物和抗性发展的低可能性的靶标，鉴定具有广泛的微生物基因组信息的可行药物靶标是失败的战略。通过使用核心骨架结构引入天然产物样特征来提高数据库的质量，以产生和收集化学多样化合物。比较细菌基因组学，获得特异性靶来发现用于特定微生物的抗菌药物的可能性。

来自海洋沉积物或与植物相关的新的微生物物种是新的抗菌药物的未开发来源，还可利用“不可培养的”微生物产生新的醌和糖基化的大环内酰胺抗菌药物。抗菌药物发现的一个新趋势是克服其先前因物理化学/药代动力学缺陷的问题。增加使用黏菌素（多黏菌素）作为危重病患者的最后一线治疗选择，尽管其具有肾毒性，铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌对其耐药。这将为现代临床试验对剂量方案和不良反应提供认识。

6 结论

本文回顾了曲折发展的抗生素发展历史要点，看到了抗生素耐药性对新药发展的影响，以及世界各国在后抗生素时代为新药和抗生素耐药研究所做出的贡献。面对21世纪抗生素发展的挑战，思考后认为需要从以下3方面研究予以重视：一是重视抗菌药物的耐药性研究，二是重视新一代抗菌药物的新靶标研究，三是重视新抗生素发现和开发的策略。同时建议利用世界和我国的微生物基因组计划，开展一些耐药微生物的基因组研究，从中发现一些微生物在耐药过程中的基因变化，为抗生素合理应用和新抗生素研发提供一些新的靶标增加一些新的研究途径，还希望在实施这些发展策略时，政府、社会、学界和产业界，发挥各自的优势，承担更多的责任。在不同的激励机制下，希望21世纪抗生素研究开发和应用获得可喜的进展。

（摘自《中国抗生素杂志》2017年第1期）