四环素类药物的发展史及未来展望　　

四环素类(TCs)在20世纪40年代末首次被发现。在当时，TCS是一种很好的快速抑菌剂，甚至在高浓度下也有杀菌作用。抗菌谱广，有效对抗多种革兰氏阳性和阴性细菌、立克次体、支原体、螺旋体等。早在六七十年代就被广泛使用。其中金霉素、四环素、土霉素因其广谱、使用方便、经济等特点，在兽医临床上常用。在体外，细菌对四环素的耐药较慢，但同种之间存在交叉耐药，且这些药物在兽医临床上被滥用，以至于细菌对四环素的耐药相当严重，一些常见致病菌的耐药率很高。目前其临床效果受到一定影响。本文就四环素类药物、耐药机制及临床应用进行综述。

(一)四环素类药物的发展历史和未来前景

1.发展历史。四环素类是由链霉菌产生或半合成的碱性广谱抗生素。是一种速效抑菌剂，包括金霉素、土霉素、四环素和半合成多西环素。亚甲基土霉素、二甲胺四环素、二甲霉素和元霉素都是氢化并五苯的衍生物。一些天然抗生素，如金霉素(1948)和土霉素(1948)，是在20世纪40年代末发现的。这些是分批报道的四环素类成员。后来又开发了其他四环素类药物，包括天然化合物[四环素(1953)，去甲金霉素(1965)]和半合成产品[乌洛托品(1965)，强力霉素(1967)，米诺环素(1972)]。虽然已研制出约100种四环素类药物，但临床和兽医学上使用的只有上述7种。这些已被分为第一代(1948-1957)和第二代(1965-1972)四环素。

2.展望。1981年，Chopro等发表了《80年代初四环素类药物的展望》，其中讨论了四环素用于人类和兽医的作用方式及其耐药基因和生化基础的分子研究，也对其他可能作为治疗剂引入的四环素类似物进行了评价。近十年来，四环素治疗应用的进一步变化以及我们对分子基础和耐药性的认识都有了很大的提高。四环药物的研究引起了新的关注。

药物分子进入体内时，处于生物大分子、金属离子等内源性和外源性物质包围的复杂环境中。研究药物分子在复杂环境中的存在状态，对阐明药物在体内的转运、吸收、代谢和药理作用具有重要意义。

(2)临床应用

土霉素在兽医临床上被广泛用于治疗各种致病菌引起的肠道感染。其临床应用包括：治疗沙门氏菌引起的犊牛白痢、鸡白痢、大肠杆菌引起的仔猪黄痢和白痢；治疗由鸡布鲁氏菌引起的禽霍乱；对猪哮喘和猪肺炎有效，与卡那霉素合用可提高疗效。局部应用于各种动物组织中坏死杆菌感染引起的坏死或子宫脓肿炎症；可用于牛边界病、泰勒焦虫病、钩端螺旋体病等。被血孢子虫感染；金霉素主要用作饲料添加剂，用于促进动物生长，也用作软化剂等外用药物。由于药物的化学结构相似，细菌容易产生耐药性，所以也容易产生交叉耐药性。产生耐药性的原因可能是细菌对这类抗生素的通透性降低，导致细菌内药物浓度低，达不到抑菌效果。

(3)体内过程和体内存在状态

1.在体内的状态。白蛋白作为体内的生物大分子，是血浆中的主要蛋白质。研究药物与白蛋白的相互作用，以及药物、金属离子和白蛋白之间的竞争，是药代动力学和临床药理学的主要内容。有必要搞清楚药物在体内的存在状态。实验表明，四环素类药物能与血浆蛋白结合，OTC的结合率为35%，TC为35.6% ~ 55.0%。四环素类药物与金属离子的络合物与生物大分子(BSA)相互作用时，吸光度随着BSA的增加而逐渐降低，然后分解。金属离子的存在降低了药物与BSA的结合常数，BSA能分解药物与金属离子的复合物。通过研究体内一些小分子如氨基酸、维生素、络合剂等与药物、络合物的相互作用，发现这些小分子与药物没有直接的相互作用，但能与药物共存的金属离子竞争分解M-TC(OTC)络合物。四环素类药物与Eu、Zn、Zr、Cu等金属形成的络合物进入体内后，血清能分解这些络合物。结果表明，四环素类药物无论是复合形式还是游离形式，在复杂的体液环境中都会以游离形式存在，在尿液中不存在复合物。

2.内部流程。各种四环素口服吸收程度不同。土霉素、金霉素、四环素的吸收率为60% ~ 80%，强力霉素、米诺环素的吸收率为90%或更高。食物可以影响四环素类药物的吸收，但强力霉素和米诺环素除外。含有铝、钙和镁的抗酸剂或含铁制剂会减少四环素类药物的吸收。土霉素和四环素的血浆半衰期约为8h。二甲基胺13h；多环素和米诺环素需要16 ~ 20小时。

四环素类药物可以渗透到大多数组织和体液中，但在脑脊液中的水平达不到可靠的治疗浓度。米诺环素是一种四环素，由于脂溶性高，可进入泪液和唾液，浓度高到足以消除脑膜炎球菌的携带状态。除多西环素外，所有四环素类药物主要通过肾小球滤过从尿中排出，肾功能不全时血药浓度会升高。多环素主要通过粪便排泄。所有四环素类药物都有一部分从胆汁中排出，所以在胆道中的浓度较高，所以可以部分重吸收。

四环素和土霉素口服容易吸收，但不完全吸收。四环素吸收优于土霉素，其血药浓度可在2 ~ 4小时内达到峰值，t1/2约为8.5h，而土霉素血药浓度较低，t1/2为9.6h。因为四环素可以与多价阳离子如Mg2、Ca2、Al3和Fe2络合，所以含有这些离子的药物和食物会阻碍其吸收。饭后盐酸四环素的血药浓度比空腹时降低50%左右。铁可使四环素的吸收率降低40% ~ 90%。如果两种药物需要一起使用，服用时间应间隔3小时。胃液酸度高时，药物溶解完全，吸收好。此外，四环素和土霉素的吸收是有限的。当剂量超过0.5g时，血药浓度并不随剂量增加而增加，只是增加了在粪便中的排泄量。

吸收后广泛分布于各种组织中，可沉积于骨骼和牙齿组织中。它们与血浆蛋白的结合率为20% ~ 30%，所以四环素很容易渗透到胸腔、腹腔、胎儿循环和乳汁中，但不容易透过血脑屏障。脑脊液中的药物浓度一般只有血药浓度的1/10。四环素和土霉素主要以原形经肾小球滤过排出，故尿药浓度高，有利于尿路感染的治疗。口服土霉素排泄迅速、完全，排泄量可达60% ~ 70%。四环素排泄较少，在20%-30%之间。这些药物经肝脏浓缩后排入胆汁，形成肠肝循环。胆汁中的药物浓度是血液中的10 ~ 20倍。

多环素是脂溶性的，所以口服吸收快而完全，分布于全身，在脑脊液中的浓度也高。多西环素的吸收不受食物影响。大部分药物通过胆汁排入肠道并可被再吸收，也可通过肾小管被再吸收。因此t1/2长达20小时，有效血药浓度可维持24小时以上。一般细菌感染一天治疗一次即可。药物的一小部分从肾脏排出。结合或络合的无活性代谢产物大多由粪便排泄，故对肠道菌群无影响，肾功能不全时仍可使用。

(4)耐药性

细菌对四环素类抗生素的耐药机制主要有两种：一种是质粒介导或转座子介导的外排泵系统；质粒或转座子编码的核糖体保护因子的表达。大肠杆菌等肠杆菌科细菌的耐药性主要是由耐药质粒介导的，耐药质粒可以转移和诱导其他敏感细菌产生耐药性。具有耐药质粒的细菌的细胞膜减少或泵出四环素类药物。另一种耐药机制是核糖体保护，早在链球菌时就发现了。具有核糖体保护基因的细菌对四环素、米诺环素和多西环素具有中度抗性。目前，在革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌中已鉴定出8种类型的核糖体保护基因(包括otrA，最早发现于产土霉素的白屈菜链霉菌)。最近，还发现了链霉菌和分枝杆菌的临床分离株。核糖体保护蛋白与较早发现的TetM有约40%的氨基酸序列同源性。根据氨基酸序列，核糖体保护蛋白可分为四类：TetM、TetO和tets(第一类)；OtrA和TetB(P)(类)；TetQ和TetT(类)；TetU(一种独特的蛋白质，首先在粪肠球菌中发现，与核糖体保护蛋白家族的其他成员具有20%的氨基酸同一性)。该家族基因序列的相似性有利于开发类型特异性聚合酶链反应(PCR)引物。所有核糖体保护蛋白在N末端都有一个与延伸因子EF-G和EF-Tu同源的G区。四环素作用于EF-Tu，促使氨酰trna进入A位阶段。TetM不能与四环素竞争结合到A位，但促进结合的四环素移位，使游离四环素在37的半衰期从70s缩短到5s。抗生素的完全释放需要GTP水解，尚不清楚TetM是单独作用还是与EF-G一起促进四环素的释放。在含有TetM或TetO的细胞中，当暴露于亚抑制浓度的过量四环素时，四环素的MIC增加。TetM或TetO的表达在转录水平受到调节，这不同于四环素(作用不确定),也与tetQ的转移有关。几乎所有的拟杆菌属细菌(80% ~ 90%)都对四环素耐药，其中大部分含有tetQ基因。一些耐四环素的解脲脲原体具有tetM相关的决定簇。其他厌氧菌(弯曲杆菌)具有TetO或TetQ抗性决定簇。产气荚膜梭菌通过核糖体保护(tetB(P)或tetM)和外排泵(tetA(P)，tetK，tetL)对四环素具有抗性。核糖体保护的耐药性决定簇通常与可移动的遗传因子结合，并可能来自产生四环素的细菌。核糖体保护的蛋白质类似于参与蛋白质合成的内源酶。同源重组引起的进化产生了嵌入的tetM基因。在革兰氏阴性菌中，MiaA和rpsL突变降低了TetM或TetO介导的四环素抗性水平，miaA修饰了tRNA反密码子第37位的腺苷酸。RpsL编码30S亚基的S12蛋白。这两个突变影响反密码子和密码子之间的相互作用。改造后的tRNA堆叠良好，加强了与密码子的结合，而S12蛋白间接稳定了氨基酸-tRNA？通过与16SRNA接触位于位置A。Ef-Tu？GTP .上述结果与四环素类药物的作用机制一致，表明核糖体保护蛋白的作用位点接近或位于核糖体上的延伸因子结合位点。

质粒介导或细菌细胞膜通透性降低，耐药发生缓慢，相似品种可出现交叉耐药。四环素类杆菌具有tetX基因，该基因编码一种44kDa的NADPH依赖性酶，并通过氧化使四环素失活。在肠杆菌属(也携带erm)的两个密切相关的转座子上发现了TetX。TetX只在厌氧条件下起作用，但在肠杆菌中不起作用。外排泵和通透性的改变四环素与核糖体结合，阻止tRNA与核糖体结合，抑制细菌生长。tetM和tetO基因是肺炎链球菌的四环素耐药基因，TetM位于转座子Tn1545和Tn5251中。Tetm和Tet基因编码的蛋白质的TetO磷酸鸟苷能从核糖体上释放四环素，导致细菌产生耐药性。抗生素的主动外排耐药机制分别由Ball和McMurry在1980年研究大肠杆菌对四环素的耐药性时发现。细胞外排系统是一个主动的能量消耗过程，能量来源是质子动力(PMF)。PCR分析表明tetM和tetO是四环素抗性基因。最近关于四环素耐药的研究也表明，tetK基因只对四环素耐药，对米诺环素敏感，而tetM基因对所有四环素类药物耐药。TetK基因常见于MSSA分离株，而tetM基因常见于MRSA分离株。体外试验表明，所有携带tetM基因的菌株对四环素和甲氧西林耐药，而同时携带tetK基因和tetM基因的菌株的MIC值高于仅携带一个基因的菌株。一项研究表明，如果四环素外排蛋白TetB的8位跨膜螺旋上的Gly-247被天冬氨酸或天冬酰胺取代，就会失去对四环素的耐药性。

克服抗药性问题。

为了克服其耐药性，人们进行了以下探索。(1)天然产物的筛选：从dactylosporangium的发酵液中分离出4种dactylocycline，均为6位带糖的四环素，仅对耐四环素的革兰氏阳性菌有作用，但脱糖后的苷元对四环素仍有交叉抗性。(2)结构修饰寻找半合成四环素。发现了在四环素的9位连接有二甲基甘氨酰四环素基团的甘氨酰四环素。DMG米诺和DMG二甲双胍对耐药菌的作用源于核糖体保护和外排机制，动物实验也显示了良好的疗效。叔甘氨酰二甲胺四环素(TBG米诺，GRA-936)对临床上重要的致病菌(包括耐四环素、糖肽和氟喹诺酮的革兰氏阳性菌)具有广泛的活性。其抗MRSA、PRSP和VRE效果优于万古霉素、辛耐多和利奈唑胺，在0.12g/ml的低浓度下可抑制四环素的高度。良好的口服吸收，T1/2可达36小时。现在很少使用传统的筛选方法。各国学者致力于将随机的经典筛查转变为目标明确的理性筛查，利用抗生素作用机制、耐药原理、分子药理学和病理学等新成果创建新的筛查模型，利用高科技建立自动化、快速、高通量的筛查程序。相信在不久的将来，通过基因工程、细胞工程等技术构建工程菌株，利用计算机辅助设计和组合化学，将有可能获得新的化合物。重要病原菌基因组的阐明将促进新型四环素类抗生素的开发。

(5)药物相互作用和不良反应

四环素是一种血络药物，能与二价和三价阳离子(如钙、铁、镁、铝等)形成不溶性络合物。)，从而减少吸收。碳酸氢钠可使胃液pH值升高，溶解度降低，吸收率降低，肾小管重吸收减少，排泄加快。结合H2受体阻滞剂，吸收减少。

四环素类药物的直接毒性作用大多是由于其药物刺激性、蛋白质合成抑制性和骨向性引起的。该类药物常用其盐酸盐，有刺激性，引起胃肠道反应，肌肉注射可产生局部炎症；口服四环素类抗生素后，当剂量过大或使用时间稍长时，容易引起动物消化功能障碍，引起肠炎、腹泻，形成双重感染。四环素类抗菌谱广，进入肠道后，敏感菌被抑制，而真菌、大肠杆菌、变形杆菌、铜绿假单胞菌、魏氏梭菌等不敏感或耐药菌趁机繁殖，造成肠道菌群紊乱，产生新的感染性病原体。为了防止消化功能障碍的发生，成年食草动物和反刍动物不宜口服。同时需要注意的是，大剂量或长期注射也会导致动物消化功能障碍。患家畜双重感染时，首先要重视真菌的危害，必要时用制霉菌素治疗。长期口服或静脉注射大剂量四环素类药物可损伤肝脏，导致肝脏脂肪增多和小脂肪变性。由于药物沉积在肝细胞线粒体中，干扰脂蛋白的合成和甘油三酯的输出，导致脂肪变性，甚至脂肪肝。四环素可以影响骨骼的生长，婴幼儿体内沉积的牙齿组织也可以穿透胎盘。与金属形成的络合物被人体吸收后会导致骨骼紊乱和生长停滞，可引起人的牙齿发黄和龋齿。四环素类药物菌可引起药物热、皮疹等。偶有血管神经性水肿、疱疹丘疹和轻度剥脱性皮炎、哮喘发作或休克样症状，去甲四环素也可引起光敏性皮炎；此外，长期使用四环素类药物还可能引起肠道内合成维生素B和维生素K的细菌受到抑制，导致维生素B2和K缺乏，从而引起舌炎、口角炎等维生素缺乏症。