β内酰胺类抗生素后效应的研究进展
【摘要】 目的：近年来，国内外对β内酰胺类抗生素的后效应进行大量的探索和研究，抗生素后效应已经成为评价新抗生素药效动力学的重要参数之一，并为临床设计更加合理的给药方案提供了新思路。本文综合国内外相关文献，就抗生素后效应的概念、产生机制、特点及对临床用药的意义作一综述。
【关键词】 β内酰胺类抗生素；PAE；PASME；PLIE
β内酰胺类抗生素(βlactam antibiotics)是指化学结构中含β内酰胺环的一类抗生素。包括青霉素类、头孢菌素类、单环β内酰胺类、碳青酶烯类及β内酰胺类抗生素与β内酰胺酶抑制剂的复合制剂等。由于该类抗生素品种繁多、抗菌活性强、抗菌谱广、安全性好，一直在临床上广泛应用，也是医药界新抗菌药开发的重要领域。目前，抗生素临床给药的方案确立主要依赖于药代动力学和药效动力学参数，其中抗生素的后效应是其中重要的参数之一。随着人们对抗生素后效应研究的不断深入，制定给药方案也变得更加科学和合理。
1有关抗生素后效应的概念
抗生素后效应(post antibiotic effect,PAE)早在1946年即被Parker等发现，但始终未引起重视，直到1977年，McDonald等才提出了PAE这个概念[1]。PAE是指细菌与抗生素短暂接触后，当抗菌药物被清除后，细菌生长仍然受到持续抑制的效应，它是抗生素对致病微生物所特有的效应。抗生素后亚抑菌浓度效应(post antibiotic subMIC effect, PASME)最早由Ingle等人提出的[2]，PASME是指细菌与超抑菌浓度的抗生素接触后, 消除抗生素, 使细菌再次与亚抑菌浓度药物接触，其生长受到长时间延迟的效应[2,3]。抗菌药物在亚抑菌浓度时的效应(subM IC effect, SME)与PASME不同，SME是指细菌暴露在亚抑菌浓度下，生长受到抑制的效应[4]。SME常作为PASME的对照，以比较两者结果的差异，从而观察暴露于高浓度药物后，细菌生长所受的影响。抗生素后白细胞活性增强效应(post antibiotic Leukocyte enhancement,PALE)由McDonald等人于1981年提出的，PALE指在一些抗生素的作用后，白细胞吞噬活性或胞内杀菌作用表现出明显增强的现象，这可以看作是另一种形式的抗生素后效应，表型是PAE延长[5,6]。Gerber[7]观察到处于PAE期的细菌在股部患中性粒细胞减少症模型中未能被杀死，而在未患中性粒细胞减少症的对照组动物中被杀灭的速率很快，从而证明了在体内存在PALE。β内酰胺酶抑制剂后效应(post βlactamase inhibitor effect,PLIE)是指细菌与β内酰胺抗生素/β内酰胺酶抑制剂复方制剂短暂接触后，只去除β内酰胺酶抑制剂，细菌生长受到持续抑制的效应。PLIE是在1992年由Thorburn CE等首次提出[8]，随后不断地得到了证实[9,10,11,12,13]。这些理论的提出对评价抗菌药物的药效学和临床制定给药方案提供了重要依据。
2β内酰胺类抗生素后效应产生机制
关于β内酰胺类抗生素产生PAE的机制至今还不十分明确。β内酰胺类抗生素能够与细菌细胞膜上的青霉素结合蛋白(PBPs)共价结合，破坏细胞壁的合成，导致细菌形成无细胞壁的环状体，PAE就代表了细菌再合成细胞壁所需的时间，即细菌再合成新的PBPs所需的时间[14]；另一种可能是抗生素与细菌细胞靶酶分子结合后，抗生素从细菌靶位解离及酶恢复活性所需的时间[3]；此外，抗生素后促白细胞效应(PALE)也是产生体内PAE的重要机制之一，细菌与高浓度的抗生素接触后，菌体发生变形，更易为吞噬细胞识别，产生抗生素与白细胞的协同效应，使细菌恢复再生长的时间延长[15]。有关β内酰胺类抗生素的PASME机制认为，当细菌暴露于超抑菌浓度的药物时, 药物与菌体的PBPs共价结合, 在药物消除后, 大部分的PBPs仍处于钝化状态, 此时只需少量药物即可与新合成的PBPs结合, 使细菌的生长被持续抑制[16]。在人体中, 血清与组织中的药物浓度均为缓慢下降, 故在2次给药间隔期间细菌即有机会接触超抑菌或亚抑菌浓度的药物, 而亚抑菌浓度的药物足以改变细菌代谢、细菌胞壁结构及细菌的形态, 以至影响细菌对上皮细胞的吸附力[17], 从而降低其致病力, 且使细菌更易于被巨噬细胞吞噬, 故在较长的给药间歇期间,PASME和宿主强大的免疫功能对抑制细菌生长起着重要作用[18]。PLIE可能的机制是β内酰胺酶被酶抑制剂抑制后，细菌重新产生足够新酶以水解β内酰胺类抗生素的时间，或是细菌潴留的酶抑制剂消耗完的时间[13]；还有可能就是β内酰胺类抗生素与β内酰胺酶抑制剂有协同作用，即β内酰胺类抗生素可使β内酰胺酶抑制剂更容易的进入细菌细胞的周浆间隙，而周浆间隙恰是部分革兰阴性菌产生β内酰胺酶的主要部位[11]；现有的研究表明，PLIE产生可能还与细菌的生长速率、细菌的产酶量及β内酰胺酶的类型等有关[9,12]。
3β内酰胺类抗生素后效应的特点
多数β内酰胺类抗生素对G+球菌显示较长的PAE，但对G杆菌却产生很短甚至负值PAE，G-杆菌PAE短原因可能是G-杆菌可迅速合成PBPs，恢复正常生长；PAE呈负值原因是β内酰胺类抗生素与G-杆菌接触后，形成了包含数十个菌体的丝状体，药物被清除后，丝状体分裂成多个细菌，较无药对照组恢复再生长快，因而产生了负值的PAE[19]。而碳青霉烯类的PAE较长，且有明显的浓度依赖性。亚胺培南/西司他丁(泰能)对常见致病菌金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌能产生0.6～3.2h的PAE，随着药物浓度增加及接触时间延长，PAE可延长，但有极限值，于10～20倍MIC接触2h达最大值[20]。β内酰胺类抗生素对常见致病菌的体外PAE见表1。表1β内酰胺类抗生素对常见致病菌的体外PAE(h)注：‘-’表示没有资料 由于抗生素大量应用和滥用，临床上产β内酰胺酶细菌不断增多，细菌对β内酰胺类抗生素的耐药性日趋严重，解决办法之一就是将β内酰胺类抗生素与β内酰胺酶抑制剂组成复方制剂，两者有协同抗菌作用。近十来年以来，随着β内酰胺类抗生素/β内酰胺酶抑制剂复方制剂的广泛使用，人们又开始研究β内酰胺类抗生素/β内酰胺酶抑制剂复方制剂对产酶β内酰胺酶致病菌的PAE，有关研究结果见表2。表2β内酰胺类抗生素/β内酰胺酶抑制剂复合制剂对产β内酰胺酶菌体外
大量研究发现，PASME显著大于PAE, PASME的存在表明, 在抗菌后效应期细菌对药物的敏感性提高, 即使再接触亚抑菌浓度的药物, 仍能显著抑制细菌的生长。表3列出几种β内酰胺类抗生素对一些致病菌的PAE与PASME结果。
目前，国内外对PLIE的研究才刚开始，自Thorburn CE等首次提出这个概念以来，也只有几篇文献报道，国内只有一篇报道，具体结果见表4。研究中发现复方制剂对不同产酶菌的PLIE长短不一，对同种产酶菌的PLIE也各有不同，可能与细菌种类、细菌的生长速率、细菌的产酶量及产β-内酰胺酶的类型等有关，但PLIE一般都较对应的PAE长。表3β内酰胺类抗生素对几种常见致病菌的PAE与PASME比较
药物细菌PAEPLIE阿莫西林/克拉维酸肺炎克雷伯杆菌0～0.770～5大肠埃希菌0.78～0.870.38～1.56金黄色葡萄球菌0.69～2.553.28～4.90流感嗜血杆菌1.670～15头孢他啶/舒巴坦肺炎克雷伯杆菌0.79～0.920.67～3.97大肠埃希菌0.28～0.740.65～5.3头孢哌酮/克拉维酸肺炎克雷伯杆菌0.190.73大肠埃希菌0.023.62头孢哌酮/舒巴坦肺炎克雷伯杆菌-0.595.37大肠埃希菌0.05＞5头孢哌酮/他唑巴坦肺炎克雷伯杆菌0.211.83哌拉西林/克拉维酸肺炎克雷伯杆菌-0.413.27哌拉西林/舒巴坦肺炎克雷伯杆菌-0.370.34哌拉西林/他唑巴坦肺炎克雷伯杆菌-0.251.06
4β内酰胺类抗生素后效应在临床用药上的意义
长期以来,人们把抗生素的最低抑菌浓度(MIC)和最低杀菌浓度(MBC)等作为抗生素药效学的常用指标,认为抗生素必须达到并维持有效血药浓度才能发挥良好的抗菌作用[21]。随着国内外对PAE的研究逐渐深入，人们开始认识到，细菌与抗生素短暂接触，达到抑菌和杀菌的作用浓度,当药物消除，抗生素药物血浓度低于MIC或MBC后，细菌生长仍受到持续抑制。因此，免疫功能正常者发生感染时，血药浓度并没有必要始终维持在MIC或MBC之上，所以在确定给药间隔时，可根据血药浓度超过MIC或MBC的时间加上PAE的持续时间来确定，即可延长给药间隔时间[22]。因此，临床上常用大剂量、长间隔给药，能迅速杀灭细菌，延长细菌抑制状态，从而达到或优于连续给药的效果。在治疗敏感金黄色葡萄球菌感染给药总量相等时，1日1次与1日2次给药法效果相似，但1日1次给药减少了给药次数及不良反应发生的机会，同时也可降低医疗费用[23]。治疗链球菌性咽炎时，采用口服阿莫西林(750mg,1次/d )与青霉素V(250mg,3次/d)，疗程均为10d，两者疗效没有明显差异[24]。头孢曲松的半衰期为8.3h,在有效剂量范围内可维持有效杀菌浓度24h,对其中度和高度敏感菌所致的各种一般和严重感染,每日1 次给药(1～2g)即可达治疗浓度，且每日1g或2g的疗效无明显差异[25]。头孢克肟的半衰期为3～4h，国外的一项多中心监测治疗显示[25],应用本品治疗6361例患有急性中耳炎、急性鼻窦炎、急性支气管炎、肺炎和尿道感染等,临床总有效率达97.1%,细菌清除率达84%～90%,其中每日总量不变的情况下，1次比分2次给药的临床疗效更佳。
实际上，PASME比PAE更符合体内的情况，当药物进入人体后，随着时间的延长，其血药浓度会逐渐低于MIC，而亚抑菌浓度对细菌的作用足以改变其代谢、影响细胞壁的结构、降低对上皮细胞的吸附能力，可继续发挥杀菌作用。研究发现, β内酰胺类抗生素对革兰阴性菌的PAE效应虽然较短，但PASME持续时间较长，有利于抑菌效应的发挥。Odenholt等[26]发现，处于PAE期的细菌再与0.2、0.3MIC药物浓度作用，细菌生长可被抑制达6～7h。因此，青霉素G用于一般感染治疗时，先用640万U于1h内静脉滴注，8～12h后再肌内注射40万U，可以达到较好的治疗效果[27]，即先给一个大剂量4h达到杀菌作用，未被杀灭的细菌在亚抑菌浓度下受到较长时间抑制，次日，当细菌再次进入，再给予一次大剂量冲击。β内酰胺类抗生素/β内酰胺酶抑制剂复方制剂在进入人体后，两者的血药浓度都逐渐在下降，在亚抑菌浓度下仍然有较好的抗菌活性，PASME可解释此现象。某些β内酰胺类抗生素如头孢曲松，其半衰期达8h以上，与β内酰胺酶抑制剂复合应用时，当酶抑制剂的血清浓度下降到有效抗菌浓度，甚至清除完全时，仍能保持有效，PLIE无疑起到重要作用。Strayer[28]等在动物感染模型中发现，哌拉西林与他唑巴坦复合给药，他唑巴坦的血药浓度在给药后的2～3h已低于有效的MIC，但仍然保持着抗菌活性；Aguilar等[29]在体外模拟体内血清的克拉维酸浓度，用阿莫西林/克拉维酸与金黄色葡萄球菌接触8h后，虽然克拉维酸的浓度已接近0，但金黄色葡萄球菌的β内酰胺酶活性仍然很低而继续保持着抗菌作用。由于β内酰胺酶抑制剂的作用，使β内酰胺类抗生素对一些产酶菌株有了较长的PAE和PASME，同时也产生了PLIE，为维持和加强β内酰胺类抗生素的抗菌作用起到积极作用。