Imipenem

抗菌药物耐药性（AMR）是全球临床诊疗面临的重大难题，2017-2025 年新获批的抗生素为耐药菌感染治疗带来新希望，但其耐药机制的快速出现又给临床用药带来新挑战。2026 年 1 月 13 日，意大利帕多瓦大学分子医学系的 M. Sartori、S. Toppo 与 E. Lavezzo 教授在《Frontiers in Microbiology》（微生物学前沿）发表了题为《Molecular resistance mechanisms to newly approved antibiotics (2017–2025) in WHO priority pathogens》的综述，系统梳理了 WHO 优先致病菌对 2017-2025 年新获批 15 种抗生素的分子耐药机制，为临床合理选用抗菌药物、防控耐药菌传播提供了核心的科研与临床参考依据。 抗菌药物耐药性（AMR）的持续加剧对全球公共卫生构成严重威胁，使得曾经有效的治疗方案失效。为应对这一问题，近年来多款新型抗生素被研发出来。本综述系统总结了世界卫生组织（WHO）优先致病菌针对 2017-2025 年获批的 15 种新抗生素已产生的分子耐药机制，这些抗生素包括 β- 内酰胺类 /β- 内酰胺酶抑制剂（头孢德罗、头孢他啶 - 阿维巴坦、美罗培南 - 硼替巴坦）、四环素衍生物（艾拉环素、奥马环素）、截短侧耳素类（莱法莫林）、氨基糖苷类（普拉佐米星）以及氟喹诺酮类（德拉沙星）。 我们详细阐述了致病菌通过四种主要策略抵御这些终极治疗药物的作用机制：酶灭活作用（如肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（KPC）、新德里金属 β- 内酰胺酶（NDM）、苯唑西林酶 - 48（OXA-48）和四环素酶（Tet）X 亚型的作用）、外排泵过表达（如 AdeABC 外排泵、AcrAB-TolC 外排泵、MexAB-OprM 外排泵）、靶位修饰（如青霉素结合蛋白 3（PBP3）、RNA 聚合酶 β 亚基（RpoB）、核糖体蛋白 L3 的突变以及喹诺酮耐药决定区（QRDR）突变）和膜通透性降低。 有证据一致表明，耐药性的出现速度极快，且往往是致病菌利用已有的遗传通路对新的化学结构产生耐药性。本分析凸显了抗菌药物研发中一个矛盾的现实：新治疗药物的问世，同时会筛选并催生新的耐药机制。因此，要维持这些关键药物的疗效，就需要采取多方面、全球协同的 “同一健康” 策略。最后，我们探讨了日益复杂的 AMR 机制如何推动对先进诊断工具的需求，并分析了生物信息学和人工智能在预测耐药性、填补知识空白方面的关键作用。引言 抗菌药物耐药性（AMR）在全球范围内的蔓延对公共卫生构成重大威胁，降低了现有抗生素的疗效，也让常见感染和严重感染的治疗难度不断增加（Naghavi 等，2024 年）。 为应对这一挑战，世界卫生组织（WHO）制定了致病菌优先名单，根据传播性、死亡率、流行率、有效治疗方案的可获得性以及未来的传播潜力等因素，将致病菌分为极危、高危和中危三个等级（WHO，2024 年）（表 1）。该名单的制定旨在明确哪些致病菌在 AMR 方面构成新兴威胁，并为制定新治疗策略的研发优先级提供指导。 同时，2017-2025 年间，美国食品药品监督管理局（FDA）和欧洲药品管理局（EMA）批准了多款可全身使用的新型抗生素，用于治疗耐药菌引发的感染（表 2）。然而，针对其中多种药物的耐药性已出现，这既体现了细菌致病菌极强的适应性，也反映出 AMR 发展的复杂性。 表 1 WHO2024 年更新的具有公共卫生重要性的细菌优先致病菌列表 极危组 高危组 中危组 碳青霉烯类耐药鲍曼不动杆菌 氟喹诺酮类耐药伤寒沙门氏菌 大环内酯类耐药 A 族链球菌 第三代头孢菌素耐药肠杆菌目细菌 氟喹诺酮类耐药志贺菌属 大环内酯类耐药肺炎链球菌 碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌 万古霉素耐药屎肠球菌 氨苄西林耐药流感嗜血杆菌 碳青霉烯类耐药铜绿假单胞菌 青霉素耐药 B 族链球菌 - 氟喹诺酮类耐药非伤寒沙门氏菌 - - 第三代头孢菌素和 / 或氟喹诺酮类耐药淋病奈瑟菌 - - 甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌 - - 本综述旨在系统总结 WHO 优先致病菌对 2017-2025 年获批的可全身使用新型抗生素的耐药机制。本研究仅纳入首次经 FDA 或 EMA 批准的抗生素，这一选择的依据是，有证据表明，源自美国或欧洲药企的新型抗生素，在地理分布上的可获得性远高于在其他地区首次获批的抗生素（Kållberg 等，2018 年）。 新型抗生素在全球的推广应用存在显著差异，这也意味着许多药物，尤其是在欧美以外地区研发的药物，从未获得广泛的国际注册批准。例如，首次在日本上市的抗生素，其应用范围鲜有超出亚洲的情况（Kållberg 等，2018 年）。由于本研究旨在基于临床应用情况，综述具有全球相关性的耐药机制，因此聚焦于经 FDA/EMA 批准的抗生素，能确保所选的药物分子在多个地区得到更广泛的传播和实际临床应用，从而最大限度地提升耐药性相关数据的相关性和普适性。 但我们也承认，这一选择排除了仅由其他监管机构批准的药物，而这些药物在当地的临床诊疗中可能仍具有重要意义。 本研究通过查阅每种抗生素的官方批准文件（PDF 药品说明书）确定 FDA 的批准信息，通过手动检索 EMA 药品数据库中相关时间段内的抗菌药物获取 EMA 的批准信息 ¹。为确保研究的完整性，本研究将上述数据与 WHO2017-2023 年抗菌药物研发管线报告以及《近 10 年获批的抗菌药物：从实验室到临床》综述（García-Castro 等，2023 年）进行交叉验证。 本研究未纳入仅由 FDA 和 EMA 以外的监管机构首次批准的抗生素（如拉舒沙星、左氧氟沙星萘啶酸、康替唑胺），也未纳入已退市的药物、老药的新剂型以及 2017 年前获批的抗生素，且未根据适应症类型（如孤儿药或小众适应症用药）设置其他筛选标准。本综述中纳入的抗生素完整列表见表 2。 为筛选出与这些抗生素相关的所有已发表分子耐药机制，我们在 PubMed 数据库中进行了结构化文献检索。针对每种药物，我们以 “抗生素耐药性 AND < 药物名称>” 为检索词，纳入所有报道了 WHO 优先致病菌中经实验验证的分子耐药决定因素的研究。 通过绘制新获批药物的耐药性图谱，本研究全面梳理了威胁这些药物疗效的各类挑战，为抗菌药物管理、监测和研发工作提供支持。此外，我们还探讨了这些详细的机制研究成果，如何凸显对下一代诊断工具的需求，并为其研发提供思路，包括利用生物信息学和人工智能技术的诊断工具。 本综述按抗生素类别进行阐述，针对每类抗生素，首先简要介绍其作用机制和通用耐药机制，随后为每种具体药物设立独立章节，全面详细地阐述在 WHO 优先致病菌中发现的分子耐药机制。 文章的阐述顺序遵循合理的逻辑，先介绍新型 β- 内酰胺类复方制剂和单药（包括 β- 内酰胺类 /β- 内酰胺酶抑制剂以及铁载体头孢菌素类药物头孢德罗），再依次介绍新型四环素类、截短侧耳素类、氨基糖苷类、氟喹诺酮类抗生素，以及新型三氮杂苊类抗生素，同时也纳入了用于治疗结核病的硝基咪唑类药物普托马尼。 最后，我们对研究结果进行总结，探讨其对公共卫生和未来抗生素研发的整体意义，并分析先进计算方法在对抗 AMR 这场持续战役中的作用。 由于本综述中纳入的抗生素均在 2017-2025 年间获批，因此关于特定耐药机制流行率的定量数据仍极为有限。对于大多数药物而言，已发表的相关证据仅来自样本量极小的监测队列、个别临床病例报道、体外研究或实验进化模型。 因此，目前尚无法可靠评估临床人群中各类分子机制（如特定的 PBP 突变、β- 内酰胺酶亚型或外排泵相关改变）的发生频率。基于此，本综述重点记录迄今为止已发现的分子和遗传耐药机制，同时明确指出，对于大多数新获批的抗生素，其相关耐药机制目前的流行率和临床影响尚无法进行可靠的量化分析。随着药物上市后临床应用的不断推广，以及更大规模监测数据集的积累，未来有望获得更准确的流行率评估结果。β- 内酰胺类抗生素概述 β- 内酰胺类抗生素是一类广谱抗生素，其化学结构中均含有 β- 内酰胺环。该类抗生素包括青霉素类、头孢菌素类、碳青霉烯类和单环 β- 内酰胺类，是目前临床应用最广泛、最重要的抗菌药物之一（见表 3）。作用机制 β- 内酰胺类抗生素能选择性、不可逆地抑制青霉素结合蛋白（PBPs）的转肽酶活性，而青霉素结合蛋白是细菌细胞壁合成过程中肽聚糖交联最后一步的关键酶。 转肽酶活性可催化肽聚糖聚合物之间交联键（如五甘氨酸桥）的形成，这一过程是构建三维细菌细胞壁、维持细菌细胞形态的关键。青霉素结合蛋白是一类酶家族，不同细菌物种中其功能存在差异，且目前尚未被完全阐明。 由于 β- 内酰胺类抗生素与青霉素结合蛋白的天然底物（肽聚糖肽茎的 D - 丙氨酰 - D - 丙氨酸末端）具有结构相似性，因此能与青霉素结合蛋白的活性位点发生酰化反应，阻断细胞壁的合成，最终通过细胞裂解导致细菌死亡。通用耐药机制 细菌对 β- 内酰胺类抗生素的耐药性可分为固有耐药性和获得性耐药性。革兰氏阴性菌的固有耐药性通常源于外膜构成的通透性屏障，而获得性耐药性则通过多种机制产生，包括：（1）孔蛋白的大小和数量发生改变，导致膜通透性降低；（2）外排泵介导的药物外排作用增强；（3）靶位修饰或过度表达，如获得替代性的低亲和力青霉素结合蛋白，或现有青霉素结合蛋白发生突变，降低药物结合能力；（4）β- 内酰胺酶介导的酶灭活作用，该酶可水解 β- 内酰胺环，使药物失活。 为对抗后一种耐药机制，β- 内酰胺类抗生素常与 β- 内酰胺酶抑制剂联合使用，β- 内酰胺酶抑制剂作为 “自杀性底物”，能不可逆地灭活细菌产生的 β- 内酰胺酶。 表 3 β- 内酰胺类抗生素的作用机制与耐药机制 表格 作用机制 耐药机制 抑制青霉素结合蛋白的转肽酶活性，阻断肽聚糖交联和细胞壁合成，最终导致细胞裂解 膜通透性降低（固有外膜屏障或孔蛋白缺失）；β- 内酰胺酶介导的酶灭活作用（可通过 β- 内酰胺酶抑制剂拮抗）；外排泵过表达；青霉素结合蛋白突变或获得低亲和力青霉素结合蛋白氨曲南 - 阿维巴坦概述 氨曲南 - 阿维巴坦是一种复方抗生素，用于治疗多重耐药革兰氏阴性菌引发的感染。该制剂由单环 β- 内酰胺类抗生素氨曲南与 β- 内酰胺酶抑制剂阿维巴坦组成。氨曲南对金属 β- 内酰胺酶（MBLs）介导的水解作用具有固有稳定性，但其临床应用因对超广谱 β- 内酰胺酶（ESBLs）和头孢菌素酶（AmpC）敏感而受限。 阿维巴坦可通过抑制 A 类、C 类和部分 D 类 β- 内酰胺酶，与氨曲南形成互补作用，从而恢复氨曲南对同时产金属 β- 内酰胺酶和其他 β- 内酰胺酶的细菌菌株的抗菌活性（Ehmann 等，2013 年）。该复方制剂在治疗碳青霉烯类耐药肠杆菌目（CRE）细菌（包括肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌）以及其他耐药革兰氏阴性致病菌引发的感染中具有重要意义（Chen 等，2022 年）。临床应用 氨曲南 - 阿维巴坦适用于治疗复杂尿路感染（cUTIs）、复杂腹腔内感染（cIAIs）、医院获得性细菌性肺炎（HABP）[包括呼吸机相关性细菌性肺炎（VABP）] 以及多重耐药菌引发的血流感染，是治疗选择极其有限时的重要用药方案。耐药机制 目前已发现，细菌针对氨曲南 - 阿维巴坦的耐药性可通过 β- 内酰胺类抗生素的四种经典耐药策略产生。外膜通透性降低 孔蛋白相关突变是肠杆菌目细菌和铜绿假单胞菌中常见的耐药机制。在大肠埃希菌中，外膜蛋白 C（OmpC）和外膜蛋白 F（OmpF）的改变会降低药物的摄取效率；在肺炎克雷伯菌中，耐药性与外膜蛋白 K35（OmpK35）和外膜蛋白 K36（OmpK36）的缺失或修饰相关，尤其是在同时产肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（KPC）或 CMY 型 β- 内酰胺酶的菌株中（Yu 等，2022 年；Tellapragada 等，2024 年）。在铜绿假单胞菌中，药物敏感性降低与孔蛋白 D（OprD）的缺失相关，该孔蛋白是 β- 内酰胺类抗生素和其他小分子物质进入细菌细胞的重要通道（González-Pinto 等，2024 年）。外排泵表达增强 大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌中 AcrAB-TolC 外排泵的过表达，会促进氨曲南的主动外排，当与孔蛋白介导的药物摄取减少同时存在时，这种作用会进一步增强（Yu 等，2022 年；Tellapragada 等，2024 年）。在铜绿假单胞菌中，MexAB-OprM 外排泵发挥类似作用，可外排 β- 内酰胺类抗生素和其他抗生素，从而增强细菌的多重耐药性（González-Pinto 等，2024 年）。靶位修饰 氨曲南的主要作用靶位青霉素结合蛋白 3（PBP3）的改变，已在大肠埃希菌中被证实。青霉素结合蛋白 3 上出现特征性的四氨基酸插入突变（酪氨酸 - 精氨酸 - 异亮氨酸 - 天冬酰胺或酪氨酸 - 精氨酸 - 异亮氨酸 - 赖氨酸），会降低其与氨曲南的结合亲和力，削弱氨曲南的杀菌活性（Tellapragada 等，2024 年；Le Terrier 等，2024 年；Helsens 等，2024 年；Long 等，2025b 年；Bakthavatchalam 等，2023 年；马和宗，2022 年；Le Terrier 等，2023 年；Mendes 等，2021 年），且该机制常与 β- 内酰胺酶的产生协同作用，进一步增强耐药性（马等，2020 年）。酶灭活作用 β- 内酰胺酶的产生仍是氨曲南 - 阿维巴坦面临的最主要耐药威胁。潜在的其他耐药机制 除经典耐药通路外，有新证据表明存在新型耐药决定因素。例如，铜绿假单胞菌 PA4292 基因的突变会导致绿脓菌素的产生增加，而绿脓菌素可能间接促进细菌对 β- 内酰胺类抗生素的耐药性，这也提示可能存在尚未被阐明的耐药通路（Zhao 等，2022 年）。头孢吡肟 - 恩美他唑巴坦概述 头孢吡肟 - 恩美他唑巴坦由第四代头孢菌素头孢吡肟与新型 β- 内酰胺酶抑制剂恩美他唑巴坦组成，恩美他唑巴坦在结构上与他唑巴坦相关，但对超广谱 β- 内酰胺酶的抑制活性更强。恩美他唑巴坦的加入，恢复了头孢吡肟对产超广谱 β- 内酰胺酶肠杆菌目细菌的抗菌活性，为多重耐药（MDR）革兰氏阴性菌感染的治疗拓展了选择（Bhowmick 等，2025 年）。临床应用 头孢吡肟 - 恩美他唑巴坦获批用于治疗医院获得性细菌性肺炎、复杂尿路感染和复杂腹腔内感染（Bhowmick 等，2025 年）。耐药机制 迄今为止，细菌针对头孢吡肟 - 恩美他唑巴坦的特异性耐药机制尚未被完全阐明，现有研究数据大多仅描述了药物疗效的降低，而非明确的分子作用通路，目前发现产碳青霉烯酶的菌株是导致药物活性降低的主要因素。肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶和金属 β- 内酰胺酶 携带肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶或金属 β- 内酰胺酶的肠杆菌目细菌对头孢吡肟 - 恩美他唑巴坦的敏感性显著降低，这提示恩美他唑巴坦无法有效抑制这类酶（Vázquez-Ucha 等，2022 年；Lee 等，2021 年；Blanco-Martín 等，2024 年；Morrissey 等，2024 年）。苯唑西林酶 - 48 型碳青霉烯酶 相关研究证据存在矛盾，部分欧洲研究表明，产苯唑西林酶 - 48 的肠杆菌目细菌对该复方制剂仍保持敏感性，但后续研究却在同类菌株中发现了耐药性（Vázquez-Ucha 等，2022 年；Morrissey 等，2024 年）。潜在的其他耐药机制 与其他近期获批的 β- 内酰胺类 /β- 内酰胺酶抑制剂复方制剂不同，目前尚未在头孢吡肟 - 恩美他唑巴坦中发现明确且一致的分子耐药机制（如孔蛋白缺失、外排泵作用、青霉素结合蛋白修饰）。未来需要开展更多的监测和机制研究，以明确细菌对该药物的耐药性是否会通过已知的 β- 内酰胺类抗生素耐药通路或新型机制产生。头孢比普概述 头孢比普是第五代头孢菌素，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有抗菌活性，尤其因对甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌（MRSA）有效而具有重要临床价值（Holland 等，2023 年）。临床应用 头孢比普获批用于治疗急性细菌性皮肤和皮肤结构感染（ABSSSI）、社区获得性细菌性肺炎（CABP）以及金黄色葡萄球菌菌血症（SAB）。耐药机制 尽管头孢比普总体抗菌效果良好，但目前已发现耐药菌株，尤其是在甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌中，粪肠球菌和杰氏棒状杆菌中也有相关报道（Lazzaro 等，2021 年；Lavollay 等，2024 年；Conti 等，2024 年），其主要耐药机制为青霉素结合蛋白的突变：青霉素结合蛋白 2a 突变 甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌的耐药性常与青霉素结合蛋白 2a 的改变相关。非洲分离的菌株中发现了三重突变（天冬酰胺 146 赖氨酸 - 天冬酰胺 204 赖氨酸 - 甘氨酸 246 谷氨酸），该突变可使菌株对头孢洛林和头孢比普均产生高水平耐药性（Schaumburg 等，2016 年）；而意大利分离的菌株中，青霉素结合蛋白 2a 的非青霉素结合域存在另一组突变（天冬酰胺 146 赖氨酸 - 天冬酰胺 204 赖氨酸 - 苏氨酸 235 异亮氨酸 - 谷氨酸 239 赖氨酸）（Morroni 等，2018 年；Bongiorno 等，2019 年；Mlynarczyk-Bonikowska 等，2022 年）。青霉素结合蛋白 4 突变 粪肠球菌和金黄色葡萄球菌中，青霉素结合蛋白 4 的错义突变和启动子突变均被证实会增强细菌对头孢比普和其他 β- 内酰胺类抗生素的耐药性（Lazzaro 等，2021 年；Greninger 等，2016 年；Hamilton 等，2017 年；Alexander 等，2018 年）。潜在的其他耐药机制 研究发现，甲氧西林耐药基因 A（mecA）、甲氧西林耐药基因 C（mecC）、鸟嘌呤合成基因 A（guaA）、鸟嘌呤合成基因 B（guaB）、严紧反应调控基因（relA）、RNA 聚合酶 α 亚基基因（rpoA）、燕麦酰胺基转移酶基因（oatA）也存在其他突变，同时 GdpP 蛋白也发生了改变。尽管这些突变的具体作用仍在研究中，但已证实其参与构成了复杂的耐药表型（Morroni 等，2018 年；Bongiorno 等，2019 年；Mlynarczyk-Bonikowska 等，2022 年；Zhu 等，2022 年）。舒巴坦 - 度洛巴坦概述 舒巴坦 - 度洛巴坦是一种新型抗菌复方制剂，专为治疗鲍曼不动杆菌引发的感染研发，尤其针对碳青霉烯类耐药菌株。舒巴坦是一种对鲍曼不动杆菌具有固有抗菌活性的 β- 内酰胺类抗生素，而度洛巴坦是一种丝氨酸 β- 内酰胺酶抑制剂，可通过抑制 A 类、C 类和部分 D 类 β- 内酰胺酶，恢复舒巴坦的抗菌活性（McLeod 等，2024 年）。临床应用 该复方制剂获批用于治疗 18 岁及以上成人由鲍曼不动杆菌 - 钙不动杆菌复合群（ABC）引发的医院获得性细菌性肺炎和呼吸机相关性细菌性肺炎（McLeod 等，2024 年）。耐药机制 目前已在鲍曼不动杆菌中发现多种针对该复方制剂的耐药通路：外排泵过表达 AdeIJK 操纵子的突变，尤其是编码 AdeIJK 外排泵膜融合蛋白的 adeJ 基因发生突变，会增强度洛巴坦的外排作用，从而降低其抑制效果（Principe 等，2022 年；Moussa 等，2023 年）。靶位修饰 青霉素结合蛋白 3 的氨基酸替换，尤其是活性位点附近的丙氨酸 515 缬氨酸突变和苏氨酸 526 丝氨酸突变，与药物敏感性降低相关（Iovleva 等，2024 年）。酶灭活作用 部分耐药菌株中，新德里金属 β- 内酰胺酶 1 的存在与最低抑菌浓度（MIC）显著升高（>32mg/L）相关（Principe 等，2022 年）。潜在的其他耐药机制 研究还发现青霉素结合蛋白 3 存在其他氨基酸替换，如谷氨酰胺 488 赖氨酸突变和酪氨酸 258 组氨酸突变，但其在耐药性中的作用尚未明确（Principe 等，2022 年；Moussa 等，2023 年）；此外，青霉素结合蛋白 1a、青霉素结合蛋白 1b 和青霉素结合蛋白 2 等其他青霉素结合蛋白的改变也可能参与耐药性的形成（Iovleva 等，2024 年；Findlay 等，2022 年）。头孢德罗概述 头孢德罗是铁载体头孢菌素类抗生素，专为治疗多重耐药革兰氏阴性菌引发的复杂感染研发。该药物作为 “特洛伊木马” 式抗生素，可通过螯合铁离子，利用细菌的铁摄取系统进入细菌细胞。 头孢德罗对青霉素结合蛋白 3 具有高亲和力，同时还能规避外排泵的作用，且对大多数 β- 内酰胺酶（包括金属 β- 内酰胺酶）介导的水解作用具有抗性，这些特性使其具有广谱抗菌活性。头孢德罗在体外对肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌、铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌和嗜麦芽窄食单胞菌等碳青霉烯类耐药致病菌均表现出强效抗菌活性。 值得注意的是，该药物对同时产丝氨酸 β- 内酰胺酶（如肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶、苯唑西林酶 - 48）和金属 β- 内酰胺酶（如新德里金属 β- 内酰胺酶、维罗纳整合子编码金属 β- 内酰胺酶（VIM）、亚胺培南酶（IMP））的菌株仍保持活性，是临床中重要的终极治疗选择（Russo 和 Serapide，2025 年）。临床应用 头孢德罗获批用于治疗复杂尿路感染、医院获得性细菌性肺炎、呼吸机相关性细菌性肺炎，以及其他治疗选择有限的需氧革兰氏阴性菌引发的严重感染（Russo 和 Serapide，2025 年）。耐药机制 细菌对头孢德罗的耐药性通过多种适应性策略产生，这与该药物同时依赖铁转运系统和发挥 β- 内酰胺类抗生素的作用机制相关。铁转运系统改变 由于头孢德罗依赖 TonB 依赖性铁载体受体进入细菌细胞，因此这些受体的突变或截短会降低药物的摄取效率。外膜通透性降低 孔蛋白、调控系统和能量维持通路的突变，会降低头孢德罗在细菌细胞内的浓度。外排泵过表达 铜绿假单胞菌中，ParRS 和 CpxRS 系统的激活会诱导外排机制，尤其是 MexAB-OprM 外排泵的过表达，该泵可将头孢德罗排出细胞；而孔蛋白 D 的缺失会进一步减少药物的进入（González-Pinto 等，2024 年；Sastre-Femenia 等，2025 年）。靶位修饰 鲍曼不动杆菌（Malik 等，2020 年；Stracquadanio 等，2024 年；Kriz 等，2024 年）、大肠埃希菌（Barker 等，2024 年；Simner 等，2023 年；Wang 等，2022 年；Haidar 等，2024 年；Rodríguez-Villodres 等，2024 年）和铜绿假单胞菌（Oliver 等，2025 年；Gomis-Font 等，2023 年；Kocer 等，2024 年）的耐药菌株中均发现了青霉素结合蛋白 3 的突变；肺炎克雷伯菌的耐药性则与青霉素结合蛋白 2 的改变相关（Castillo-Polo 等，2023 年），这些突变会阻碍药物与靶位的结合。酶灭活作用 β- 内酰胺酶和碳青霉烯酶仍是导致头孢德罗耐药的主要因素： 所有在耐药菌株中发现的 β- 内酰胺酶均见补充表 S1。亚胺培南 - 西司他丁 - 瑞来巴坦概述 亚胺培南 - 西司他丁 - 瑞来巴坦是三种药物组成的固定剂量复方制剂，旨在恢复碳青霉烯类抗生素对多重耐药革兰氏阴性菌的抗菌活性。亚胺培南是广谱碳青霉烯类抗生素，西司他丁是肾脱氢肽酶抑制剂，可防止亚胺培南在肾脏中被降解，瑞来巴坦则是新型二氮杂双环辛烷类 β- 内酰胺酶抑制剂。该复方制剂拓展了亚胺培南对碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌（尤其是肺炎克雷伯菌）和铜绿假单胞菌的抗菌谱。临床应用 该药物获批用于治疗复杂尿路感染、复杂腹腔内感染以及医院获得性细菌性肺炎 / 呼吸机相关性细菌性肺炎，主要用于治疗选择有限的碳青霉烯类耐药革兰氏阴性菌引发的感染（Heo，2021 年）。耐药机制 细菌对亚胺培南 - 西司他丁 - 瑞来巴坦的耐药性主要源于膜通透性改变、外排调控异常以及产生瑞来巴坦无法抑制的 β- 内酰胺酶。肺炎克雷伯菌 耐药性与外膜蛋白 K35 和外膜蛋白 K36 孔蛋白基因的缺失或联合突变密切相关，这两种孔蛋白是碳青霉烯类抗生素进入细菌细胞的主要外膜通道。这些突变会限制药物的进入，当与碳青霉烯酶（尤其是肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶亚型）的产生同时存在时，会导致菌株产生显著的耐药性（Boattini 等，2024 年；Palomba 等，2025 年；Gaibani 等，2022d 年）；此外，新德里金属 β- 内酰胺酶、苯唑西林酶类碳青霉烯酶和 CTX-M 型超广谱 β- 内酰胺酶等其他 β- 内酰胺酶也会介导耐药性的产生（Gaibani 等，2022d 年；Bedenić等，2023 年）。铜绿假单胞菌 ：耐药机制更为多样，主要由染色体突变介导。近期的基因组研究表明，编码亚胺培南作用靶位青霉素结合蛋白 3 的 ftsI 基因、MexAB-OprM 外排泵的负调控因子 nalD 基因，以及调控应激反应和铁摄取的 σ 因子 pvdS 基因的突变，在耐药菌株中富集（Rapsinski 等，2025 年）。这些改变共同作用，降低了抗生素与靶位的结合能力，增强了外排泵的活性，并使细菌的生理状态发生适应性改变，从而在药物压力下存活。美罗培南 - 硼替巴坦概述 美罗培南 - 硼替巴坦是碳青霉烯类抗生素与新型硼酸类 β- 内酰胺酶抑制剂组成的固定剂量复方制剂。硼替巴坦专为恢复美罗培南对碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌的活性研发，可抑制 A 类碳青霉烯酶（尤其是肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶），对部分 C 类 β- 内酰胺酶也有一定抑制作用，但对金属 β- 内酰胺酶（新德里金属 β- 内酰胺酶、维罗纳整合子编码金属 β- 内酰胺酶、亚胺培南酶）和苯唑西林酶类碳青霉烯酶无抑制活性，因此其抗菌谱相较于其他新型 β- 内酰胺类 /β- 内酰胺酶抑制剂复方制剂更窄。临床应用 该复方制剂获批用于治疗复杂尿路感染（包括肾盂肾炎）、复杂腹腔内感染以及医院获得性肺炎（包括呼吸机相关性肺炎），也可用于治疗选择有限的碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌引发的菌血症或其他感染。耐药机制 尽管加入了硼替巴坦，但细菌仍可通过多种机制产生耐药性，这些机制会阻碍抗生素的进入、增强药物外排或通过过量产生 β- 内酰胺酶使抑制剂的作用达到饱和。外膜通透性降低外排泵活性增强 外排系统的过表达会降低抗生素在细菌细胞内的浓度。肺炎克雷伯菌中，已发现 AcrAB-TolC 外排泵的过度产生以及该泵的调控因子 ramR 的突变（Başaran 和 Öksüz，2025 年；Satapoomin 等，2022 年）；铜绿假单胞菌的耐药菌株中，检测到 MexAB-OprM 外排泵系统调控因子的突变（González-Pinto 等，2024 年；Sastre-Femenia 等，2025 年）。酶灭活作用硝基咪唑类抗生素概述 硝基咪唑类抗生素是一类应用历史悠久的抗菌药物，20 世纪 50 年代末以甲硝唑为代表首次问世。该类药物最初为治疗阴道毛滴虫感染研发，后被发现具有广谱抗菌活性，如今仍广泛用于治疗厌氧菌感染，同时也可用于治疗原虫感染和部分分枝杆菌病（见表 4）。作用机制 硝基咪唑类抗生素为前药，需在厌氧或微需氧条件下被细菌细胞内激活。其硝基基团被微生物的硝基还原酶还原，生成短寿命的细胞毒性中间体（如硝基自由基阴离子），这些中间体会导致 DNA 链断裂和关键大分子损伤，最终引起细菌细胞死亡。尽管具体的分子作用过程尚未完全阐明，但核酸合成的破坏被认为是其核心作用机制（Jenks，2010 年）。耐药机制 由于硝基咪唑类抗生素的活性依赖于硝基基团在细胞内的还原，因此其耐药性通常源于药物激活相关的还原酶表达或活性降低。氧化还原酶基因的突变、电子传递通路的改变以及氧化应激反应的增强，均与耐药性相关。最终，耐药菌株的药物激活过程受损，细胞内毒性中间体的积累减少（Alauzet 等，2019 年）。 表 4 硝基咪唑类抗生素的作用机制与耐药机制 作用机制 耐药机制 为前药，在厌氧或微需氧条件下经微生物硝基还原酶激活，生成具有细胞毒性的自由基，导致 DNA 链断裂并破坏核酸合成 硝基还原酶和其他氧化还原酶的表达或活性降低，导致药物激活减少；电子传递和还原通路相关基因发生突变；氧化应激反应增强，限制毒性中间体的形成普托马尼概述 普托马尼是新型硝基咪唑类衍生物，专为治疗结核病研发，同样为前药，需在结核分枝杆菌的 F₄₂₀辅因子系统作用下激活。激活后的普托马尼在有氧条件下可通过抑制分枝菌酸的生物合成发挥杀菌作用，在厌氧条件下则可释放活性氮物质，损伤细菌的关键细胞组分。临床应用 普托马尼主要用于治疗多重耐药结核病（MDR-TB）和利福平耐药结核病（RR-TB）。根据 WHO 指南，该药物需联合用药，最典型的方案为 BPaLM 方案（贝达喹啉、普托马尼、利奈唑胺、莫西沙星），该方案相较于传统的多重耐药结核病治疗方案，疗效和安全性均更优。耐药机制 结核分枝杆菌对普托马尼的耐药性几乎均由 F₄₂₀通路相关的遗传改变介导，这些改变会阻碍药物的激活。ddn 基因突变 ddn 基因编码直接负责普托马尼激活的硝基还原酶，该基因的突变（如色氨酸 20 终止突变、色氨酸 88 终止突变、亮氨酸 107 脯氨酸突变、甘氨酸 53 天冬氨酸突变以及缺失突变）会阻止药物激活，从而使菌株产生耐药性（Liu 等，2022 年；Trisakul 等，2022 年；Negi 等，2024 年；Nguyen 等，2023 年；Rifat 等，2020 年；Gómez-González 等，2021 年；Mansjö 等，2022 年；Rossini 和 Dias，2023 年）。fdg1 基因突变 Fgd1 蛋白的功能是维持还原型 F₄₂₀的水平，该基因的移码突变（甘氨酸 49 移码突变）和结合位点突变会破坏其功能，降低普托马尼的活性（Liu 等，2022 年；Negi 等，2024 年；Nguyen 等，2023 年；Rifat 等，2020 年；Gómez-González 等，2021 年；Rossini 和 Dias，2023 年；Purwantini 等，2018 年）。 fbiA、fbiB、fbiC 和 fbiD基因突变  这些基因参与 F₄₂₀的生物合成过程，在耐药菌株中已发现密码子终止突变、氨基酸替换突变以及插入 / 缺失突变（Liu 等，2022 年；Negi 等，2024 年；Nguyen 等，2023 年；Rifat 等，2020 年；Gómez-González 等，2021 年；Rossini 和 Dias，2023 年；Purwantini 等，2018 年）。潜在的其他耐药机制 研究已报道 rv0078 和 rv2073c 基因存在突变，但其在耐药性中的作用尚未明确（Yan 等，2024 年）。CinA 蛋白的缺失会增加菌株对普托马尼的敏感性，提示其可能是耐药相关决定因素（Kreutzfeldt 等，2022 年）。此外，普托马尼与甲硝唑之间存在交叉耐药性，这可能与两者共享激活通路相关（Conkle-Gutierrez 等，2024 年）。截短侧耳素类概述 截短侧耳素类抗生素最初于 20 世纪 50 年代从担子菌门截短侧耳属真菌（尤其是帕氏截短侧耳，历史上曾归类为 mutilus 侧耳或帕氏侧耳）中分离得到。早期化合物主要用于兽医领域，近几十年来，该类抗生素在人类医学中的应用受到越来越多的关注。瑞他帕林是首个获批用于人类局部治疗的截短侧耳素类药物，而莱法莫林于 2019 年成为首个获批用于人类全身治疗的截短侧耳素类抗生素（见表 5）。作用机制 截短侧耳素类抗生素通过结合细菌 50S 核糖体亚基的肽基转移酶中心，抑制细菌蛋白质合成。这种结合会同时干扰核糖体的 A 位和 P 位，阻止肽键形成，从而终止蛋白质合成。其高度特异性的结合方式，使其与其他蛋白质合成抑制剂类抗生素的交叉耐药性较低。通用耐药机制 由于截短侧耳素类抗生素的结合位点独特且靶位高度保守，其耐药性发生率较低。但潜在的耐药机制包括外排泵过表达，以及核糖体蛋白或 rRNA 的突变（这些突变会改变药物结合位点）。凭借其新颖的作用机制，截短侧耳素类抗生素对多种多重耐药致病菌仍保持抗菌活性。 表 5 截短侧耳素类抗生素的作用机制与耐药机制 表格 作用机制 耐药机制 结合 50S 核糖体亚基的肽基转移酶中心，干扰 A 位和 P 位功能，阻止肽键形成 外排泵过表达；rRNA 或核糖体蛋白发生靶位突变，改变结合口袋结构 结合位点独特且高度保守，耐药发生率总体较低 -莱法莫林概述 莱法莫林具有广谱抗菌活性，对革兰氏阳性致病菌、主要非典型致病菌以及部分革兰氏阴性呼吸道致病菌均有强效抗菌作用。临床应用 莱法莫林获批用于治疗成人社区获得性细菌性肺炎，主要致病菌包括肺炎链球菌、甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌（MSSA）、甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌、流感嗜血杆菌、嗜肺军团菌、肺炎衣原体和肺炎支原体。耐药机制 莱法莫林的耐药性主要通过两种机制产生：外排泵过表达和核糖体靶位突变。外排泵表达增强 金黄色葡萄球菌和流感嗜血杆菌中已发现外排介导的耐药性。核糖体靶位突变 核糖体突变是第二种主要耐药机制，已在链球菌属和流感嗜血杆菌中发现。这些突变涉及 23S rRNA 以及核糖体蛋白 L3（rplC 基因编码）和 L4（rplD 基因编码）的改变，会破坏药物与靶位的结合，削弱其对蛋白质合成的抑制作用（Paukner 等，2024 年；Mendes 等，2019 年）。潜在的其他耐药机制 部分流感嗜血杆菌菌株中检测到核糖体蛋白 L22 的突变，可能也参与耐药性的形成（Paukner 等，2024 年）。四环素类概述 四环素类抗生素于 20 世纪 40 年代末首次问世，具有广谱抗菌活性，对多种致病菌有效，包括革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、螺旋体、立克次体、支原体和部分原虫。这种广谱活性使其可用于治疗多种感染，如立克次体病、螺旋体感染（如莱姆病）、性传播疾病（如衣原体感染）、人畜共患病（如布鲁氏菌病）和呼吸道感染（如肺炎支原体感染）。 此外，该类抗生素还可用于非细菌感染的治疗，如疟疾预防，且因其抗炎特性，常作为寻常痤疮长期治疗的一线药物。然而，由于全球范围内耐药性的蔓延以及显著的不良反应（包括胃肠道毒性、光毒性和儿童不可逆牙着色），其在全身性感染治疗中的一线应用已逐渐减少（见表 6）。作用机制 四环素类抗生素主要通过结合细菌 30S 核糖体亚基（有证据表明也可与 50S 核糖体亚基发生额外相互作用），干扰细菌蛋白质合成。它们结合于核糖体的 A 位，阻止氨基酰 - tRNA 与核糖体的受体位点结合，从而有效阻断新氨基酸掺入生长中的肽链，终止肽链延长。通用耐药机制 四环素类抗生素的耐药性广泛存在，主要由位于质粒和转座子等可移动遗传元件上的获得性基因介导。这些基因编码三种主要耐药机制：核糖体保护蛋白 这类蛋白（如 Tet (M)、Tet (O)）通过改变核糖体构象，阻止四环素类抗生素阻断蛋白质合成。外排泵 通过转运蛋白（如 Tet (A)、Tet (K)）将四环素类抗生素主动排出细菌细胞，使细胞内药物浓度降至抑菌浓度以下。酶灭活作用 特定酶（如 Tet (X)）可对四环素类抗生素进行化学修饰并使其失活。 表 6 四环素类抗生素的作用机制与耐药机制 表格 作用机制 耐药机制 结合 30S 核糖体亚基，阻断氨基酰 - tRNA 进入，抑制蛋白质延长 核糖体保护蛋白（Tet (M)、Tet (O)）；外排泵（Tet (A)、Tet (K)）；酶灭活作用（Tet (X)） - 耐药性通过质粒 / 转座子广泛传播奥马环素概述 奥马环素是一种新型氨甲基环素类抗生素，结构源于四环素类，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均具有广谱抗菌活性。该药物的研发旨在克服四环素类抗生素常见的耐药机制，如外排泵介导的耐药和核糖体保护介导的耐药。临床应用 奥马环素获批用于治疗社区获得性细菌性肺炎和急性细菌性皮肤和皮肤结构感染，对包括耐药致病菌在内的多种细菌均具有活性。耐药机制 奥马环素的耐药性可通过四种主要机制产生：外排泵过表达 鲍曼不动杆菌中，由 AdeRS 双组分系统调控的 AdeABC 外排泵，会降低细胞内奥马环素的积累，促进多重耐药性的产生（Lee 等，2020 年）。靶位修饰 金黄色葡萄球菌中，编码 30S 亚基核糖体蛋白 S10 的 rpsJ 基因发生突变，会降低药物与核糖体的亲和力，削弱其抗菌活性（Chen 等，2025 年；Huang 等，2025 年）。核糖体保护蛋白 金黄色葡萄球菌中的 tet (M) 基因编码核糖体保护蛋白，可阻断四环素类抗生素与核糖体的结合，使翻译过程在抗生素存在的情况下仍能进行（Chen 等，2025 年；Wang 等，2020 年）。酶灭活作用 多种革兰氏阴性致病菌可产生降解四环素类抗生素（包括奥马环素）的酶。例如，肺炎克雷伯菌可携带质粒介导的 tet (X4) 基因，鲍曼不动杆菌携带 tet (X3) 基因，铜绿假单胞菌临床分离株中已报道存在 tet (X7) 基因编码的酶。这些黄素依赖性单加氧酶可使奥马环素和其他新型四环素类抗生素失活（Gasparrini 等，2020 年；Liu 等，2024 年；Talsma 等，2024 年）。依拉环素概述 依拉环素是一种全合成氟环素类抗生素，属于四环素类家族，对多种革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌（包括多种多重耐药菌）均具有强效抗菌活性。尽管其结构经过修饰以规避四环素类抗生素常见的耐药机制，但多种细菌仍通过多种分子策略对其产生了耐药性。临床应用 依拉环素获批用于治疗复杂腹腔内感染，其广谱抗菌活性使其对多重耐药革兰氏阴性致病菌（包括鲍曼不动杆菌和碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌）以及革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌和肠球菌属）均具有重要治疗价值。耐药机制 依拉环素的耐药性主要通过外排泵作用、核糖体修饰和酶灭活作用产生：外排泵过表达 这是依拉环素最主要的耐药机制，不同物种中由多种外排泵介导：靶位修饰 编码 30S 亚基核糖体蛋白 S10 的 rpsJ 基因发生突变，会改变四环素类抗生素的结合位点，降低艾拉环素的亲和力，这种突变已在屎肠球菌、粪肠球菌和金黄色葡萄球菌中被发现（Başaran 和 Öksüz，2025 年；Boukthir 等，2020 年；Wen 等，2020 年）；16S rRNA 的突变也会削弱药物结合，促进耐药性产生（Wen 等，2020 年）。尽管肺炎链球菌对艾拉环素的耐药率仍较低（中国一项研究中为 1.9%），但 rpsJ 基因以及可能的 rpsC 基因的突变已被证实与耐药性相关（Lei 等，2025 年）。酶灭活作用 多种革兰氏阴性致病菌携带 tet (X) 变体，其编码的黄素依赖性单加氧酶可氧化并灭活艾拉环素。肺炎克雷伯菌中已检测到质粒介导的 tet (X4) 基因（Liu 等，2024 年）；鲍曼不动杆菌中，质粒编码的 tet (X3) 和 tet (X5) 基因参与耐药性形成（Talsma 等，2024 年；Wang 等，2019 年）。潜在的其他耐药机制 值得关注的是，部分鲍曼不动杆菌菌株同时携带 tet (X) 变体和碳青霉烯酶基因（blaNDM-1、blaOXA-97、blaOXA-23），提示四环素类抗生素耐药性与碳青霉烯类抗生素耐药性之间可能存在关联（Talsma 等，2024 年；Li 等，2024 年）。氨基糖苷类概述 氨基糖苷类抗生素于 20 世纪 40 年代被发现，链霉素是首个用于临床的该类药物。它们是杀菌性抗生素，对多种革兰氏阴性菌和部分革兰氏阳性菌具有抗菌活性，具有浓度依赖性杀菌作用和显著的抗生素后效应，因此适合每日一次给药方案。 氨基糖苷类抗生素在严重感染的治疗中仍具有重要地位，如败血症、肺炎、心内膜炎、复杂尿路感染、复杂腹腔内感染和结核病。但其临床应用常受肾毒性和耳毒性的限制，因此需要进行严密的治疗药物监测（见表 7）。作用机制 氨基糖苷类抗生素主要通过两种机制发挥作用： 结合细菌 30S 核糖体亚基的 16S rRNA，干扰 mRNA 模板的准确解码。 诱导核糖体 A 位发生构象改变，导致氨基酸错配掺入，产生无功能蛋白质。这些错误折叠的蛋白质掺入细菌细胞膜后，会破坏膜的完整性，进而增强药物的快速杀菌效果。其选择性源于细菌核糖体与真核生物核糖体的结构差异。通用耐药机制 氨基糖苷类抗生素的耐药性主要通过三种策略产生：药物灭活作用 最常见的机制是氨基糖苷类修饰酶（AMEs）的作用，如乙酰转移酶（AAC）、核苷转移酶（ANT）和磷酸转移酶（APH）。这些酶可对抗生素进行化学修饰，阻止其与核糖体结合。靶位修饰 16S rRNA 或核糖体蛋白的突变会降低药物与核糖体的亲和力，削弱氨基糖苷类抗生素的结合作用。胞内积累减少 可通过两种方式实现，一是突变导致药物的能量依赖性摄取减少，二是外排泵主动将氨基糖苷类抗生素排出细胞。 表 7 氨基糖苷类抗生素的作用机制与耐药机制 表格 作用机制 耐药机制 结合 30S 核糖体亚基的 16S rRNA，导致 mRNA 误读并产生无功能蛋白质；诱导核糖体 A 位构象改变，破坏蛋白质合成和细菌细胞膜完整性 氨基糖苷类修饰酶（AAC、ANT、APH）介导的酶灭活作用；靶位修饰（16S rRNA 或核糖体蛋白突变）；胞内积累减少（摄取降低或外排泵过表达）普拉佐米星概述 作为新一代氨基糖苷类抗生素，普拉佐米星的研发旨在克服限制传统氨基糖苷类抗生素应用的常见耐药机制，尤其是氨基糖苷类修饰酶的作用。该药物对多重耐药肠杆菌目细菌和部分非发酵菌（包括产碳青霉烯酶菌株）仍保持抗菌活性，其化学修饰使其对多种氨基糖苷类修饰酶具有稳定性，因此在传统氨基糖苷类抗生素治疗失败的情况下，仍是一种重要的治疗选择。临床应用 普拉佐米星获批用于治疗复杂尿路感染，且已在血流感染和呼吸机相关性肺炎的治疗中进行了评估。该药物在体外对多重耐药肠杆菌目细菌（包括大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌）具有强效抗菌活性，对鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌等非发酵菌的抗菌活性则存在差异，同时对金黄色葡萄球菌也保持活性。由于其在治疗耐药菌引发的严重感染中的关键作用，普拉佐米星被列入 WHO 基本药物清单，并被归类为 “储备” 抗生素，仅用于严重感染或终极治疗场景。耐药机制 尽管经过结构修饰，普拉佐米星的耐药性仍通过三种主要机制产生：靶位修饰 最主要的机制是 16S rRNA 甲基转移酶的作用，该酶可在 30S 核糖体亚基的 16S rRNA 特定残基（通常为 G1405）上添加甲基，阻止普拉佐米星和其他氨基糖苷类抗生素与靶位结合。编码这些酶的基因（如 rmtC、rmtF1、rmtB1、armA、rmtF、rmtB）已在大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌中广泛报道（Dahdouh 等，2024 年；Teo 等，2023 年；Arca-Suárez 等，2022 年；Wachino 等，2020 年；Gür 等，2020 年；Jacobs 等，2020 年；Galani 等，2019 年；Walkty 等，2019 年；Castanheira 等，2018 年；Doi 等，2016 年）。酶灭活作用 aac (2′)-Ia 基因编码的氨基糖苷类 2''- 乙酰转移酶可对普拉佐米星进行乙酰化修饰，降低其与核糖体的亲和力。该机制常与其他氨基糖苷类修饰酶（如 AAC (3′)-IIa、APH (3′)-Ia）在耐药菌株中同时存在，导致菌株对其他氨基糖苷类抗生素产生广泛的交叉耐药性（Ngo 等，2023 年；Bassenden 等，2021 年；Almaghrabi 等，2014 年）。与碳青霉烯酶的共存 肠球菌属细菌中，普拉佐米星的耐药性常与碳青霉烯酶的产生相关。临床分离株中已报道存在多种酶，如 NDM、VIM-1、OXA-1、OXA-181、OXA-48 和 OXA-232，导致菌株产生多重耐药性甚至泛耐药性（Dahdouh 等，2024 年；Arca-Suárez 等，2022 年；Gür 等，2020 年；Jacobs 等，2020 年；Galani 等，2019 年；Castanheira 等，2018 年；Öztaş等，2024 年；Fleischmann 等，2020 年）。潜在的其他耐药机制 最近发现的一种 16S rRNA 甲基转移酶 NpmC，可修饰 A1408 残基，即使对普拉佐米星等新型氨基糖苷类抗生素也能产生耐药性。尽管目前该酶主要在非致病菌中发现，但其水平转移的潜在可能性构成了临床威胁（Matamoros 等，2025 年）。利福霉素类概述 利福霉素类抗生素属于安莎霉素类（如利福平、利福布汀、利福喷丁、利福昔明），是结核病联合治疗方案中的核心杀菌药物，同时对多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌也具有抗菌活性；非吸收性利福昔明则用于治疗旅行者腹泻等肠道感染（见表 8）。作用机制 利福霉素类抗生素通过与 DNA 依赖性 RNA 聚合酶的 β 亚基（RpoB）高亲和力结合，抑制细菌 RNA 合成，阻断转录起始，从而快速杀灭细菌（尤其对分枝杆菌）。其选择性源于对真核生物 RNA 聚合酶的影响极小。通用耐药机制 主要耐药机制是 rpoB 基因的靶位改变（尤其是在利福平耐药决定区（RRDR）内），导致药物结合能力降低。该基因的高自发突变率是利福霉素类抗生素必须始终联合用药的原因。此外，外排泵作用和酶灭活作用（如部分物种中 Arr 酶介导的 ADP - 核糖基化）也可能导致药物敏感性降低，但相对少见。 表 8 利福霉素类抗生素的作用机制与耐药机制 表格 作用机制 耐药机制 与 DNA 依赖性 RNA 聚合酶的 β 亚基（RpoB）结合，抑制转录起始和 RNA 合成 靶位修饰（rpoB 基因突变，尤其是利福平耐药决定区（RRDR）内的突变）；胞内积累减少（外排泵作用，较罕见）；酶灭活作用（如 Arr 酶介导的 ADP - 核糖基化，较罕见）利福霉素 SV概述 利福霉素 SV（商品名 Aemcolo）是利福霉素类中的一种特定分子，与更广为人知的半合成衍生物利福平（也称为利福平）有所不同。尽管两者共享该类药物的核心作用机制 —— 抑制细菌 RNA 聚合酶，但临床应用存在显著差异。利福霉素 SV 采用延迟释放制剂设计，确保在结肠局部给药，因此适用于胃肠道感染的治疗，获批用于治疗非侵袭性大肠埃希菌菌株引发的旅行者腹泻。临床应用 利福霉素 SV 适用于治疗旅行者腹泻。临床研究表明，其疗效与环丙沙星相当，且具有选择超广谱 β- 内酰胺酶产大肠埃希菌的风险更低的优势（Kantele 和 Lääveri，2022 年）。由于其全身吸收极少，仅用于非全身性感染，可避免广泛暴露，减少附带损害（如肠道菌群紊乱和全身性致病菌耐药性的选择）。耐药机制 大肠埃希菌对利福霉素 SV 的耐药性主要在农场分离株中进行了研究，但部分人类分离株也已发现耐药性（Castillo 等，2022 年）。其耐药机制与利福霉素类药物的整体耐药机制一致，但针对该特定药物已明确相关特征：酶灭活作用 从奶牛场分离的大肠埃希菌中发现的 arr-3 基因，编码一种 ADP - 核糖基转移酶，可使利福霉素类抗生素灭活（Al-Mustapha 等，2023 年；Shoaib 等，2024 年）。外排泵作用 耐药性也与多重耐药外排系统的过表达相关。牛源耐药大肠埃希菌中，marA、acrA、acrB、tolC 和 acrE 等基因（AcrAB-TolC 外排系统的关键组分）表达上调（Al-Mustapha 等，2023 年）。这些系统会降低利福霉素 SV 在细胞内的浓度，导致耐药性产生，并与其他抗菌药物产生交叉耐药性。喹诺酮类和氟喹诺酮类概述 喹诺酮类是一类合成抗菌药物，早期化合物主要针对革兰氏阴性菌，而氟原子的引入催生了氟喹诺酮类药物，其具有更广的抗菌谱、更优的药代动力学特征和更广泛的临床应用价值。根据抗菌谱的演变，其临床应用常分为不同代次（见表 9）： 第一代：用于治疗非复杂性尿路感染（多数已退市）。 第二代：增强了对革兰氏阴性菌（包括铜绿假单胞菌）的抗菌活性。 第三代：提高了对肺炎链球菌的抗菌活性。 第四代：广谱抗菌，包括厌氧菌。 第五代：专为治疗甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌和耐药肺炎链球菌等多重耐药致病菌研发。 尽管应用广泛，但安全性问题（如肌腱炎、神经病变）和广泛的耐药性已导致其使用受到限制。作用机制 喹诺酮类和氟喹诺酮类药物通过抑制细菌 Ⅱ 型拓扑异构酶发挥杀菌作用：（1）DNA 促旋酶，可将负超螺旋引入 DNA，对 DNA 复制和转录至关重要；（2）拓扑异构酶 Ⅳ，可在复制后分离相互连接的子代染色体。对这些酶的抑制会导致 DNA 双链断裂，引发复制停滞和细胞死亡。不同物种的主要作用靶位存在差异：革兰氏阴性菌中，DNA 促旋酶通常是主要靶位；而革兰氏阳性菌中，拓扑异构酶 Ⅳ 常为主要靶位。通用耐药机制 耐药性通过多种机制产生，且这些机制常协同作用： 靶位修饰：DNA 促旋酶（gyrA、gyrB 基因编码）和拓扑异构酶 Ⅳ（parC、parE 基因编码）的喹诺酮耐药决定区（QRDRs）发生突变，是最常见的染色体耐药机制，这些突变会降低药物结合亲和力。 胞内积累减少：可通过外排泵过表达（如铜绿假单胞菌）或外膜孔蛋白缺失实现，两者均会降低细胞内药物浓度。 质粒介导的耐药性：这种机制日益普遍，涉及 qnr 基因（编码保护靶酶的蛋白质）和 aac (6′)-Ib-cr 基因（编码修饰并灭活特定氟喹诺酮类药物的酶）等。 表 9 喹诺酮类和氟喹诺酮类抗生素的作用机制与耐药机制 作用机制 耐药机制 抑制细菌 Ⅱ 型拓扑异构酶（DNA 促旋酶和拓扑异构酶 Ⅳ），导致 DNA 双链断裂和复制停滞 靶位突变（gyrA、gyrB、parC、parE 基因的喹诺酮耐药决定区（QRDRs）突变）；胞内积累减少（外排泵过表达或孔蛋白缺失）；质粒介导的耐药性（如 qnr 基因、aac (6′)-Ib-cr 基因）德拉沙星概述 德拉沙星是一种新型氟喹诺酮类抗生素，其独特的化学结构使其对多种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有强效抗菌活性。其独特的性质使其在酸性环境（如脓肿）中稳定性增强且更易在细胞内积累。与其他氟喹诺酮类药物类似，它是一种杀菌药物，通过抑制细菌 Ⅱ 型拓扑异构酶（DNA 促旋酶和拓扑异构酶 Ⅳ）干扰 DNA 复制和转录。其对两种酶的均衡活性降低了耐药性出现的可能性。临床应用 德拉沙星获批用于治疗成人急性细菌性皮肤和皮肤结构感染以及社区获得性细菌性肺炎，其广谱抗菌活性涵盖甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌和肺炎链球菌等关键致病菌。其在酸性组织中增强的抗菌活性，使其在脓肿等低 pH 值感染的治疗中具有潜在优势。耐药机制 尽管由于其双重靶向作用，德拉沙星的耐药性仍相对少见，但细菌仍可通过氟喹诺酮类药物共有的机制产生耐药性，且这些机制常协同作用：外排泵表达增强 外排系统过表达是重要的耐药机制，会降低细胞内药物浓度：靶位修饰 DNA 促旋酶（gyrA、gyrB 基因编码）和拓扑异构酶 Ⅳ（parC、parE 基因编码）的喹诺酮耐药决定区（QRDRs）发生突变是主要机制，这些突变会降低药物结合亲和力，并已在关键致病菌中得到证实：三氮杂苊类概述 三氮杂苊类是一类新型抗菌药物，其特征是独特的三环核心结构，与包括喹诺酮类在内的所有其他获批抗生素均不同。格帕沙星是该类药物中首个获批的成员。这类药物旨在通过与氟喹诺酮类药物不同的机制抑制细菌 Ⅱ 型拓扑异构酶，以克服氟喹诺酮类耐药性并避免对人类的脱靶效应（见表 10）。作用机制 三氮杂苊类药物具有杀菌活性，通过抑制 Ⅱ 型拓扑异构酶（包括细菌拓扑异构酶 Ⅱ（DNA 促旋酶）和拓扑异构酶 Ⅳ）发挥作用，从而抑制 DNA 复制。关键在于，它们与氟喹诺酮类药物结合于酶 - DNA 复合物的不同位点，稳定单链 DNA 断裂，这种新颖的机制使其具有独特的耐药谱，对多种氟喹诺酮类耐药菌株仍保持抗菌活性。通用耐药机制 作为一类新型药物，相关监测仍在进行中。基于其作用靶位，已发现和预期的耐药机制包括：靶位修饰 编码靶酶的基因（尤其是 gyrA 和 parC 亚基）发生突变，会降低药物结合能力，导致耐药性产生。这些突变可能发生在与喹诺酮耐药决定区（QRDRs）重叠或相邻的区域。外排泵过表达 细菌内源性外排泵（如淋病奈瑟菌中的 MtrCDE 外排泵、肠杆菌目细菌中的 AcrAB-TolC 外排泵）的激活，会降低细胞内药物积累。联合机制 多种低水平耐药机制的共同作用（如适度外排泵表达叠加靶位突变），可能导致具有临床意义的耐药性。 表 10 三氮杂苊类抗生素的作用机制与耐药机制 作用机制 耐药机制 结合于氟喹诺酮类药物不同的位点，抑制细菌 Ⅱ 型拓扑异构酶（DNA 促旋酶和拓扑异构酶 Ⅳ），稳定单链 DNA 断裂，阻断 DNA 复制 靶位突变（gyrA 和 parC 基因，与喹诺酮耐药决定区（QRDRs）重叠或相邻区域）；外排泵过表达（如淋病奈瑟菌中的 MtrCDE 外排泵、肠杆菌目细菌中的 AcrAB-TolC 外排泵）；联合机制（低水平外排叠加靶位突变，可产生临床相关耐药性）格帕沙星概述 格帕沙星是新型三氮杂苊类抗生素，也是该类药物中首个获批用于临床的药物。其研发初衷是对现有抗生素（包括氟喹诺酮类）耐药的致病菌具有抗菌活性，用于治疗革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌引发的感染（Keam，2025 年）。临床应用 格帕沙星获批用于治疗大肠埃希菌和腐生葡萄球菌引发的非复杂性尿路感染（uUTI），以及淋病奈瑟菌引发的非复杂性泌尿生殖系统淋病。其口服制剂形式和新颖的作用机制，使其成为这些常见门诊感染的重要新型治疗选择。耐药机制 尽管格帕沙星是新型抗生素，但已发现相关耐药机制，尤其是在淋病奈瑟菌和肠杆菌目细菌中：靶位修饰 最关键的机制是 DNA 促旋酶和拓扑异构酶 Ⅳ 亚基编码基因 gyrA 和 parC 的突变。单一氨基酸替换仅会导致敏感性适度改变，但双重突变（如 GyrA D82N 与 ParC D79N 组合）会导致高水平耐药性，且在临床试验中已证实与临床疗效降低相关（Szili 等，2019 年）。外排泵过表达 外排泵的上调（如淋病奈瑟菌中的 MtrCDE 外排泵、肠杆菌目细菌中的 AcrAB-TolC 外排泵）会降低细胞内药物水平，并增强靶位突变的耐药效应。潜在的其他耐药机制 尽管格帕沙星与氟喹诺酮类药物作用于相同的酶，但由于结合位点不同，许多氟喹诺酮类耐药菌株对格帕沙星仍保持敏感性（Biedenbach 等，2016 年）；然而，既往氟喹诺酮类药物暴露可能会共同选择影响两类药物的突变，因此需要加强抗菌药物管理（Szili 等，2019 年）。关键见解及对公共卫生和抗菌药物管理的意义 抗菌药物耐药性（AMR）的加剧仍是全球公共卫生面临的首要挑战。尽管 2017-2025 年期间抗菌药物研发取得了显著进展，但这些新型药物相关的复杂耐药机制迅速且同步出现，凸显了细菌致病菌极强的适应性。本综述总结了 WHO 列出的优先致病菌如何规避近年来研发的抗生素，重点关注靶位突变（如 PBP3、RpoB、喹诺酮耐药决定区）、外排泵过表达（如 AdeABC、AcrAB-TolC）和酶灭活作用（如 Tet (X) 变体、16S rRNA 甲基转移酶）。 证据表明，耐药性进化速度快，细菌常通过这些遗传和生化策略规避即使是最先进的治疗选择。关键在于，耐药性往往并非简单的单基因事件。如头孢德罗和新型 β- 内酰胺类复方制剂相关研究所示，耐药性的产生通常是多种染色体突变（影响通透性、外排和靶位）复杂相互作用的结果，有时还会与获得性酶共同作用。这种多基因基础使耐药性预测和诊断变得复杂，暴露了当前检测系统的局限性。 重要的是，耐药决定因素也在未常规接触部分这类抗生素的物种中出现。例如，在粘质沙雷菌和摩氏摩根菌中已检测到降低 β- 内酰胺类 /β- 内酰胺酶抑制剂复方制剂敏感性的质粒介导 β- 内酰胺酶（Sabtcheva 等，2024 年）。同样，近期对德国 6 家三级医院废水的调查发现，多种物种（如罗根 kamp 肠杆菌、产酸克雷伯菌、粘质沙雷菌和法氏柠檬酸杆菌）中存在 97 株头孢德罗耐药分离株（Erler 等，2025 年）。这些分离株通常携带多种 β- 内酰胺酶和碳青霉烯酶基因、重金属和生物杀灭剂耐药决定因素，以及多种质粒，凸显了它们作为 WHO 优先致病菌清单之外多重耐药性储备库的作用。 这些发现强调，迫切需要全球范围内持续且协调的努力来减轻 AMR 的影响。应对这一挑战需要真正的 “同一健康” 策略，将新型药物研发与加强监测、管理和感染控制相结合。在此背景下，本综述详细阐述的耐药性谱复杂性，揭示了当前诊断模式的局限性。若要维持现有和新研发抗菌药物的疗效，我们检测和预测耐药性的能力必须跟上细菌进化的速度和复杂性。这一需求凸显了下一代技术在重新定义 AMR 诊断和监测中的关键作用。抗菌药物耐药性（AMR）的诊断：生物信息学和人工智能的作用 快速准确地检测 AMR 是有效治疗、感染控制和抗菌药物管理的核心。尽管表型抗菌药物敏感性试验（AST）仍是临床标准，但全基因组测序（WGS）已成为强大的补充方法，尤其是长读长测序技术（如 PacBio、Oxford Nanopore）能够实现细菌基因组和质粒的完整组装（Lavezzo 等，2016 年）：与可靠的计算分析相结合，全基因组测序有望更快地提供针对已知和新型药物的更全面耐药性预测。 传统基于基因型的 AMR 预测方法依赖于已知耐药决定因素的精选数据库，如水平获得的耐药基因或特征明确的染色体突变（Gupta 等，2014 年；Alcock 等，2020 年；Florensa 等，2022 年）。这些工具在耐药性由已知、充分表征的机制介导时是有效的。然而，许多耐药表型（尤其是针对近期获批抗生素的耐药性）是多基因的，涉及染色体突变、调控改变的组合，或尚未纳入参考数据库的非典型机制。在这种情况下，仅基于基因型的方法可能会低估耐药风险。 机器学习（ML）和人工智能（AI）作为克服这些局限性的补充工具，正受到越来越多的关注。基于配对基因组和表型（AST）数据训练的机器学习模型，原则上可以学习基因组中复杂的非线性关联，包括上位性相互作用、调控突变或多个位点的联合效应，这些都是标准存在 / 缺失筛选无法捕捉的。 例如，Ren 等（2022 年）证实，与仅基于数据库的方法相比，基于机器学习的模型通过利用已知决定因素之外的特征，能够以更高的准确性预测耐药表型。同样，深度学习和迁移学习策略（如 MSDeepAMR）最近被提出用于增强不同抗生素类别间的通用性，在探索性研究中显示出良好的性能（López-Cortés 等，2024 年）。在结核分枝杆菌研究中，Babirye 等（2024 年）报道了药物敏感性机器学习预测的跨数据集验证，凸显了机器学习在不同细菌物种中应用的潜力。近期的方法学进展通过应用可解释性框架和严格的基准测试，进一步完善了基于机器学习的 AMR 预测，以提高可解释性并减少过拟合（Valavarasu 等，2025 年）。 尽管取得了这些进展，但基于机器学习的 AMR 诊断在很大程度上仍处于概念验证阶段，而非广泛的临床应用。关键挑战包括：数据质量、偏倚和表型异质性 模型的性能取决于训练数据的质量；训练数据中有限的地理或谱系多样性会影响通用性，而抗菌药物敏感性试验平台、折点标准和实验室程序的差异会导致表型变异性，增加噪声并阻碍研究间的可重复性。缺乏前瞻性临床验证 很少有研究在真实世界的临床微生物学工作流程中评估机器学习预测，关于敏感性、特异性和错误率的数据仍然稀缺。可解释性 复杂模型（尤其是深度学习模型）通常表现为 “黑箱”，难以解释，影响临床信任度。特征表示和标准化 机器学习模型依赖于异质的基因组特征集（如 k-mer、单核苷酸多态性、基因存在 / 缺失），这使得基准测试变得复杂，限制了跨数据集的可迁移性，并阻碍了方法间的比较。基础设施要求 高通量测序、生物信息学专业知识、计算资源和标准化流程尚未在所有实验室普及。 根据现有证据，机器学习和人工智能应被视为有前景的 AMR 诊断补充工具，而非表型测试或精选数据库的替代品。其最大价值在于能够识别值得实验验证的新型候选耐药机制、通过数据驱动的见解扩充数据库，以及在大型多样的细菌数据集中（尤其是对于仍缺乏大量表型 legacy 数据的新型抗生素）实现多基因或非典型耐药性的高通量、基因组规模预测。 要实现这一目标，必须通过国际共享指南解决若干技术和组织障碍。这些人工智能驱动的方法要变得稳健且具有临床实用性，关键前提是采用数据收集、表示和模型评估的共享标准。特别是，全球应致力于遵循 FAIR 数据原则（数据可查找、可访问、可互操作和可重用）²，以确保不同实验室和监测项目生成的基因组和表型数据集能够被系统地整合、比较和重用。这不仅需要开放、持久的标识符和描述分离株特征、测序平台、抗菌药物敏感性试验方法和耐药表型的机器可读元数据，还需要统一的本体论和受控词汇表，以最大限度地减少歧义性和批次效应。 同样重要的是，人工智能方法的设计、训练和评估应遵循透明和可重复的标准（Matschinske 等，2021 年），包括严格的预处理、防止数据泄露的明确分割策略、外部跨数据集验证，以及系统报告性能指标和错误率。建立此类符合 FAIR 原则的数据基础设施和方法学指南，对于减轻偏倚、支持全球基准测试以及加速人工智能驱动的 AMR 预测从探索性研究向可靠的临床和公共卫生工具转化至关重要。 实现这一潜力最终将取决于全球协调努力，以整合大型、多样的基因组 - 表型资源，并通过严格的外部基准测试和前瞻性临床研究验证人工智能模型。作者贡献 MS：方法学、审阅与编辑、调查、原始手稿撰写。ST：审阅与编辑、监督、调查、概念化。EL：项目管理、监督、审阅与编辑、方法学、原始手稿撰写、调查、概念化。资助 作者声明本研究和 / 或其发表获得了财务支持。本研究得到帕多瓦大学开放科学委员会提供的开放获取资金支持。利益冲突 作者声明在开展本研究过程中，不存在任何可能被视为潜在利益冲突的商业或财务关系。生成式人工智能声明 作者声明本手稿的撰写未使用生成式人工智能。 本文中随图提供的任何替代文本（alt 文本）均由《Frontiers》在人工智能支持下生成，并已尽合理努力确保准确性，包括在可能的情况下经作者审阅。如发现任何问题，请与我们联系。出版者说明 本文中表达的所有主张仅代表作者个人观点，不一定代表其所属机构、出版者、编辑和审稿人的观点。本文中可能评估的任何产品，或其制造商可能提出的任何主张，均不得到出版者的保证或认可。补充材料 本文的补充材料可在以下网址在线获取：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2025.1719798/full#supplementary-material术语表 ABSSSI：急性细菌性皮肤和皮肤结构感染（Acute Bacterial Skin and Skin Structure Infections） AMR：抗菌药物耐药性（Antimicrobial Resistance） AST：抗菌药物敏感性试验（Antimicrobial Susceptibility Testing） BLIC：β- 内酰胺类 /β- 内酰胺酶抑制剂复方制剂（β-Lactam/β-Lactamase Inhibitor Combination） BPaLM：贝达喹啉、普托马尼、利奈唑胺、莫西沙星（Bedaquiline, Pretomanid, Linezolid, Moxifloxacin） CABP：社区获得性细菌性肺炎（Community-Acquired Bacterial Pneumonia） cIAI：复杂腹腔内感染（Complicated Intra-Abdominal Infection） CRE：碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌（Carbapenem-Resistant Enterobacterales） cUTI：复杂尿路感染（Complicated Urinary Tract Infection） EMA：欧洲药品管理局（European Medicines Agency） ESBL：超广谱 β- 内酰胺酶（Extended-Spectrum Beta-Lactamase） FAIR：可查找、可访问、可互操作和可重用（Findable, Accessible, Interoperable, and Reusable） FDA：美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration） HABP：医院获得性细菌性肺炎（Hospital-Acquired Bacterial Pneumonia） MDR：多重耐药（Multidrug-Resistant） MDR-TB：多重耐药结核病（Multidrug-Resistant Tuberculosis） MRSA：甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌（Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus） MSSA：甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌（Methicillin-Susceptible Staphylococcus aureus） PBP：青霉素结合蛋白（Penicillin-Binding Protein） QRDR：喹诺酮耐药决定区（Quinolone Resistance-Determining Region） RR-TB：利福平耐药结核病（Rifampicin-Resistant Tuberculosis） SAB：金黄色葡萄球菌菌血症（Staphylococcus aureus Bacteremia） VABP：呼吸机相关性细菌性肺炎（Ventilator-Associated Bacterial Pneumonia） WHO：世界卫生组织（World Health Organization） AME：氨基糖苷类修饰酶（Aminoglycoside-Modifying Enzyme） MBL：金属 β- 内酰胺酶（Metallo-β-Lactamase） KPC：肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（Klebsiella pneumoniae Carbapenemase） NDM：新德里金属 β- 内酰胺酶（New Delhi Metallo-β-lactamase） VIM：维罗纳整合子编码金属 β- 内酰胺酶（Verona Integron-encoded Metallo-β-lactamase） IMP：亚胺培南酶（Imipenemase Metallo-β-lactamase） OXA：苯唑西林酶（Oxacillinase） TB：结核病（Tuberculosis） uUTI：非复杂性尿路感染（Uncomplicated Urinary Tract Infection） 原文下载网址： https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1719798