抗菌素

定义

抗菌素是指对细菌和其他微生物具有抑制或杀灭作用的一类抗生素，属于抗生素中针对细菌的那一部分^[1]。它的英文名 antibiotics 由表示“抗”的 anti 与表示“生物”的 bio 组合而成，直译即“抗生物”，最初正是针对微生物之间的拮抗现象命名的^[2]。

抗菌素与几个相近概念常被混用，但范围并不相同。抗菌药物的范围最宽，除抗菌素之外，还包括磺胺类、喹诺酮类等人工合成的抗菌物质，以及部分具有抗菌作用的中草药；抗菌素则被包含在抗菌药物之内^[1]。而在抗菌素与抗生素之间，后者是更大的类别，因为抗生素中还有抗真菌、抗衣原体、抗支原体乃至抗肿瘤的成员^[3]。

在实际用药中，常按作用范围把抗菌素分为广谱与窄谱两类。广谱抗菌素能同时抑制或杀灭多种细菌，如氟苯尼考、多西环素、恩诺沙星既能作用于革兰阳性菌和革兰阴性菌，对支原体、衣原体、立克次体也有作用；窄谱抗菌素作用范围小，如青霉素、红霉素主要对革兰阳性菌有效，链霉素、新霉素则主要针对革兰阴性菌^[4]。按对细菌的作用效果，又可分为杀菌药和抑菌药，前者如青霉素类、氨基糖苷类、氟喹诺酮类，后者包括四环素类、大环内酯类、磺胺类^[4]。

抑菌与杀菌的界限并不绝对。同一种抗菌素在低浓度时可能只表现为抑制细菌繁殖，浓度升高后则可转为杀灭作用，因此两类划分是相对的^[4]。

原理

抗菌素之所以能作用于细菌而不易损伤人体细胞，关键在于它瞄准的是细菌具有而人体细胞缺少的结构或代谢环节^[5]。围绕这一思路，抗菌素的作用机理大致可归纳为四类：抑制细菌细胞壁合成、增强细菌细胞膜通透性、干扰细菌蛋白质合成、抑制细菌核酸的复制与转录^[5]。

以细胞壁为例，细菌细胞壁由肽聚糖构成的网状结构支撑，青霉素所含的青霉烷能使细胞壁合成发生障碍，细菌因渗透压失衡而膨胀、破裂死亡；人和动物的细胞没有这种细胞壁，因此不受影响^[6]。磺胺类的做法则不同，它与对氨基苯甲酸结构相似，通过竞争性干扰细菌的叶酸代谢过程，使细菌无法完成正常生长所需的反应，从而停留在被抑制的状态^[7]。

核酸合成途径也是常见靶点。喹诺酮类通过作用于细菌的 DNA 旋转酶和拓扑异构酶 IV，选择性阻断细菌 DNA 的合成；利福霉素类则抑制 RNA 聚合酶，阻断由 DNA 转录为信使 RNA 的过程^[8]。多黏菌素类带正电荷，可与细胞膜上的磷脂结合，像表面活性剂一样破坏膜结构，使细菌失去渗透屏障^[8]。

发展历程

青霉素的发现被视为抗菌素发展史上的里程碑。1928 年 9 月，英国伦敦圣玛丽医学院的细菌学教授亚历山大·弗莱明度假归来整理培养皿时，注意到一个被青霉菌污染的葡萄球菌培养皿中，霉菌周围出现了一圈没有细菌生长的空白区域，他据此推断霉菌分泌了某种抑制细菌的物质，并根据霉菌所属的青霉素属将其命名为青霉素^[9]。1929 年 6 月，弗莱明在《英国实验病理学期刊》上发表了这一发现，并简略提到青霉素可能的治疗价值^[10]。

弗莱明当时无法提取出高纯度的青霉素，该发现长期未受重视。1940 年，牛津大学的恩斯特·钱恩、霍华德·弗洛里等通过改进青霉菌培养条件并优化提取工艺，解决了青霉素稳定性差、产量低的难题，成功获得纯品并完成动物实验^[9]。20 世纪 40 年代，青霉素开始用于临床，被视为治疗医学领域最重大的进步之一；1942 年起美国制药企业实现大批量生产，1945 年弗莱明、弗洛里和钱恩因发现青霉素及其临床效用共同获得诺贝尔生理学或医学奖^[6]。

命名上的变化与抗菌素这一称呼的兴衰直接相关。抗生素一词最早由瓦克斯曼提出，当时人们的认识局限于抗菌作用，1958 年曾将 antibiotics 改译为抗菌素；此后抗生素科学迅速发展，作用范围远远超出抗菌领域，如丝裂霉素、放线菌素 D 可用于抗肿瘤，有的抗生素还具有强心、降血压、降胆固醇等作用，抗菌素的译名因而不再妥当^[2]。1982 年中国国家科委正式命名时，已明确取消抗菌素这一名称^[11]。

应用

临床上，抗菌素用于预防和治疗各类细菌性感染。青霉素问世后，肺炎、脑膜炎、白喉、炭疽、心内膜炎等感染性疾病逐渐有了有效的治疗手段；继青霉素之后，链霉素、氯霉素、土霉素、四环素等相继出现，进一步增强了人类应对感染性疾病的能力^[6]。

除人用之外，抗菌素在兽医领域也有广泛使用。用于预防和治疗动物细菌性感染的抗菌药被称为兽用抗菌药，临床常用种类包括青霉素类、头孢菌素类、氨基糖苷类、四环素类、酰胺醇类、大环内酯类、多肽类、林可胺类等抗生素，以及氟喹诺酮类、磺胺类、喹噁啉类等合成抗菌药^[4]。

抗菌素的作用范围常以抗菌谱表示，即抑制或杀灭病原微生物的种类范围^[4]。此外，抗菌素的作用对象主要是细菌等病原体，并不直接针对炎症本身，而是通过杀灭引起炎症的微生物间接起效，因此对由非感染因素引起的炎症并无治疗意义^[12]。

局限

抗菌素并非对所有病原体都有效。作为抗生素中针对细菌的一类，抗菌素对病毒、真菌、支原体等微生物没有作用，将其用于病毒性感染并不能取得抗菌效果^[13]。抗菌药物整体虽然能覆盖细菌、放线菌、真菌、衣原体、支原体等，但具体到某一种药物，其抗菌谱往往明显窄于这一范围。

细菌耐药性是抗菌素面临的主要限制。不合理使用抗菌药物会促使细菌产生耐药性，进而影响治疗效果^[11]。从机制上看，部分细菌能产生青霉素酶，水解青霉素分子中的 β-内酰胺环，从而使自身对青霉素类药物不敏感^[14]。

安全性方面也存在约束。青霉素可引起少数人发生过敏反应，因此用药前需进行皮试^[6]。青霉素在大剂量使用时还可能表现出神经毒性，当脑内浓度骤然升高时可引发惊厥^[14]。甲氧苄啶虽对细菌的二氢叶酸还原酶具有选择性，但仍可能影响人体叶酸代谢，极少数情况下造成骨髓抑制^[14]。

参见

• 抗生素 —— 抗菌素所属的更大类别，还包括抗真菌、抗肿瘤等成员。

• 青霉素 —— 第一种应用于临床的抗菌素，抗菌素发展史上的里程碑。

• 抗菌药物 —— 范围最宽的概念，除抗菌素外还包含合成抗菌药。

• 抗菌谱 —— 衡量抗菌素能抑制或杀灭哪些病原微生物的指标。

• 细菌耐药性 —— 抗菌素长期使用后疗效下降的主要原因。