ペニシリンとセファロスポリン

ペニシリンとセファロスポリンは、最も古くから広く使用されているベータラクタム系薬剤の2つのサブクラスです。ペニシリンはペナム核（5員環のチアゾリジン環に融合したベータラクタム環）を基本構造とし、セファロスポリンはセフェム核（6員環のジヒドロチアジン環に融合したベータラクタム環）を基本構造としています。側鎖修飾により、抗菌スペクトルとベータラクタマーゼに対する安定性が異なる次世代の薬剤が開発されてきました。

Definition

ペニシリンとセファロスポリンは、細胞壁のトランスペプチダーゼ機構を共有するベータラクタム系抗生物質ですが、融合環系（ペニシリンではペナム、セファロスポリンではセフェム）と、そのスペクトルと酵素的安定性を調整する側鎖によって区別されます。

Scope

このトピックでは、ペニシリンとセファロスポリンのコア構造、側鎖の化学的性質が抗菌スペクトルとベータラクタマーゼ安定性をどのように形成するか、セファロスポリンの世代分類の根拠、およびそれらに影響を与える主要な耐性メカニズムについて説明します。これは参照用の概要であり、投与量や治療に関する推奨事項を提供するものではありません。

Core questions

• ペナム核とセフェム核は構造的にどのように異なりますか？
• セファロスポリンの世代という概念は何を説明していますか？
• 側鎖修飾はスペクトルとベータラクタマーゼ安定性をどのように変化させますか？

Key concepts

• ペナム核
• セフェム核
• 6-アミノペニシラン酸 (6-APA)
• 7-アミノセファロスポラン酸 (7-ACA)
• 半合成側鎖
• セファロスポリン世代
• ペニシリナーゼ安定性
• PBP2aとメチシリン耐性

Mechanisms

両サブクラスは、共通のベータラクタム機構、すなわちペニシリン結合タンパク質トランスペプチダーゼのアシル化とペプチドグリカン架橋の破壊を介して作用します。それらの薬理学的差異は、核周辺の化学構造に由来します。天然ペニシリンは胃酸やブドウ球菌性ペニシリナーゼによって分解されますが、半合成側鎖により、酸安定性、ペニシリナーゼ安定性（抗ブドウ球菌性）、および広域スペクトルのペニシリンが生まれました。セフェム核上の2つの側鎖位置で異なるセファロスポリンは、グラム陽性菌から拡大されたグラム陰性菌へのカバー範囲と、多くのベータラクタマーゼに対する安定性の向上という広範な傾向に基づいて世代に分類されます（Bush & Bradford, 2016）。耐性は、これらの薬剤を加水分解するベータラクタマーゼと、改変されたPBP、特にメチシリン耐性ブドウ球菌にメチシリン耐性を付与する低親和性トランスペプチダーゼであるPBP2aに起因します（Fisher & Mobashery, 2016; David & Daum, 2010）。

Clinical relevance

ペニシリンとセファロスポリンは、単一の骨格の化学修飾が抗菌スペクトルをどのように拡大し、再形成するかを示しており、ベータラクタム薬理学、過敏症、および耐性を教えるための参照薬剤です。この項目は教育的な方向付けのためにこれらのクラスを説明するものであり、薬剤の選択、投与、またはアレルギー管理のガイドではありません。

Epidemiology

グラム陽性菌およびグラム陰性菌病原体における耐性は、これらの薬剤の臨床的役割を繰り返し再形成してきました。ブドウ球菌性ペニシリナーゼは初期のペニシリンを多くのブドウ球菌に対して無効にし、PBP2aの獲得は主要な院内感染および市中感染病原体であるメチシリン耐性黄色ブドウ球菌を生み出しました（David & Daum, 2010）。同様に、基質特異性拡張型ベータラクタマーゼは、グラム陰性菌における多くのセファロスポリンを無効にします（Bush & Bradford, 2016）。

Evidence & guidelines

これらの薬剤の選択と報告は、EUCASTやCLSIなどの組織によって維持されている標準化された感受性試験とブレイクポイントに基づいています。この概要は、特定の治療ガイドラインを再述するのではなく、構造とスペクトルの関係を要約しています。

History

ペニシリンは臨床使用された最初のベータラクタム系薬剤でしたが、AbrahamとChain（1940）はすぐに細菌性ペニシリナーゼを記述し、その後ブドウ球菌性ペニシリナーゼがその活性を低下させました。ペニシリンとセファロスポリンの核（6-APAと7-ACA）の単離により半合成化学が可能になり、酸安定性およびペニシリナーゼ安定性のペニシリンと、スペクトルを広げた次世代のセファロスポリンが生産されました（Bush & Bradford, 2016）。

Key figures

• Ernst Chain
• Edward Abraham
• Karen Bush

Seminal works

• abraham-chain-1940
• bush-bradford-2016

Frequently asked questions

ペニシリンとセファロスポリンの構造的な違いは何ですか？

ペニシリンは、ベータラクタム環が5員環のチアゾリジン環（ペナム核）に融合しています。一方、セファロスポリンは、ベータラクタム環が6員環のジヒドロチアジン環（セフェム核）に融合しています。

セファロスポリンの世代とは何を意味しますか？

これは、連続して開発されたセファロスポリンにおける抗菌スペクトルとベータラクタマーゼ安定性の変化を大まかに追跡する分類であり、このスキームは記述的なものであり、それ自体が臨床使用を決定するものではありません。