碳青霉烯类和单环β-内酰胺类

碳青霉烯类和单环β-内酰胺类是β-内酰胺类药物的另外两个亚类。碳青霉烯类药物的环硫原子被碳原子取代，并带有一个独特的反式羟乙基侧链，这赋予它们广谱抗菌活性和对多种β-内酰胺酶的显著稳定性。以氨曲南为代表的单环β-内酰胺类药物具有单环β-内酰胺结构，没有融合的第二个环，并选择性地作用于需氧革兰氏阴性菌。

Definition

碳青霉烯类是具有碳青霉烯核心和广谱、对β-内酰胺酶稳定的双环β-内酰胺类药物；单环β-内酰胺类是主要对需氧革兰氏阴性菌有效的单环β-内酰胺类药物。两者都通过共同的β-内酰胺机制使青霉素结合蛋白失活。

Scope

本主题涵盖碳青霉烯类和单环β-内酰胺类药物的结构特征、碳青霉烯类药物广谱抗菌活性和β-内酰胺酶稳定性的基础、单环β-内酰胺类药物对革兰氏阴性菌的狭窄作用范围，以及碳青霉烯酶介导的耐药性的出现。本概述为参考性内容，不提供处方指导。

Core questions

• 哪些结构特征赋予碳青霉烯类药物广谱抗菌活性和β-内酰胺酶稳定性？
• 为什么氨曲南的活性主要局限于需氧革兰氏阴性菌？
• 什么是碳青霉烯酶，它们为什么重要？

Key concepts

• 碳青霉烯核心
• 反式羟乙基侧链
• 单环β-内酰胺
• 氨曲南
• 广谱抗菌活性
• β-内酰胺酶稳定性
• 碳青霉烯酶
• 储备（最后一道防线）药物

Mechanisms

这两个亚类都通过共同的β-内酰胺机制使青霉素结合蛋白失活。碳青霉烯类药物的青霉烷硫原子被碳原子取代，以及其反式羟乙基侧链，赋予它们对大多数丝氨酸β-内酰胺酶水解的异常稳定性，并使其对许多革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和厌氧菌具有广谱抗菌活性，这使它们成为重要的储备药物（Papp-Wallace et al., 2011; Bush & Bradford, 2016）。单环β-内酰胺类药物缺乏融合的第二个环；氨曲南优先结合需氧革兰氏阴性菌的PBP3，这解释了其狭窄的抗菌谱以及对许多β-内酰胺酶的稳定性，同时保留了大部分革兰氏阳性菌和厌氧菌群。对碳青霉烯类药物的耐药性主要由碳青霉烯酶引起——包括丝氨酸碳青霉烯酶（例如KPC）和金属β-内酰胺酶（例如NDM-1）——通常与孔蛋白缺失相结合（Walsh et al., 2011; Bush & Bradford, 2016）。

Clinical relevance

碳青霉烯类药物是治疗严重感染的最后一道防线β-内酰胺类药物，而单环β-内酰胺类药物则说明了单环β-内酰胺如何实现狭窄的、以革兰氏阴性菌为重点的抗菌谱；两者对于抗菌药物管理和耐药性教学都至关重要。本条目旨在提供教育性指导，并非剂量或治疗建议的来源。

Epidemiology

产碳青霉烯酶肠杆菌科细菌的传播是全球主要的耐药性问题；IDSA的ESKAPE框架强调了碳青霉烯耐药革兰氏阴性病原体是一个优先解决的空白（Boucher et al., 2009），而NDM-1等金属β-内酰胺酶的国际传播则凸显了碳青霉烯耐药性在不同地区之间传播的速度之快（Walsh et al., 2011）。

Evidence & guidelines

碳青霉烯类和单环β-内酰胺类药物的使用和报告依赖于EUCAST和CLSI等机构的标准化药敏试验和折点，而碳青霉烯酶流行病学监测为抗菌药物管理重点提供信息；本概述总结了药物类别特性，而非任何具体的指南。

History

碳青霉烯类药物起源于天然产物硫霉素，其不稳定性导致了亚胺培南以及后来更稳定的药物如美罗培南的开发（Papp-Wallace et al., 2011）。单环β-内酰胺类药物围绕天然存在的单环β-内酰胺骨架开发，产生了作为革兰氏阴性菌选择性药物的氨曲南。在几十年内，碳青霉烯酶——包括KPC和金属酶NDM-1——出现并传播，侵蚀了碳青霉烯类药物的储备地位（Walsh et al., 2011）。

Key figures

• Krisztina Papp-Wallace
• Robert Bonomo
• Helen Boucher
• Timothy Walsh

Seminal works

• papp-wallace-2011
• walsh-2011-ndm

Frequently asked questions

为什么碳青霉烯类药物常被描述为广谱储备抗生素？

它们的碳青霉烯核心和侧链使其对大多数丝氨酸β-内酰胺酶稳定，并对多种细菌有效，因此它们常被保留用于治疗严重或耐药感染。

氨曲南与其他β-内酰胺类药物有何不同？

氨曲南是一种单环β-内酰胺类药物，只有一个β-内酰胺环；它选择性地作用于需氧革兰氏阴性菌，对革兰氏阳性菌和厌氧菌没有显著活性。