临床尤其兽医临床上滥用四环素类药物，以致细菌对四环素类的耐药现象颇为严重，一些常见病原菌的耐药率很高。四环素类药物(Tetracyclines,TCs)最早发现于20世纪40年代末，当时是一种很好的快速抑菌剂，高浓度时甚至有杀菌作用。抗菌谱广，对多种革兰氏阳性和阴性菌及立克次体属、支原体属、螺旋体等均有效。早在20世纪60-70年代即广泛应用。其中金霉素、四环素和土霉素鉴于其广谱、使用方便、经济等特点为兽医临床常用。细菌在体外对四环素的耐药性产生较慢，但同种之间呈交叉耐药，且在兽医临床上滥用该类药物，以致细菌对四环素类的耐药现象颇为严重，一些常见病原菌的耐药率很高。因而目前其临床效果受到一定的影响。
20世纪80年代后期缺乏新的作用研究，只是随着分子生物学的飞速发展，在细菌对TCs的耐药机制及耐药分子方面的研究较多。近年来，有一些新的抗菌作用之外的新的作用被发现。本文对四环素类药物、耐药机制、临床应用等方面做了综述。
(一)四环素类药物的发展史及未来展望
1.发展史。四环素类药物是由链霉菌产生或经半合成制取的一类碱性广谱抗生素。是快效抑菌剂,包括金霉素、土霉素、四环素及半合成多西环素,甲烯土霉素、二甲胺四环素及地美环素、美他霉素等均是氢化骈四苯的衍生物。金霉素(1948)和土霉素(1948)等几个天然抗生素于20世纪40年代后期首次发现，这就是第一批报道的四环素类成员。继后又开发了其他四环素，既有天然化合物[四环素(1953)、去甲金霉素(1965)]又有半合成产物[甲烯土霉素(1965)、多西环素(1967)、米诺环素(1972)]。尽管开发了约100种四环素，但仅有上述7种用于临床和兽医。这些已归类于第一代(1948-1957)和第二代(1965-1972)四环素。
2.展望。1981年Chopro等发表题为20世纪80年代初四环素类展望，综述中谈到四环素在人和兽医中使用的作用模式分子研究及其抗性基因和生化基础，对可能作为治疗剂引入的其他四环素类似物也进行了评价。后十年中四环素类治疗应用上的进一步改变，及我们对作用分子基础和耐药性的理解有很大提高。对四环类药物的研究又引起人们新的关注。
当药物分子进入体内后,处在一个生物大分子、金属离子和其他内源性、外源性物质包围的复杂环境之中.研究在复杂环境中药物分子的存在状态,对阐明药物在体内的运输、吸收、代谢等途径及药理作用有重要意义.
(二)临床应用
兽医临床上多用土霉素来治疗肠道多种病原菌感染。其临床应用有：治疗沙门氏菌引起的犊牛白痢雏鸡白痢及大肠杆菌性的仔猪黄痢、白痢；治疗鸡巴氏杆菌引起的禽霍乱；对猪喘气病和猪肺疫有效，与卡那霉素联合使用可提高疗效；局部应用于各动物组织中坏死杆菌感染引起的坏死或子宫脓肿炎症；可用于血孢子虫感染的牛边缘边虫病、泰乐焦虫病、钩端螺旋体病等；金霉素多用作饲料添加剂，用于动物促生长，也可用作局部用药如软化剂。由于药物化学结构相似，细菌又易产生耐药性，所以也易产生交叉耐药性。产生耐药性的原因，可能是细菌对本类抗生素的通透性下降，致使菌体内药物浓度低下，而达不到抑菌作用。
(三)体内过程、体内存在状态
1.体内存在状态。作为一种体内的生物大分子，白蛋白是血浆的主要蛋白。研究药物与白蛋白的作用,以及药物、金属离子、白蛋白相互竞争作用是药物动力学及临床药理学的主要内容,对搞清药物在体内中的存在状态十分必要，实验表明四环素类药物能与血浆蛋白结合,其结合率OTC为35%,TC为35.6%～55.0%。四环素类药物与金属离子的配合物再和生物大分子(BSA)作用时,随着BSA量的增加,吸光度逐渐降低,最后分解,金属离子的存在降低了药物与BSA的结合常数,而BSA又可分解药物与金属离子的配合物。研究体内一些小分子如氨基酸、维生素、配合剂等与药物以及与配合物的作用，发现这些小分子与药物不发生直接作用,但可与药物竞争共存的金属离子,使M-TC(OTC)配合物分解, 四环素类药物与Eu 、Zn, Zr、Cu等金属形成的配合物进入体内以后，血清可以使这些配合物分解。研究表明四环素类药物无论是配合物形式还是游离形式进入体内后,在复杂体液环境中都会以游离状态存在，尿中无配合物存在。
2.体内过程。各种四环素口服吸收的程度不同。土霉素，地美环素和四环素的吸收率60%～80%,多西环素和米诺环素的吸收率达90%或更高。食物会影响四环素类的吸收,但多西环素和米诺环素除外。含铝、钙和镁的抗酸剂,或含铁制剂都会减少四环素类的吸收。土霉素和四环素的血浆半衰期约8h；地美环素13h；多西环素和米诺环素为16～20h。
四环素类可穿透进入大多数组织和体液,但脑脊液中的水平达不到可靠的治疗浓度。米诺环素因有高度脂溶性,是唯一能进入眼泪和唾液中的四环素,其浓度之高足以消灭脑膜炎双球菌的带菌状态。除多西环素外,所有四环素类主要经肾小球滤过从尿中排出,当肾功能不全时血中浓度会升高。多西环素主要经粪便排出。所有的四环素类均有部分从胆汁排泄,故在胆道中浓度较高,因此它们能被部分重新吸收。
四环素与土霉素口服易吸收，但不完全，四环素吸收较土霉素好，2～4h血药浓度可达高峰，t1/2约为8.5h，土霉素血药浓度较低，t1/2为9.6h，由于四环素类能与多价阳离子如Mg2+、Ca2+、Al3+及Fe2+等起络合作用，因而含这些离子的药物和食物均可妨碍其吸收。饭后服盐酸四环素较空腹服用时血药浓度低50%左右；铁剂可使四环素的吸收率下降40%～90%，如需要两药合用，服药时间应相隔3h。胃液中酸度高时，药物溶解完全，吸收较好。此外，口服四环素与土霉素吸收量有一定限度。服药量超过0.5g以上，血药浓度并不随剂量增加而提高，只增加粪便中的排泄量。
吸收后广泛分布于各组织中，并能沉积于骨及牙组织内。它们与血浆蛋白结合率为20%～30%，因此四环素容易渗入胸腔、腹腔、胎儿循环及乳汁中，但不易透过血脑屏障，脑脊液中的药物浓度一般仅为血药浓度的1/10。四环素、土霉素主要以原形经肾小球过滤排出，故尿药浓度较高，有利于治疗尿路感染。土霉素口服排泄快，且较完全，排泄量可达60%～70%。四环素排泄量较少，在20%～30%。本类药物经肝浓缩排入胆汁，形成肝肠循环。胆汁中药物浓度为血药浓度的10～20倍。
多西环素脂溶性较大，因此口服吸收快而完全，分布于全身，脑脊液中浓度也较高。强力霉素的吸收不受食物的影响。药物大部经胆汁排入肠道又可再吸收，经肾小管时也可再吸收，因此t1/2长达20h，可维持有效血药浓度24h以上。一般细菌性感染每日服药一次即可。药物小部分从肾排泄。大部分以结合或络合的无活性代谢产物由粪便排泄，故对肠道菌群无影响，肾功能不全时仍可使用。
(四)耐药性
细菌对四环素类抗生素的耐药机制主要有两点：一由质粒介导或转座子的排出泵系统；二由质粒或转座子编码的核糖体保护因子的表达。 大肠杆菌和其他肠杆菌科细菌的耐药性主要通过耐药质粒介导，并可传递、诱导其他敏感细菌转成耐药，带耐药质粒细菌的细胞膜对四环素类药物摄入减少或泵出增加：另一种耐药机制是核糖体保护，它作为一种耐药机制最早在链球菌发现,具用核糖体保护基因的细菌对四环素、米诺环素、多西环素中度耐药。目前在革兰氏阳性和革兰氏阴性病原菌中已有8类核糖体保护基因被鉴别出来(包括otrA,最初发现于土霉素产生菌龟列链霉菌。最近，在链霉菌和分枝杆菌临床分离株也有发现。核糖体保护蛋白与最早发现的TetM有大约40%氨基酸序列同源。根据氨基酸序列可将核糖体保护蛋白分为4类:TetM、TetO和TetS(I类);OtrA和TetB(P)(类);TetQ和TetT(类);TetU(一种独特的蛋白质,最早发现于粪肠球菌,与核糖体保护蛋白家族的其他成员<20%氨基酸相同)。家族内基因序列的相似性有益于开发类型特异性多聚酶链氏反应(PCR)引物。所有的核糖体保护蛋白在N末端有一段与延伸因子EF-G和EF-Tu同源的G区。四环素作用于EF-Tu促使氨酰-tRNA进入A位的阶段。TetM不能与四环素竞争结合在A位,而是促进被结合的四环素移位,使游离态四环素在37℃条件下的半衰期从70s减少到5s。抗生素的全部释放需要GTP水解,TetM在促进四环素游离时是单独起作用或与EF-G一同起作用尚不清楚。在含有TetM或TetO的细胞中,当与亚抑制浓度的四环素过量接触时,四环素的MIC升高。TetM或TetO的表达在转录水平受调控,不同于四环素外(作用未定)也与tetQ的转移性有关。几乎所有的拟杆菌科细菌(80%～90%)对四环素类耐药,且大多数含有tetQ基因;一些四环素耐药性解脲拟杆菌具有tetM相关性决定子。另一些厌氧菌(动弯杆菌)具有TetO或TetQ耐药决定子。产气荚膜梭菌同时利用核糖体保护(tetB(P)或tetM)和外排泵(tetA(P),tetK,tetL)机制对四环素耐药。核糖体保护耐药决定子典型地与可动性遗传因子结合,且可能来源于四环素产生菌,核糖体保护蛋白与参与蛋白质合成的内源酶具有相似性。同源重组导致的进化产生了镶嵌的tetM基因。在革兰氏阴性菌中,miaA和rpsL突变降低了TetM或TetO介导的四环素耐药水平,MiaA修饰tRNA紧邻反密码子的37位的腺苷酸;rpsL编码30S亚基的S12蛋白。两种突变影响反密码子和密码子的相互作用,修饰的tRNA堆叠较好,加强与密码子的结合,而S12蛋白通过与16SRNA的接触,间接稳定位于A位的氨基酸-tRNA?Ef-Tu?GTP。上述结果与四环素类的作用机制一致,且表明核糖体保护蛋白的作用位点接近或位于核糖体上的延伸因子结合位点。
质粒介导或细菌细胞膜通透性降低，耐药性产生较慢，同类品种可呈交叉耐药。四环素拟杆菌具有tetX基因,编码一种44kDa的依赖于NADPH的酶,通过氧化反应使四环素失活。已在2种紧密相关的肠杆菌转座子(也携带erm)上发现tetX。TetX只有在厌氧条件下起作用,在肠杆菌中不起作用。外排泵及通透性的改变四环素与核糖体结合阻止tRNA与核糖体结合而抑制细菌的生长。tetM和tetO基因是肺炎链球菌的四环素耐药基因,tetM位于转座子Tn1545和Tn5251上。tet基因编码的蛋白质TetM和TetO利磷酸鸟苷供能使四环素从核糖体释放下来,从而导致细菌耐药。抗生素的主动外排耐药机制是在1980年分别由Ball和McMurry在研究大肠埃希氏菌对四环素的耐药性时同时发现的。细胞的外排系统为主动耗能过程，能量来源为质子移动力(protonmotiveforce,PMF)。PCR分析表明tetM和tetO是四环素类药物耐药的基因。最近的四环素耐药研究也表明tetK基因仅对四环素耐药而对minocycline是敏感的，而tetM基因则对所有四环素类药物耐药。tetK基因在MSSA 分离株里最为普遍存在，而tetM基因MRSA分离株里普遍存在，体外试验表明，所有携带tetM基因的分离菌对四环素和美他环素菌耐药，而tetK基因和tetM基因两者都具有的菌种比那些只带一种的MIC值高。一项研究表明如果在四环素流出蛋白TetB的8位跨膜螺旋上的Gly-247被天门冬氨酸或天门冬酰胺取代则失去其四环素耐药性。
克服其耐药性问题
为了克服其耐药性问题,人们做了如下探索。(1)天然物筛选：从dactylosporangium发酵液中分离出4种dactylocycline,都是在6位连有糖的四环素,只对耐四环素的革兰氏阳性菌有作用,去掉糖的甙元仍与四环素交叉耐药。(2)结构修饰寻找半合成四环素发现在四环素的9位上连有二甲基甘氨酰氨基的甘氨酰四环素(glycylcycline),其中DMG-MINO与DMG-DMDOT对起源于核糖体保护与外排机制的耐药菌都有作用,动物试验也显示良好疗效。叔丁基甘氨酰米诺环素tigilcycline(TBG-MINO,GRA-936)对临床重要致病菌(包括耐四环素、糖肽与氟喹诺酮的革兰氏阳性菌)有广泛的活性,抗MRSA、PRSP、VRE作用优于万古霉素、synercid与linezolid,在≥0.12μg/ml的低浓度下,即可抑制四环素的高度耐药菌(MIC≤128μg/ml)。口服吸收良好,T1/2长达36h。现在较少采用传统的方法筛选,各国学者致力于将随机的经典式筛选转变为目标明确的理性筛选,运用抗生素作用机制、耐药原理和分子药理学与病理学等新成就,创建新的筛选模型,利用高新技术建立自动、快速、高通量的筛选程序。不久的将来相信通过基因工程、细胞工程等技术构建工程菌株,运用电子计算机辅助设计和组合化学等手段将有可能获取新化合物。重要致病菌基因组的解明将促进新四环素类抗菌药的探索。
(五)药物相互作用与不良反应
四环素类药物是一种络血剂，能与二价，三价阳离子(如钙、铁、镁铝等)形成难溶性络合物，使吸收减少；碳酸氢钠使胃液pH值升高，溶解度降低，吸收率下降，肾小管重吸收减少，排泄加快；与H2受体阻断药合用使吸收减少。
四环素类药物大多数的直接毒性作用是由其药物刺激性、蛋白合成抑制以及骨趋向性引起。本类药物常用其盐酸盐，具有刺激性，引起胃肠反应，肌内注射可产生局部炎症；口服四环素类抗生素后，在剂量过大或使用时间稍长时，极易引起动物消化机能失常，造成肠炎和腹泻，并形成二重感染。四环素类药物抗菌谱广，进入肠道，敏感菌受到抑制，不敏感或耐药菌如真菌、大肠杆菌、变形杆菌、绿脓杆菌、魏氏梭菌趁机繁衍，致使肠道菌群紊乱，产生新的感染菌原。为防止消化机能障碍的发生，成年草食动物及反刍动物均不宜口服给药。同时也应注意，大剂量或长时间注射给药也能招致动物的消化机能失常。患畜二重感染时应先注意真菌的危害，必要时应用制霉菌素等加以治疗；长期大量口服或静脉给予大剂量四环素类药物时，可损害肝脏，引起肝脂量增高及细小脂肪变性，因药物沉积于肝细胞线粒体，干扰脂蛋白的合成和甘油三酯的输出，引起肝脏的脂肪变性甚至是脂肪肝；四环素能影响骨骼的生长，沉积于婴幼儿的牙组织又能透过胎盘，与金属形成的络合物被机体吸收后会导致骨骼障碍，生长停滞，在人可引起牙齿黄染、龋齿等；四环素类药物菌可引起药物热、皮疹等，偶可发生血管神经性水肿、丘疱疹及轻度剥脱性皮炎，哮喘发作或伴休克样症状，去甲金霉素还可引起光敏性皮炎；另长期大量使用四环素类药物还可能引起肠内合成维生素B族和维生素K的细菌受到抑制，从而引起维生素B2及K的缺乏，因而可引起舌炎、口角炎等维生素缺乏症。
