抗生素，又称为抗菌素，是指由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。临床常用的抗生素有微生物培养液中的提取物以及用化学方法合成或半合成的化合物。 [1]
- 中文名
- 抗生素
- 外文名
- antibiotic
- 别 名
- 抗菌素
- 作 用
- 主要治疗微小病原体等引起的感染
- 种 类
- 喹诺酮类、β-内酰胺类、大环内酯类等 [1]
- 其他用途
- 部分抗生素可用于抗肿瘤或免疫抑制
很早以前，人们就发现某些微生物对另外一些微生物的生长繁殖有抑制作用，并把这种现象称为抗生。随着科学的发展，人们终于揭示出抗生现象的本质，从某些微生物体内找到了具有抗生作用的物质，并把这种物质称为抗生素，如青霉菌产生的青霉素、灰色链丝菌产生的链霉素等。后来，人们进一步完善了抗生素的定义，即：由某些微生物在生活过程中产生的、对某些其他病原微生物具有抑制或杀灭作用的一类化学物质。 [2]
由于最初发现的一些抗生素主要对细菌有杀灭作用，所以抗生素也一度被称为抗菌素。但是随着抗生素的不断发展，抗病毒、抗衣原体、抗支原体，甚至抗肿瘤的抗生素也纷纷被发现并应用于临床，显然称为抗菌素就不妥了，于是称为抗生素的名称就显得更加符合实际了。 [3]
1929年，英国细菌学家弗莱明在培养皿中培养细菌时，发现从空气中偶然落在培养基上的青霉菌长出的菌落周围没有细菌生长，他认为是青霉菌产生了某种化学物质，分泌到培养基里抑制了细菌的生长。这种化学物质便是最先发现的抗生素——青霉素。 [4]
在第二次世界大战期间，弗莱明和另外两位科学家——弗洛里、钱恩经过艰苦的努力，终于把青霉素提取出来制成了制服细菌感染的物资药品。因为在战争期间，防止战伤感染的药品是十分重要的战略物资。所以，美国把青霉素的研制放在同研制原子弹同等重要的地位。 [4]
1947年，美国微生物学家瓦克斯曼又在放线菌中发现、并且制成了治疗结核病的链霉素。 [4]过去了半个多世纪，科学家已经发现了近万种抗生素。不过它们之中的绝大多数毒性太大，因此适合作为治疗人类或牲畜传染病的药品还不到百种。后来人们发现，抗生素并不止能抑制微生物生长，有些还能够抑制寄生虫的生长，有的能够除草，有的可以用来治疗心血管病，还有的可以抑制人体的免疫反应，进而应用在器官移植手术中。 [4]
在20世纪90年代以后，科学家们把抗生素的定义范围扩大并给出了一个新的名称：生物药物素。 [5]
麻省理工学院研究人员使用AI系统发现一种超强抗生素halicin [14]，这是首个由人工智能发现的抗生素 [15]。这项研究成果于2020年2月20日发表在《细胞》上，并登上了当期杂志封面 [14]。
1877年，Pasteur和Joubert首先认识到微生物产品有可能成为治疗药物，他们发表了实验观察，即普通的微生物能抑制尿中炭疽杆菌的生长。 [2]
1928年，弗莱明爵士发现了能杀死致命的细菌的青霉菌。青霉素治愈了梅毒和淋病，而且在当时没有任何明显的副作用。 [2]
1956年，礼来公司发明了万古霉素，它被称为抗生素的最后武器。因为它对G+细菌细胞壁、细胞膜和RNA有三重杀菌机制，不易诱导细菌对其产生耐药。 [2]
1980年代，喹诺酮类药物出现。和其他抗菌药不同，它们破坏细菌染色体，不受基因交换耐药性的影响。 [2]
按照其化学结构，抗生素可以分为：喹诺酮类抗生素、β-内酰胺类抗生素、大环内酯类、氨基糖苷类抗生素等。
而按照其用途，抗生素可以分为抗细菌抗生素、抗真菌抗生素、抗肿瘤抗生素、抗病毒抗生素、畜用抗生素、农用抗生素及其他微生物药物（如麦角菌产生的具有药理活性的麦角碱类，有收缩子宫的作用）等。
根据其种类的不同，抗生素的生产有多种方式，如青霉素由微生物发酵法进行生物合成，磺胺、喹诺酮类等，可用化学合成法生产；还有半合成抗生素，是将生物合成法制得的抗生素用化学、生物或生化方法进行分子结构改造而制成的各种衍生物。 [4]
抗生素产生杀菌作用主要有4种机制，即：抑制细菌细胞壁的合成、与细胞膜相互作用、干扰蛋白质的合成以及抑制核酸的复制和转录。 [6]
细菌的细胞壁主要由多糖、蛋白质和类脂类构成，具有维持形态、抵抗渗透压变化的重要功能。 [12]因此，抑制细胞壁的合成会导致细菌细胞破裂死亡；而哺乳动物的细胞因为没有细胞壁，所以不受这些药物的影响。这一作用的达成依赖于细菌细胞壁的一种蛋白，通常称为青霉素结合蛋白（PBPs），β内酰胺类抗生素能和这种蛋白结合从而抑制细胞壁的合成，所以PBPs也是这类药物的作用靶点。以这种方式作用的抗菌药物包括青霉素类和头孢菌素类，但是频繁的使用会导致细菌的抗药性增强。 [6]
一些抗菌素与细胞的细胞膜相互作用而影响膜的渗透性，使菌体内盐类离子、蛋白质、核酸和氨基酸等重要物质外漏，这对细胞具有致命的作用。但细菌细胞膜与人体细胞膜基本结构有若干相似之处，因此该类抗生素对人有一定的毒性。以这种方式作用的抗生素有多粘菌素和短杆菌素。 [6]
干扰蛋白质的合成意味着细胞存活所必需的酶不能被合成。以这种方式作用的抗生素包括福霉素（放线菌素）类、氨基糖苷类、四环素类和氯霉素。蛋白质的合成是在核糖体上进行的，其核糖体由由50S和30S两个亚基组成。其中，氨基糖苷类和四环素类抗生素作用于30S亚基，而氯霉素、大环内酯类、林可霉素类等主要作用于50S亚基，抑制蛋白质合成的起始反应、肽链延长过程和终止反应。 [6]
抑制核酸的转录和复制，可以抑制细菌核酸的功能，进而阻止细胞分裂和/或所需酶的合成。以这种方式作用的抗生素包括萘啶酸和二氯基吖啶，利福平等。 [6]
抗生素能选择性地作用于菌体细胞DNA、RNA和蛋白质合成系统的特定环节，干扰细胞的代谢作用，妨碍生命活动或使停止生长，甚至死亡，而不同于无选择性的普通消毒剂或杀菌剂。其抗菌活性主要表现为抑菌、杀菌和溶菌三种现象。 [7]
抗生素的作用具有选择性，不同抗生素对不同病原菌的作用不一样。对某种抗生素敏感的病原菌种类称为该抗生素的抗生谱（抗菌谱）。仅对单一菌种或属有抗菌作用，这类抗生素称为窄谱抗菌素，如青霉素只对革兰氏阳性菌有抑制作用。不仅对细菌有作用，而且对衣原体、支原体、立克次体、螺旋体及原虫有抑制作用，这类抗生素称为广谱抗菌素，如四环素族（金霉素、土霉素等）对革兰氏阳性和阴性、立克次体以及一部分病毒和原虫等都有抑制作用。 [7]
抗生素是一种生理活性物质。各种抗生素一般都能在很低浓度下对病原菌就发生作用，这是抗生素区别于其他化学杀菌剂的又一主要特点。各种抗生素对不同微生物的有效浓度各异，通常以抑制微生物生长的最低浓度（MIC）作为抗生素的抗菌强度，简称有效浓度。有效浓度越低，表明抗菌作用越强。有效浓度在100mg/L以上的是作用强度较低的抗生素，有效浓度在1mg/L以下的是作用强度高的抗生素。 [7]
抗生素对人和动植物的毒性小于微生物，称为选择性毒力。其对敏感微生物有专性拮抗作用，而且作用很强，一万倍以上的稀释液仍有显著的抑菌和杀菌效果。 [7]
抗生素引起的不良反应非常常见。发生过敏反应的主要原因是患者个体体质、药物本身、药物中有杂质，也可能是药物的代谢产物所以引起的。过敏类型主要包括：①过敏性休克；②溶血性贫血；③血清病、药物热；④未分型的过敏反应：临床主要表现为皮疹、血管神经性水肿、固定性红斑、重症红斑等，如青霉素类、四环素类、链霉素及林可霉素等。 [8-9]
抗生素引起的毒性反应能够导致机体功能或者组织结构发生改变，导致机体生理和功能改变，常与用药剂量和用药时间过长有关系，特别是化疗指数低的药物，安全范围小，容易导致毒性反应。
主要包括：
序号 | 反应 |
|---|---|
1 | 神经系统毒性反应 |
2 | 耳毒性、肾毒性 |
3 | 肝脏毒性 |
4 | 血液系统方面毒性 |
5 | 免疫系统毒性 |
6 | 其次还有胃肠道毒性、心脏毒性反应等，导致患者发生胃肠道反应、心律失常、心肌损害等 [8-9] |
特异质反应发生在少数患者中，常常与遗传因素有关系。由于先天遗传导致的对某些药物异常的敏感，与药物固有的药理作用基本一致。大多是机体缺乏某种酶引起，使药物在体内代谢受阻所致。如氯霉素和两性霉素B进入红细胞内，能够使血红蛋白转变为变性的血红蛋白；而对于该酶系统正常的患者服药后不会产生此类反应。 [8-9]
大剂量或者长期应用抗生素，特别是应用广谱抗生素，当敏感菌被杀灭或者被抑制，其他不敏感菌借机会大量生长繁殖。引起新感染的细菌可以是在正常情况下对身体无害的寄生菌，由于菌群改变，其他能抑制该菌生长的无害菌为药物所抑杀后转变为致病性菌，或者也可以是原发感染菌的耐药菌株。使用广谱抗生素时较易发生的二重感染有：难辨梭状芽胞杆菌肠炎、霉菌性肠炎、口腔霉菌感染、白色念珠菌阴道炎等导致二重感染。 [8-9]
抗生素的使用要依据抗生素的适应症进行选用，主要选用原则如下：
①根据病原菌的种类、感染性疾病的临床症状和药物的抗菌谱来选择合适的抗生素。
②根据感染部位和药动学来选择抗生素。抗生素在体内要发挥杀菌或者抑菌作用，必须在靶组织内达到有效的药物浓度，所以根据抗生素在感染部位的浓度高低、维持时间等方面进行选用。
③根据患者的生理、病理和免疫状况来选药，因为上述因素会影响到药物的作用。不同的患者应用的抗生素有所区别。妊娠期和哺乳期妇女要避免应用导致畸形和影响新生儿发育的药物。 [8]
抗菌药物应用的剂量与给药次数要适当，疗程要足够；剂量过小或者疗程过短会影响疗效还能导致细菌容易产生耐药性，剂量过大或者疗程过长不但导致浪费还引起不良反应。 [8]
抗生素的预防性应用约占抗生素使用量的40%左右，而实际上有应用价值的占少数，错误的使用抗生素用于病毒性感染甚至会引起耐药性产生或者发生继发性感染。所以，要严格预防性抗生素的应用，以下几种情况可预防性应用抗生素：采用苄星青霉素、青霉素V等清除咽喉部及其他部位的溶血性链球菌防治风湿热的发作；在流行性脑脊髓膜炎流行时，可用磺胺嘧啶口服做预防性用药；风湿性或者先天性心脏病患者进行口腔、尿路手术前，用青霉素等预防感染性心内膜炎发生；外伤、战伤、闭塞性脉管炎患者在行截肢手术时，可用青霉素预防气性坏疽；结肠手术前用甲硝唑、庆大霉素预防厌氧菌感染。 [8]
联合用药的目的是提高疾病治疗效果，减少细菌耐药性，同时减少不良反应发生，扩大抗菌范围。但是，要严格掌握联合应用抗生素的指征，如单一抗生素不能控制的混合型感染，如腹部脏器损伤导致的腹膜炎；单一抗生素不能控制的严重感染，如脓毒症、败血症等严重感染；应用单一抗生素不易渗入到的感染部位，如结核感染等；病原体尚没有确定的重型感染等，如果长时间治疗，病原体可能导致耐药发生，要联合用药。具体联用原则可参考相关书籍或文献，或遵医嘱。 [8]
人类发现并应用抗生素，是人类的一大革命。但随着抗生素在临床上的广泛使用，很快便出现了耐药性，不仅使抗生素的使用出现了危机，而且“超级耐药菌”的出现使人类的健康又一次受到了严重的威胁。 [1]
医学研究者指出，每年在全世界大约有50%的抗生素被滥用，而中国这一比例甚至接80%。在中国，印度和巴基斯坦等国，抗生素通常不需要处方就可以轻易买到，这在一定程度上导致了普通民众滥用、误用抗生素。而当地的医生在治疗病人时就不得不使用药效更强的抗生素，这再度导致了病菌产生更强的抗药性。正是由于药物的滥用，使病菌迅速适应了抗生素的环境，各种“超级病菌”相继诞生。
细菌对抗生素（包括抗菌药物）的抗药性主要有5种机制：使抗生素分解或失去活性，即：细菌产生一种或多种水解酶或钝化酶来水解或修饰进入细菌内的抗生素使之失去生物活性；使抗菌药物作用的靶点发生改变，即：由于细菌自身发生突变或细菌产生某种酶的修饰使抗生素的作用靶点（如核酸或核蛋白）的结构发生变化，使抗菌药物无法发挥作用；细胞特性的改变，即：细菌细胞膜渗透性的改变或其它特性的改变使抗菌药物无法进入细胞内；细菌产生药泵将进入细胞的抗生素泵出细胞，即：细菌产生的一种主动运输方式，将进入细胞内的药物泵出至胞外；改变代谢途径，如：如磺胺药与对氨基苯甲酸（PABA），竞争二氢喋酸合成酶而产生抑菌作用。再如，金黄色葡萄球菌多次接触磺胺药后，其自身的PABA产量增加，可达原敏感菌产量的20~100倍，后者与磺胺药竞争二氢喋酸合成酶，使磺胺药的作用下降甚至消失。 [1]
此外，由于抗生素滥用造成的DNA污染也是促成“超级细菌”的另一主要因素。细菌耐药基因的种类和数量增长速度之快，是无法用生物的随机突变来解释的。细菌不仅可以在同种内，而且可以在不同的物种之间交换基因，甚至能够从已经死亡的同类散落的DNA中获得基因。因而，耐药基因在细菌间快速传播，进一步的促使了“超级病菌”的产生。
抗生素在杀灭病原菌的同时也会对人体造成损害。药物经口腔入胃、经肠道吸收入血输送到人体的各个细胞中，而只有到达病灶部位的药物才对病原菌能起到杀菌的作用，其它组织中的药物不但没有起到杀菌的作用，反而代谢产物要经肝肾排出体外，对肝肾等脏器有一定的损害作用，如氯霉素、林可霉素、四环素、红霉素等，都需要在肝内代谢。 [10]
此外，许多抗生素如青霉素、链霉素等药物可引起变态反应，如过敏性休克，从轻微皮疹、发热到造血系统抑制等，甚至也会损害神经系统，如中枢神经系统、听力、视力、周围神经系统病变以及神经肌肉传导阻滞作用等。 [10]
最后，抗生素的滥用也有可能引起菌群的失调、延误疾病的治疗。由于受到抗生素的影响，正常菌群中各种细菌的种类和数量都会发生变化。严重的菌群失调可以导致机体出现一系列临床症状，主要见于长期应用广谱抗生素治疗的患者，其体内对抗生素敏感的细菌被大量杀灭，而不敏感的细菌，如金葡菌、白色念珠菌等则乘机繁殖，引起假膜性肠炎、白色念珠菌性肺炎等，也就是临床上所谓的二重感染，进而给疾病的治疗带来很大的麻烦，产生严重的不良后果。 [10]
抗生素（antibiotics）是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生命过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物，能干扰其他细胞发育功能的化学物质。回顾其发展历史，随着对微生物研究的不断发展，人们也有了越来越多的新发现。
随着抗生素的广泛使用甚至滥用，目前细菌对抗生素的耐药性问题已十分严重，抗生素耐药性正在对全球健康构成威胁。因此，发展新型抗生素势在必行。基于不同机制的新型抗生素正处于研发的不同阶段。另外，由于生物技术的迅猛发展，促进了抗体药物，抗菌多肽类药物的研发，成为抗生素领域的新生力量。这些新型抗生素的研发，有望在解决临床抗生素耐药性的同时，也为病原微生物的防治提供新途径。 [11]
