第一部分 细菌药物外排泵：结构与转运机制 3
第1章 RND外排泵的结构与转运机制 3
1.1 前言 4
1.2 RND多重药物外排转运蛋白的晶体结构 5
1.2.1 来源于大肠杆菌的AcrB 5
1.2.2 铜绿假单胞菌的MexB 7
1.2.3 淋病奈瑟菌的MtrD 8
1.2.4 大肠杆菌的CusA 8
1.2.5 来源于耐重金属根瘤菌的ZneA 9
1.3 药物识别机制 9
1.4 蛋白移位途径和能量偶联机制 10
1.5 底物转运通路 10
1.6 多药外排蠕动泵机制 11
1.7 三重外排泵复合体的结构 12
1.8 结语 12
致谢 13
参考文献 13
第2章 MFS和MATE外排泵的结构和功能 19
2.1 前言 20
2.2 MFS 20
2.3 MATE家族 22
2.3.1 真核生物的MATE转运蛋白 22
2.3.2 真细菌中的MATE转运蛋白 23
2.3.3 MATE转运蛋白的基本结构 24
2.3.4 保守氨基酸 25
2.3.5 MATE转运蛋白和离子耦合 25
2.4 结语 26
致谢 26
参考文献 27
第3章 小多重耐药外排泵 33
3.1 前言 34
3.2 SMR家族多样性 34
3.2.1 SMP子类 36
3.2.2 SUG子类 37
3.2.3 PSMR子类成员 38
3.3 SMR转运体结构分析 38
3.3.1 SMR转运体拓扑学 39
3.3.2 SMR转运体多聚化 40
3.3.3 SMR转运蛋白脂质依赖性 40
3.3.4 SMR转运蛋白配体结合 41
3.4 SMR外排泵的运输机制 42
3.5 SMR外排泵耐药性 43
3.5.1 自然SMR底物和潜在功能 43
3.5.2 临床意义和致病性 44
3.6 结语 44
参考文献 45
第4章 ABC外排泵的结构与运输机制 57
4.1 前言 58
4.2 多药转运蛋白 58
4.2.1 同型异构体 58
4.2.2 异源二聚体 59
4.2.3 具有不同拓扑的其他药物ABC输出蛋白 59
4.3 核苷酸结合域的结构，相似基序和ATP三明治二聚体 60
4.4 全部药物输出蛋白的结构 61
4.5 交替进入机制 62
4.6 药物结合位点 63
4.7 多重药物转运蛋白中的基础ATP酶活性 64
4.8 多重药物转运蛋白的运输机制和结构灵活性 64
4.8.1 ATP开关模型 65
4.8.2 恒定接触模型 66
4.9 结语 66
参考文献 67
第5章 双层细胞膜中的多重药物外排泵 79
5.1 前言 80
5.2 革兰氏阴性菌中外膜蛋白的多样性和分布 81
5.3 外膜蛋白通道的结构和组装 82
5.4 外膜蛋白分子的转运机制 83
5.5 膜融合蛋白：连接外膜和内膜 83
5.5.1 膜融合蛋白的结构 84
5.5.2 膜融合蛋白和其他复合物之间的相互作用 85
5.6 构象改变和效应分子 87
5.7 对完整泵结构的理解 88
5.8 外排泵和药物外排的动力学和能量学 90
5.9 跨膜药物外排的拟定机制 91
5.10 非对称外排复合物 92
5.11 结语 93
致谢 93
参考文献 93
第二部分 药物抗性中的细菌外排泵：底物、调控和临床意义 107
第6章 细菌耐药性：药物外排泵机制和作用概述 107
6.1 前言 108
6.2 耐药性的起源和演变 108
6.3 耐药性的分子和生化机制 110
6.3.1 阻止药物进入：减少流入和增加排出 113
6.3.2 药物失活 117
6.3.3 药物靶标改变，保护和过表达 118
6.3.4 代谢途径的干扰 120
6.3.5 前体药物活性丧失 120
6.4 药物外排泵与其他抗性机制之间的相互作用 120
6.4.1 外排泵之间的相互作用 121
6.4.2 外排泵与膜渗透性屏障之间的相互作用 121
6.4.3 外排泵与药物失活过程之间的相互作用 121
6.4.4 外排泵与药物靶标修饰之间的相互作用 122
6.5 结语 122
致谢 122
参考文献 122
第7章 金黄色葡萄球菌中的药物外排泵 136
7.1 前言 137
7.2 主要主动转运蛋白 140
7.2.1 ATP结合盒超家族 140
7.2.2 ABC转运蛋白：Sav1866 141
7.3 次要主动转运蛋白 141
7.3.1 主要辅助超家族 141
7.3.2 MFS转运蛋白：QacA和QacB 143
7.3.3 多药及毒性化合物外排家族 144
7.3.4 MATE转运蛋白：MepA 145
7.3.5 小多重耐药家族 145
7.3.6 SMR转运蛋白：QacC 147
7.4 葡萄球菌药物外排泵的调节 147
7.5 结语 149
致谢 149
参考文献 150
第8章 其他革兰氏阳性菌中的药物外排泵 163
8.1 前言 164
8.2 枯草芽孢杆菌 165
8.3 艰难梭菌 166
8.4 产单核细胞李斯特菌 167
8.5 乳酸乳球菌 168
8.6 肠球菌属 169
8.7 链球菌属 170
8.7.1 肺炎链球菌 170
8.7.2 无乳链球菌 171
8.7.3 变形链球菌 171
8.8 结语 174
致谢 175
参考文献 175
第9章 大肠杆菌中的药物外排泵 184
9.1 前言 185
9.2 关于质粒编码的四环素耐药泵和染色体多重药物外排系统发现的历史观点 185
9.3 染色体和质粒编码的药物外排系统及其在大肠杆菌中的功能 186
9.3.1 药物外排蛋白的基因组和功能分析 186
9.3.2 RND超家族外排泵 192
9.3.3 MFS外排泵 194
9.3.4 ABC超家族外排泵 196
9.3.5 MATE家族外排泵 197
9.3.6 SMR家族外排泵 197
9.3.7 其他家族的外排泵 198
9.4 大肠杆菌外排泵表达的调控 198
9.4.1 RND泵 198
9.4.2 非RND外排泵 200
9.5 药物进入大肠杆菌：药物流入和外排之间的竞争 200
9.6 AcrAB-TolC泵的动力学 201
9.7 结语 202
致谢 202
参考文献 202
第10章 沙门氏菌抗菌药物的外排泵 223
10.1 前言 224
10.2 沙门氏菌中的AcrAB外排泵 224
10.3 根据基因组信息鉴定沙门氏菌药物外排泵 226
10.4 质粒介导的氟喹诺酮类药物外排泵 227
10.5 沙门氏菌药物外排泵的毒力作用 228
10.6 沙门氏菌药物外排泵的生理功能 228
10.7 沙门氏菌药物外排泵的调节 229
10.8 多种药物的多药外排泵调节基因——RamR的结构 230
10.9 结语 231
致谢 232
参考文献 232
第11章 肠杆菌和克雷伯氏菌的抗菌药物外排泵 240
11.1 引言 241
11.2 产气肠杆菌和肺炎克雷伯氏菌临床分离株的外排和耐药性 241
11.2.1 产气肠杆菌和肺炎克雷伯氏菌：革兰氏阴性菌感染和抗菌素耐药性的相关性 241
11.2.2 外排机制、耐药现状及相关耐药机制的首次描述 242
11.2.3 抗药性以外，产气肠杆菌和肺炎克雷伯氏菌外排泵的其他功能 244
11.3 外排在抗生素耐药中的调控及其作用 245
11.3.1 转录激活因子的正调控 245
11.3.2 其他调节子 247
11.3.3 化学效应物或感应器 247
11.3.4 模型和级联反应调控 247
11.4 药物外排活性 248
11.4.1 用于检测和表征外排的方法 248
11.4.2 EPIs对抗产气肠杆菌和肺炎克雷伯氏菌外排泵的实例 250
11.5 结语 250
致谢 251
参考文献 251
第12章 弧菌和军团菌的耐药性和外排泵 262
12.1 引言 263
12.2 耐药性和主要耐药机制 263
12.3 弧菌和军团菌的药物外排泵 264
12.3.1 霍乱弧菌 265
12.3.2 副溶血性弧菌 269
12.3.3 其他弧菌 271
12.3.4 嗜肺军团菌 271
12.4 结语 273
致谢 273
参考文献 273
第13章 不动杆菌的耐药性和外排泵 281
13.1 引言 282
13.2 鲍氏不动杆菌：一种全球多重耐药病原体 282
13.2.1 多重药耐药分离株的出现和流行 282
13.2.2 耐药的分子及生物化学机制 283
13.3 不动杆菌属的药物外排泵 285
13.3.1 RNA外排泵 286
13.3.2 MFS和MATE外排泵 289
13.3.3 SMR外排泵 290
13.3.4 PACE外排泵 291
13.4 药物外排泵表达的调控 291
13.4.1 RND泵 291
13.4.2 非RND泵 292
13.5 过量产生外排泵菌株的流行和外排泵抑制剂对药物抗性的影响 292
13.6 结语 294
13.7 附录中的证明 294
致谢 294
参考文献 294
第14章 绿脓杆菌中的抗菌药物外排泵 308
14.1 引言 309
14.2 绿脓杆菌染色体MDR外排泵的历史观点 309
14.3 绿脓杆菌抗菌药物外排泵及其临床意义 310
14.3.1 MexAB-OprM 312
14.3.2 MexXY-OprM/MexXY-OprA 315
14.3.3 MexCD-OprJ 316
14.3.4 MexEF-OprN 317
14.3.5 MexJK-OprM/OpmH 317
14.3.6 MexGHI-OpmD 317
14.3.7 其他RND外排泵 317
14.4 绿脓杆菌RND外排泵的调节 318
14.4.1 MexAB-OprM 318
14.4.2 MexXY 320
14.4.3 MexCD-OprJ 321
14.4.4 MexEF-OprN 321
14.4.5 其他RND泵 322
14.5 克服绿脓杆菌药物外排的活性 322
14.6 结语 323
14.7 附录中的证明 324
致谢 324
参考文献 324
第15章 嗜麦芽窄食单胞菌中的抗菌药物外排泵 348
15.1 引言 349
15.2 嗜麦芽窄食单胞菌内外排泵的特性 350
15.2.1 RND外排泵 350
15.2.2 MFS外排泵 352
15.2.3 ABC外排泵 352
15.3 嗜麦芽窄食单胞菌外排泵的表达调控 352
15.4 嗜麦芽窄食单胞菌耐药泵的临床相关性 353
15.5 嗜麦芽窄食单胞菌外排泵：耐多药的影响因素 354
参考文献 355
第16章 伯克霍尔德氏菌中的抗菌药物外排泵 362
16.1 引言 363
16.2 洋葱伯克霍尔德氏菌属 363
16.2.1 洋葱伯克霍尔德氏菌 363
16.2.2 类鼻疽伯克氏菌 364
16.2.3 鼻疽伯克霍尔德菌 365
16.2.4 伯克氏菌属 365
16.3 药物外排泵 366
16.4 伯克霍尔德氏菌内的RND外排泵 367
16.5 洋葱伯克霍尔德菌的RND外排泵 368
16.6 其他伯克霍尔德菌种属内的RND外排泵 370
16.6.1 类鼻疽伯克氏菌和鼻疽伯克霍尔德氏菌 370
16.6.2 泰国伯克霍尔德菌 370
16.6.3 越南伯克霍尔德菌 371
16.7 伯克霍尔德菌临床分离株的RND外排泵 371
16.8 外排泵抑制剂 372
16.9 结语 373
参考文献 373
第17章 淋病奈瑟菌中的外排泵：对细菌耐药性和毒力的作用 382
17.1 引言 383
17.2 淋球菌药物外排泵的类型和底物 384
17.3 淋球菌药物外排泵的结构特征 384
17.3.1 MtrD内膜外排泵转运蛋白的晶体结构 385
17.3.2 MtrE外膜通道蛋白的晶体结构 386
17.3.3 MtrF的晶体结构：新型药物外排泵蛋白 388
17.4 淋球菌外排泵基因 389
17.4.1 外排泵操纵子mtrCDE 389
17.4.2 mtrF基因 390
17.4.3 外排泵操纵子farAB 390
17.4.4 外排泵操纵子macAB 390
17.4.5 外排泵基因norM 391
17.5 淋球菌外排泵基因的转录调控 391
17.5.1 顺式作用因子调节的外排泵基因 391
17.5.2 调节外排泵基因的反应因子 392
17.6 参与淋球菌抗菌药物耐药性的外排泵 394
17.7 作为毒力因子的淋球菌外排泵 395
17.8 针对于药物或疫苗开发的淋球菌外排泵 396
17.9 结语 396
致谢 397
参考文献 397
第18章 弯曲杆菌外排泵：耐药性和环境适应的关键作用 405
18.1 引言 406
18.2 RND型外排泵系统：功能，调控和结构 406
18.3 弯曲杆菌中砷外排转运子的作用 409
18.4 MFS转运蛋白CmeG：抗生素耐药性和氧化应激反应中的功能 411
18.5 抑制耐药弯曲杆菌：针对于耐药泵 411
18.6 结语 412
致谢 413
参考文献 413
第19章 幽门螺旋杆菌内外排泵耐药机制的研究 420
19.1 引言 421
19.2 药物敏感性、治疗方式、广泛抗药性 421
19.3 抗生素耐药性机制 423
19.3.1 对阿莫西林的耐药性 424
19.3.2 对克拉霉素的耐药性 425
19.3.3 甲硝唑耐药性 425
19.3.4 对氟喹诺酮类的耐药性 426
19.3.5 对呋喃唑酮的耐药性 426
19.3.6 对利福布丁的耐药性 426
19.3.7 对四环素的耐药性 426
19.3.8 抗性检测的分子学方法 427
19.4 外膜屏障的通透性和药物外排系统 427
19.4.1 外膜屏障的通透性 429
19.4.2 RND泵 429
19.4.3 非RND泵 432
19.4.4 外排泵抑制剂的效果及方法学思考 432
19.5 结语 433
参考文献 434
第20章 拟杆菌的耐药性和外排泵 444
20.1 引言 445
20.2 抗生素敏感性 445
20.3 抗生素耐药性的决定因素 446
20.4 药物外排泵 447
20.4.1 RND耐药泵 448
20.4.2 MATE耐药泵 448
20.4.3 其他外排泵 448
20.4.4 耐药泵的调控 449
20.4.5 外排泵和多重耐药 449
20.5 结语 449
参考文献 450
第21章 分枝杆菌中的外排泵：在耐药性、生理功能及致病性方面的作用 455
21.1 前言 456
21.2 结核分枝杆菌药物转运蛋白的结构与组装 456
21.3 分枝杆菌外排泵基因的诱导及调控 464
21.4 分枝杆菌外排泵抑制剂 466
21.5 分枝杆菌外排泵在适应性和致病性中的作用 468
21.6 结语 470
致谢 471
参考文献 471
第22章 动物细菌和环境细菌中抗菌药物外排基因及外排泵的起源 485
22.1 前言 486
22.2 来源于动物细菌和环境中细菌的耐药基因 486
22.3 动物源细菌的抗生素外排基因和外排泵 488
22.3.1 革兰氏阳性菌 488
22.3.2 革兰氏阴性菌 492
22.3.3 动物分离株中质粒携带的外排基因 494
22.4 环境来源的细菌抗菌药物外排泵 495
22.4.1 土壤细菌 495
22.4.2 与植物相关细菌 496
22.4.3 水生环境细菌 499
22.5 结语 500
致谢 501
参考文献 501
第23章 质粒编码的药物外排泵在细菌耐药性中的作用 517
23.1 前言 518
23.2 概述质粒介导的细菌耐药性 518
23.2.1 耐药质粒的遗传特征 520
23.2.2 质粒介导耐药性的遗传和生物化学机制 521
23.3 质粒编码的药物外排泵 524
23.3.1 主要易化子超家族 524
23.3.2 耐药节结化分化超家族 525
23.3.3 小多重耐药家族 527
23.3.4 ATP结合盒超家族 527
23.4 结语 530
致谢 530
参考文献 530
第24章 调节RNA对细菌耐药性和外排机制的影响 545
24.1 前言 546
24.2 调节RNA分子 546
24.2.1 sRNA分子 547
24.2.2 核糖开关 548
24.3 抗菌药物暴露在sRNA表达的影响 548
24.4 调节RNA对抗菌药物的影响包括对药物外排泵介导的抗性 549
24.4.1 sRNAs 549
24.4.2 核糖开关对细菌耐药性的影响 552
24.5 其他RNA结构变化在对抗菌素耐药性和外排基因表达的影响 552
24.6 结语 554
致谢 554
参考文献 554
第三部分 药物外排泵不仅限于抗生素耐药角色：自然功能 569
第25章 细菌多重耐药外排泵与细菌生物被膜形成之间的相关性 569
25.1 简介 570
25.2 药物外排泵和生物被膜形成之间的相关性 571
25.2.1 基因失活研究的证据 572
25.2.2 外排抑制剂的研究证据 573
25.2.3 生物被膜生理学研究的证据 574
25.3 外排作用如何有助于生物被膜内的生命？ 575
25.3.1 外排泵能外排生物被膜基质或信号分子的组分吗？ 575
25.3.2 高密度生命体需要外排泵吗？ 575
25.3.3 多重耐药外排泵直接影响菌体的聚合吗？ 576
25.3.4 外排作用和生物被膜的基因调控是否具有相关性？ 576
25.4 外排泵抑制剂能否作为抗生物被膜形成的策略？ 576
25.5 结语 577
参考文献 577
第26章 抗菌药物外排系统是细菌应激反应的组成部分 581
26.1 前言 582
26.2 氧化应激联合药物外排系统 587
26.2.1 氧化还原反应循环剂acrAB 587
26.2.2 氧化应激反应调节剂和排出位点 588
26.2.3 与其他应激反应相关的外排系统 589
26.3 氮化应激相关药物外排系统 589
26.4 细胞膜应激相关的药物外排系统 590
26.4.1 被药物外排系统调节的细胞膜应激响应调节器 590
26.4.2 胆汁介导的药物外排系统 591
26.4.3 细胞膜活性杀菌剂诱导的药物外排系统 592
26.4.4 脂肪酸诱导外排系统 592
26.4.5 CAP诱导外排系统 593
26.4.6 其他细胞膜活性化合物诱导的外排系统 593
26.5 pH值对药物外排系统的影响 594
26.6 应急反应关联药物外排系统 594
26.7 宿主与药物外排系统的联系 594
26.8 抗菌剂应激与药物外排系统的联系 595
26.9 重金属与药物外排系统的相关性 596
26.10 结语 596
致谢 597
参考文献 597
第27章 抗菌药物外排系统参与并介导细菌的适应性和毒力 615
27.1 前言 616
27.2 细菌新陈代谢负担和适应性与细菌耐药性和多重药物外排泵的相关性 616
27.3 多重药物外排泵对细菌毒力的影响 618
27.3.1 多重药物外排泵对细菌毒力和存活中的积极作用 618
27.3.2 多重药物外排泵过度表达对细菌毒力的负面影响 619
27.3.3 植物病原体 620
27.4 胆汁酸抗性 620
27.5 对氮化应激的反应 622
27.6 对氧化应激的反应 623
27.7 防治铁缺乏症 624
27.8 对来源于宿主的抗菌肽的抗性 624
27.9 控制宿主免疫反应 625
27.10 毒力因子的外排 626
27.11 多药外排泵对细胞之间的联系和对群体感应的影响 626
27.12 多重药物外排泵对生物被膜形成的影响 628
27.13 结语 629
致谢 629
参考文献 629
第四部分 开发抗菌药物和外排泵抑制剂 641
第28章 抗菌药物外排泵对抗菌药物的发现和发展的影响 641
28.1 前言 642
28.2 细菌药物外排泵的分类及其功能特征 642
28.3 药物进入细胞的靶位点：流入和外排的抗菌药物及对抗菌药物发展的意义 644
28.4 药物外排对抗菌剂发现的影响 645
28.4.1 筛选抗菌剂和外排泵抑制剂的工具 645
28.4.2 药物外排泵的靶位点 646
28.4.3 药物外排泵的旁路 646
28.5 新开发的抗微生物制剂对外排泵的影响 647
28.5.1 新型抗菌剂作为不同类别外排泵的底物 647
28.5.2 新型抗菌剂作为外排泵底物 648
28.6 结语 649
致谢 650
参考文献 650
第29章 抗菌药物外排泵抑制剂 663
29.1 前言 664
29.2 外排泵抑制剂的识别 665
29.3 针对革兰氏阳性菌的外排泵抑制剂 666
29.3.1 P-糖蛋白抑制剂：利血平、维拉帕米和其他合成化合物 666
29.3.2 精神治疗药物：抗精神病药和抗抑郁药 669
29.3.3 自然界中的EPIs 670
29.3.4 其他合成的EPIs 671
29.3.5 革兰氏阳性菌免疫的现况和展望 672
29.4 EPIs对革兰氏阴性菌的影响 673
29.4.1 苯丙氨-酸精氨酸β-萘胺（PAβn） 673
29.4.2 1-（1-盐酸萘甲唑啉）-哌嗪 675
29.4.3 其他哌嗪类 677
29.4.4 大地化合物1和D13-9001的优化 677
29.4.5 MBX2319和其他哌嗪类EPI 678
29.4.6 其他合成的EPIS 679
29.4.7 临床用药物作为外排泵抑制剂抵抗革兰氏阴性菌 679
29.4.8 抗菌剂作为抗革兰氏阴性细菌的外排泵抑制剂 681
29.4.9 天然来源的外排泵抑制剂 682
29.5 结语 683
参考文献 683
第30章 多药外排泵及其抑制剂特征的计算建模 696
30.1 引言 697
30.2 外排介导的耐药性和MDR 697
30.3 药物外排泵的分类 698
30.4 药物外排泵的结构和功能机制 699
30.4.1 ABC泵 699
30.4.2 MFS泵 699
30.4.3 MATE泵 699
30.4.4 SMR泵 700
30.4.5 RND泵 700
30.5 外排泵的抑制方法 701
30.6 药物外排泵及其抑制剂的计算研究 703
30.6.1 分子建模在药物发掘中的作用 703
30.6.2 RND泵 703
30.6.3 ABC转运蛋白 705
30.6.4 MATE转运蛋白 708
30.7 结语 709
参考文献 709
附图 723