從污水中誕生的抗菌瑰寶

當患者出現高熱咳嗽、傷口感染時，醫生會建議使用抗生素。這類藥物如同對抗細菌的“特種兵”，能精準打擊致病菌，緩解感染癥狀。在眾多抗生素中，頭孢菌素堪稱明星藥物。

頭孢菌素源于自然界中冠頭孢菌分泌的天然物質頭孢菌素C，科學家通過對其側鏈進行化學修飾，成功研制出一系列半合成抗生素。目前，頭孢菌素藥物已占據全球抗感染藥物的半壁江山。和青霉素相比，頭孢菌素的抗菌譜更廣，對多種耐藥菌的穿透性更強，抗菌效果更顯著，尤其在重癥肺炎、流行性腦脊髓膜炎等危重感染救治中，頭孢菌素藥物常被作為臨床一線用藥。

下水道里的生命密碼

20世紀40年代，意大利許多城市都因為衛生條件不佳而致傷寒流行，位于地中海的撒丁島卻異常平靜。當時，島上大部分下水道的排污口都直接通向大海，卡利亞里大學教授朱塞佩·布羅楚發現，生活在排污口附近海域的居民幾乎沒有感染傷寒。布羅楚由此推測，排污口附近的海水中可能含有抑制傷寒桿菌的微生物。1945 年，布羅楚從下水道污水樣本中分離出冠頭孢菌。1948年，其團隊從冠頭孢菌培養液中提取出一種能抑制金黃色葡萄球菌的有效成分——頭孢菌素C。這一發現揭示了微生物在惡劣環境中通過分泌抗菌物質爭奪生存空間的進化智慧。后來，科學家們在頭孢菌素C分子結構的基礎上，通過人工修飾側鏈，研制出了一系列結構新穎、抗菌活性更強、抗菌譜更廣的頭孢菌素藥物。

青霉素被發現的歷史與頭孢菌素驚人相似。1928年，英國細菌學家弗萊明因為培養皿被污染而“意外”發現青霉菌的抑菌作用。隨后，英國病理學家弗洛里和生物化學家錢恩對弗萊明的研究展開聯合攻關，成功提純青霉素，并通過藥理學實驗證實其對鏈球菌、白喉桿菌等多種致病菌的抗菌效果。1945年，弗萊明、弗洛里和錢恩因“發現青霉素及其臨床效用”共同獲得了諾貝爾生理學或醫學獎。

頭孢菌素是繼青霉素之后人類發現的重要的抗生素。目前，全球有50多種頭孢菌素藥物應用于臨床醫學，其抗菌譜覆蓋革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，對β-內酰胺酶的穩定性顯著優于青霉素。

抗菌效果顯著優于青霉素

β-內酰胺酶是細菌分泌的一類酶，廣泛存在于革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌中。這種酶能夠特異性水解部分抗生素的β-內酰胺環，破壞抗生素結構，使抗生素失去抗菌活性。而通過化學修飾頭孢菌素C的側鏈結構，能有效降低β-內酰胺酶對抗生素核心結構的識別與攻擊能力，減少甚至繞過酶的水解作用，保證抗生素的有效性和穩定性。

頭孢菌素和青霉素同屬β-內酰胺類抗生素，二者的作用機制相似，都是通過干擾細菌細胞壁的合成來發揮殺菌作用。細菌細胞壁由肽聚糖組成，頭孢菌素和青霉素均能與肽聚糖的轉肽酶結合，通過抑制轉肽酶活性來阻斷細菌合成細胞壁，進而破壞細胞壁結構，讓細菌無法繁殖。頭孢菌素和青霉素的不同點在于，頭孢菌素的母核是 7-氨基頭孢烷酸，而青霉素的母核是6-氨基頭孢烷酸。結構上的差異使得頭孢菌素對β-內酰胺酶的耐受性更強，有著更廣的抗菌譜和更好的治療效果。

另外，青霉素的過敏反應發生率較高，用藥前，患者需接受嚴格的皮試篩查；而頭孢菌素的過敏反應發生率較低，嚴重過敏的病例更少見，具有更高的用藥安全性。

五代頭孢菌素藥物的迭代升級

目前，頭孢菌素藥物已發展至第五代，每一代都有特定的抗菌譜。

第一代頭孢菌素藥物主要有頭孢噻吩、頭孢拉定等。它們對革蘭氏陽性菌的作用較強，對革蘭氏陰性菌作用較弱；腎毒性較大。

第二代頭孢菌素藥物主要有頭孢呋辛、頭孢克洛等。它們對革蘭氏陰性菌有明顯的抗菌作用，但對革蘭氏陽性菌的抗菌作用不如第一代藥物；腎毒性較小。

第三代頭孢菌素藥物主要有頭孢他啶、頭孢噻肟等。它們對革蘭氏陰性菌和厭氧菌有很強的抗菌作用，對革蘭氏陽性菌作用較弱；腎毒性很小。

第四代頭孢菌素藥物主要有頭孢匹羅、頭孢吡肟等。它們在第三代基礎上增強了對革蘭氏陽性菌的抗菌活性，同時保留了對革蘭氏陰性菌的強效作用；腎毒性很小。

第五代頭孢菌素代表藥物有頭孢洛林酯、頭孢吡普（頭孢比羅）。它們對革蘭氏陽性菌的抗菌作用強于前四代，尤其對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌最為有效；和前四代相比，腎毒性最小。

安全用藥刻不容緩

盡管頭孢菌素療效顯著，但抗生素濫用現象已使得耐藥菌進化速度幾近新藥研發周期?？股貫E用不僅會損害人體肝腎功能，還容易讓細菌產生耐藥性，導致多重耐藥菌的出現。目前，我國已出現了不少三代頭孢難以應對的大腸桿菌、肺炎桿菌等革蘭氏陰性菌，這些細菌產生的超廣譜β-內酰胺酶能水解β-內酰胺類抗生素，導致藥物效果大打折扣。所以，在新型頭孢菌素藥物研發出來之前，科學、合理地使用藥物才是最重要的。

是否需要使用頭孢菌素藥物，是否要進行靜脈給藥——這些問題都需要患者向醫生尋求答案，而不能擅自用藥。部分患者認為，同時使用兩種抗生素，治療效果可能更好。但事實上，同時使用多種抗生素，不僅不能保證抗菌效果，反而會讓藥物間發生相互作用，危害人體健康。

使用頭孢菌素藥物期間，患者應避免飲酒，以減少可能發生的雙硫侖樣反應。雙硫侖樣反應，是指當某人服用了頭孢菌素藥物、硝咪唑類藥物、降血糖類藥物等特定藥物后，如果同時服用了含有酒精的制品，可能會讓體內的代謝反應出現障礙，進而導致體內乙醛蓄積，產生中毒反應。頭孢菌素藥物能抑制肝臟的乙醛脫氫酶，這種酶本來是用來分解乙醛代謝物的，但發生雙硫侖樣反應后，乙醛脫氫酶不能正常工作，血液中的乙醛會蓄積，人會出現面色通紅、頭痛惡心、胸悶心慌、血壓驟降、呼吸困難等癥狀，嚴重時甚至會導致死亡。

頭孢菌素藥物是從海洋真菌中發現的抗菌瑰寶，是繼青霉素后人類在醫藥領域的重大發現。雖然科學家們會不斷尋找、研發更多抗耐藥菌藥物，但面對不斷進化的病原體，我們要善用每一把“抗菌利刃”，因為每一次藥物濫用，都可能催生新的超級細菌。

（劉誼人摘自《百科知識》2025年06A）