AbMole 抑制剂篇丨 Avibactam（阿维巴坦）：可逆共价 β-内酰胺酶抑制剂，在耐药机制与抗菌研究中的应用

摘要：Avibactam（阿维巴坦，NXL-104，AbMole，M6174，CAS No.：1192491-61-4）是二氮杂双环辛烷（DBO）类非 β-内酰胺 β-内酰胺酶抑制剂。β-内酰胺酶水解是细菌对 β-内酰胺类抗菌化合物产生耐药的主要机制，Avibactam 通过其羧基与β-内酰胺酶的活性中心丝氨酸形成可逆共价氨酯键，广谱抑制 A 类（ESBL、KPC）、C 类（AmpC）及部分 D 类（OXA-48）β-内酰胺酶，与头孢他啶（Ceftazidime）联用可恢复Ceftazidime 对多重耐药肠杆菌目细菌的活性。本文讲解Avibactam的分子机制、酶学、细胞实验体系及动物感染模型的研究方案。

一、Avibactam（阿维巴坦）的分子作用机制

在分子机制上，Avibactam（NXL-104，AVE1330A，AbMole，M6174）分子中羧基能与 β-内酰胺酶活性中心保守丝氨酸（A 类 S70、C 类 S64）形成共价氨酯键，阻断底物进入酰化－去酰化循环；其独特的双环骨架与硫酸酯基团赋予对 A、C、D 类酶的广谱亲和力，但对 B 类金属酶（NDM、VIM、IMP）无抑制活性。与经典的克拉维酸（Clavulanic acid）、舒巴坦（CP45899 ，Sulbactam）等试剂的不可逆抑制机理不同，Avibactam 通过氨酯结构形成可逆的共价氨甲酰‑酶中间体。酶活性位点丝氨酸进攻 Avibactam 使其开环，短暂封闭酶活性；该共价复合物可发生分子内环化解离，重新生成完整 Avibactam 分子并释放恢复活性的游离 β‑内酰胺酶，实现抑制过程可逆；该特征已由 KPC‑2 等酶的晶体结构证实：Avibactam以脱酰化过渡态构象结合于酶活性中心，占据底物识别位点。酶动力学研究显示，Avibactam对 KPC‑2、CTX‑M‑15、AmpC 的抑制效率（k₂/Kᵢ值）显著优于传统抑制剂。Avibactam 本身几乎无直接抗菌活性，但其对 TEM-1 和 CTX-M-15 型β-内酰胺酶的抑制 IC₅₀ 分别低至 8 nM 和 5 nM，因此能有效保护联用的β-内酰胺抗生素不被酶解

二、Avibactam在细胞层面研究中的应用

在细胞层面的研究中，Avibactam（阿维巴坦，NXL-104，AbMole，M6174）主要作为非β-内酰胺类的丝氨酸β-内酰胺酶抑制剂，与头孢他啶（Ceftazidime）等β-内酰胺类抗生素联用，以检测对携带 KPC、CTX‑M 或 AmpC 酶的大肠杆菌、肺炎克雷伯菌等耐药菌的抑制能力，评估β-内酰胺类抗生素的最低抑菌浓度（MIC）变化。Avibactam的应用不仅局限于细胞外的细菌感染研究，其在细胞内感染模型也有着一定的应用价值，研究证实Avibactam（阿维巴坦，NXL-104，AbMole，M6174）能有效恢复β-内酰胺类抗生素对胞内耐药菌的活性：在经典的 THP-1 单核细胞吞噬感染模型中，系头孢他啶/Avibactam 对胞内铜绿假单胞菌表现出显著的抑制能力，提示Avibactam对β-内酰胺酶的抑制作用在胞内、胞外环境中保持一致。

三、Avibactam在动物实验研究中的应用

在动物层面，Avibactam（阿维巴坦，NXL-104，AbMole，M6174）的 β‑内酰胺类抗生素保护效应在动物模型中同样有效。在中性粒细胞减少的小鼠大腿感染模型中，产 KPC 肺炎克雷伯菌接种小鼠腿部后，单用头孢他啶 16 mg/kg 每 2 h 一次组 24 h 组织菌量与对照相当、存活率为 0；而联合 Avibactam 后组织 CFU 下降约 2 个数量级，存活率提升至 80% 以上，且保护效应随 Avibactam 剂量增加而增强，直接体现 β-内酰胺酶抑制的体内价值。肺部感染模型与菌血症模型中同样观察到与上述一致的联合保护效应。

四、Avibactam相关细胞实验（文献参考举例）

该方案适配 β-内酰胺酶抑制验证与联合抗菌活性评价。

实验菌株：产 KPC-2 肺炎克雷伯菌、产 CTX-M-15 大肠埃希菌、产 AmpC 肠杆菌

检测指标与方法：CLSI 微量肉汤稀释法测定头孢他啶单独及联合固定浓度 4 mg/L Avibactam 的 MIC；超声破碎提取粗酶测定酶活抑制 IC50；时间－杀菌曲线（0、4、8、24 h 平板计数）；扫描电镜观察细菌形态学损伤。

给药浓度：Avibactam 0.5~64 mg/L 梯度

处理时长：MIC 测定 16~20 h；时间－杀菌曲线 24 h

参考文献：Ehmann D E, et al. Avibactam is a covalent, reversible, non-β-lactam β-lactamase inhibitor. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 2012, 109(27): 11663-11668.

*注：上述方法来自公开文献，仅供相同目的实验参考。如实验目的、材料、方法不同，请参考其他文献调整。*

五、Avibactam相关动物实验（文献参考举例）

该方案适用于 β-内酰胺酶抑制剂的体内保护效应研究。

动物模型：中性粒细胞减少小鼠大腿感染模型（产 KPC 肺炎克雷伯菌接种）

给药配制：头孢他啶联合 Avibactam，腹腔注射

给药剂量：头孢他啶 16 mg/kg 每 2 h 联合 Avibactam 剂量梯度（每 2~8 h 一次）

给药方案：细菌接种后 2 h 开始给药，24 h 后处死取大腿组织匀浆平板计数 CFU，绘制剂量－暴露－效应曲线，并与单用头孢他啶及阳性对照比较。

参考文献：Endimiani A, et al. Ceftazidime alone and in combination with NXL104 in a murine model of multiresistant Klebsiella pneumoniae infection. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2011, 55(1): 82-85.

*注：上述方法来自公开文献，仅供相同目的实验参考。如实验目的、材料、方法不同，请参考其他文献调整。

总结

综上，Avibactam（AbMole，M6174）以可逆共价抑制机制与广谱的A/C/D 类 β-内酰胺酶覆盖能力，成为解析耐药机制、恢复 β-内酰胺类抗菌活性的重要工具。从酶动力学、晶体结构到动物感染模型，Avibactam构建了完整的机制－表型－体内研究链条。

*本文所述均为科研试剂，仅供科学研究参考

参考文献

[1] Ehmann D E, et al. Avibactam is a covalent, reversible, non-β-lactam β-lactamase inhibitor. Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 2012, 109(27): 11663-11668.

[2] Lahiri S D, et al. Avibactam and class C β-lactamases: mechanism of inhibition, conservation of the binding pocket, and implications for resistance. Journal of Biological Chemistry, 2014, 289(27): 18654-18665.

[3] Mushtaq S, et al. Activity of NXL104 (avibactam) combinations against Enterobacteriaceae isolates with CTX-M extended-spectrum β-lactamases and Klebsiella pneumoniae isolates with carbapenemases. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2010, 54(2): 890-896.

[4] Endimiani A, et al. Ceftazidime alone and in combination with NXL104 in a murine model of multiresistant Klebsiella pneumoniae infection. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2011, 55(1): 82-85.

[5] Drawz S M, Bonomo R A. Three decades of β-lactamase inhibitors. Clinical Microbiology Reviews, 2010, 23(1): 160-201.

[6] Levasseur P, et al. In vitro antibacterial activity of the ceftazidime-avibactam combination against Enterobacteriaceae, including the KPC-producing isolates. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2015, 59(1): 193-206.