抗战时期，一支盘尼西林就能让受伤的战士起死回生，在我国诸多影视作品中它也是维护主角光环的必备药品。这里的盘尼西林就是指青霉素。然而随着抗生素滥用导致耐药菌的出现及广泛传播，曾经几十单位的青霉素就可以救命，如今可能几百万单位也无法产生任何效果。碳青霉烯类抗生素作为救命稻草，常用来治疗多重耐药菌引起的疾病，但随着新型耐药菌的出现，目前的形式也不容乐观。

图片来源：电视剧《亮剑》

碳青霉烯类抗生素与头孢菌素类和青霉素类同属于β-内酰胺类抗生素，与之不同的是，它在β-内酰胺环上具有反式取代基。一些耐药菌株分泌的β-内酰胺酶能破坏β-内酰胺环，使抗生素失活，但正是由于碳青霉烯类抗生素在β-内酰胺环上取代基空间结构的差异，大多数β-内酰胺酶（bla，β-内酰胺水解酶）不能水解碳青霉烯类抗生素，直到碳青霉烯酶出现。碳青霉烯酶也属于β-内酰胺酶，它几乎可以水解所有β-内酰胺类抗生素，当然也包括碳青霉烯类抗生素。随着分泌碳青霉烯酶的耐药菌株逐渐增多，耐药菌株导致的发病率日益增加，如果有一种方法能在用药前能特异性检测到碳青霉烯酶的存在，患者则可避免过度使用无效药物，医疗人员也可提出更有针对性的治疗策略。

华东理工大学药学院谢贺新研究团队开发了一种与碳青霉烯酶结构相似的荧光探针CB-1，可用于检测碳青霉烯酶活性以及产碳青霉烯酶菌（carbapenemase-producing organisms; CPOs）。相关研究结果发表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。

荧光探针CB-1的青霉烯核心结构作为酶识别部分，使用烯基连接的硼二吡咯亚甲基（BODIPY）染料作为可活化的荧光团。探针在碳青霉烯酶特异性水解的作用下，将产生不稳定的二胺I，其经历进一步的自发异构化或降解过程，其破坏碳青霉烯和BODIPY之间的缀合，从而观察到BODIPY的强绿色荧光（图1，图2）。

图1 碳青霉烯酶特异性荧光探针 图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

图2 荧光探针CB-1与100nm碳青霉烯酶IMP-1孵育一段时间后，见光及荧光光谱的变化 图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

CB-1对碳青霉烯酶具有非常高的选择性，即使其他β-内酰胺酶（TEM-1、TEM-3、CTX-M-9）的浓度达到了碳青霉烯酶（IMP-1，VIM-27（B类bla），NDM-1（B类bla），KPC-3（A类bla）和OXA-48（D类bla））的1000倍，也只能发出微弱的可以忽略的荧光，因此即便其他β-内酰胺酶在普遍存在的情况下，CB-1也能可靠地检测碳青霉烯酶（图3）

图3 CB-1对不同β-内酰胺酶的荧光反应。 a）与指定β-内酰胺酶孵育时，CB-1荧光强度随时间变化。 b）与一系列β-内酰胺酶孵育30分钟后，CB-1的荧光强度的变化。 图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

CB-1除了适用于碳青霉烯酶检测，还可以应用于CPO的筛选。CB-1与所有碳青霉烯酶编码的大肠杆菌孵育后显示出强烈的荧光，而TEM-1大肠杆菌以及β-内酰胺酶阴性大肠杆菌显示出很少的荧光（图4 a）。其中检测β-内酰胺酶的非特异性荧光探针CDC-1作为对照（蓝色荧光）。同时CB-1对四种CPO、四种其他抗生素抗性细菌检测时，也显示出极好的特异性。只有CPO产生显著的荧光，而其他微生物几乎没有（图4 b）。

图4 CB-1对各种活β-内酰胺酶表达细菌的荧光反应。 a）在室温下CB-1与转化大肠杆菌孵育2小时后，所指示的探针的荧光成像。 1：VIM-27大肠杆菌; 2：IMP-1大肠杆菌; 3：KPC-3大肠杆菌; 4：TEM-1大肠杆菌; 5：β-内酰胺酶阴性大肠杆菌。 b）CB-1与一系列抗生素抗性细菌孵育2小时后相对荧光强度。 图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.

道高一尺，魔高一丈。在如今抗生素滥用的大环境下，十年前攻克下的疾病，转眼间可能又会成为不治之症。如果能在用药前尽早获得细菌的耐药信息，避免盲目用药，既可以为患者争取更多的时间，或许也能缓解耐药菌迅速蔓延的局势。

参考文献：

Wuyu Mao et al. Detection of Carbapenemase-Producing Organisms with a Carbapenem-Based Fluorogenic Probe, Angewandte Chemie International Edition (2017). DOI: 10.1002/anie.201612495