第二节　获得耐药性

获得耐药性（acquired resistance）指病原菌通过基因突变、基因转移和重组等多种方式获得了抵抗抗菌药物的能力。正常情况下，在原先对药物敏感的细菌群体中出现了对抗菌药物的耐药性，这是获得性耐药与固有耐药的重要区别。影响细菌获得耐药性发生的主要因素有三：药物使用的剂量、细菌耐药的自发突变频率和耐药基因的转移情况。获得耐药性主要包括基因突变引起靶位改变、获得灭活酶，获得低亲和力靶位和获得主动外排系统等几种方式（图5-1）。

一、基因突变引起靶位改变

所有的细菌群体的染色体都会发生自发的随机突变，通常情况下，基因突变的频率很低（10-6～ 10-9），其中有些突变可赋予细菌耐药性。如由于基因突变引起细菌中抗生素作用靶标的分子结构和数量的改变，使其与抗生素结合的有效部位发生改变，影响药物的结合，导致细菌对抗生素不再敏感。

1. β-内酰胺类

青霉素结合蛋白（penicillin binding proteins，PBPs）是广泛存在于细菌中的一种膜蛋白，具有催化作用，参与细菌细胞壁的合成、形态维持和细菌肽聚糖结构调整等，不同细菌中PBPs种类及含量均不相同，但其又有许多类似的结构与功能，在细菌生长、繁殖中发挥重要作用。高分子量PBPs常常拥有多个结构域，如具有N末端糖基转移酶区和C末端转肽酶区。PBPs是β-内酰胺类抗生素的主要作用靶位。β-内酰胺类抗生素通过抑制PBPs而干扰细菌细胞壁的合成，导致细菌发生分裂障碍，从而起到杀灭细菌的作用。PBPs结构与数量的变化是细菌产生耐药性的一个重要机制。基因发生点突变或重组，都能够使正常的PBPs发生变化，导致PBPs对β-内酰胺类抗生素的亲和力减弱，引起β-内酰胺类抗生素的耐药性产生。一般情况下，一种PBP的单个氨基酸取代导致低度青霉素或头孢菌素耐药性，而PBP多个氨基酸取代或多种PBP发生改变则能产生高度耐药性表型。如肺炎球菌含有五种PBPs，其中至少3种PBPs（PBPla，PBP2x，PBP2b）发生基因突变时，则能产生高度青霉素耐药性。

2. 喹诺酮类

喹诺酮类药物与其他抗菌药物的作用点不同，它们以细菌的脱氧核糖核酸（DNA）为靶标，对细菌具有选择性毒性。超螺旋是指细菌的双股DNA扭曲成为袢状或螺旋状，使DNA形成超螺旋的酶称为DNA螺旋酶。喹诺酮类抗生素的作用机制是抑制细菌DNA螺旋酶和拓扑异构酶Ⅳ的活性，进一步造成细菌DNA的不可逆损害，使细菌细胞不再分裂。DNA螺旋酶和拓扑异构酶Ⅳ编码基因突变常发生于“喹诺酮耐药决定区域”，导致DNA螺旋酶或拓扑异构酶结构改变，致使喹诺酮类药物与DNA-酶复合体的亲和力下降，表现出耐药性。

在大肠埃希菌中，GyrA特定区域（喹诺酮耐药决定区）的改变是导致细菌对喹诺酮类药物产生耐药性的主要机制，突变常出现在高度保守的Ser83 及Ala87。当GyrA的喹诺酮耐药性决定区存在一处以上突变，导致喹诺酮类药物对拓扑异构酶Ⅳ的抑制作用明显。单个碱基改变引起的GyrA变化可介导对非喹诺酮类药物的高度耐药，但高水平喹诺酮耐药突变株通常在GyrA有2处突变且在相应的ParC喹诺酮耐药决定区有1-2处突变。低喹诺酮耐药性也可由gyrB和parE突变介导。

3. 四环素类

四环素类抗生素是由放线菌产生的一类广谱抗生素，包括金霉素（chlortetracycline）、土霉素（oxytetracycline）、四环素（tetracycline）及半合成衍生物甲烯土霉素、多西环素、二甲胺基四环素等。四环素类抗生素结合于细菌核糖体30S亚基的高亲和位点，通过削弱核糖体与 tRNA的反应而抑制细菌生长。非典型四环素类（如螯合菌素）主要通过与细菌细胞膜的作用而发挥杀菌活性；主要的耐药机制是外排泵以及核糖体保护。

核糖体保护作为一种耐药机制最早在链球菌中发现，具有核糖体保护基因的细菌对四环素、米诺环素、多西环素中度耐药。在革兰阴性菌中，miaA和rpsL突变降低了TetM或TetO介导的四环素耐药水平，MiaA修饰tRNA紧邻反密码子的37位的腺苷酸；rpsL编码30S亚基的S12蛋白。miaA 和rpsL突变影响反密码子和密码子的相互作用，修饰的tRNA 堆叠较好，加强与密码子的结合，而S12蛋白通过与16S rRNA的接触，间接稳定位于A 位的氨基酸—tRNA·Ef—Tu·GTP。上述结果与四环素类的作用机制一致，且表明核糖体保护蛋白的作用位点接近或位于核糖体上的延伸因子结合位点。

4. 大环内酯类、林可酰胺类、链阳菌素类

大环内酯类、林可酰胺类、链阳菌素B（MLSB） 的抗菌作用机制是结合于核糖体50S亚基，干扰新生的多肽链的延伸。当23S rRNA的1个特异性腺嘌呤（如大肠埃希菌A2058） 被二甲基化或被其他的核苷代替时，可获得MLSB交叉耐药性（MLSB耐药性）。突变和转录后修饰集中在23S rRNA V区的肽基转移酶结构域，三类抗生素具有交互重叠的结合位点。

在病原菌中发现了23S rRNA 的主要点突变，23S rRNA的V区突变可导致 MLSB耐药性。分枝杆菌、幽门螺杆菌的23S rRNA V区的相同位点核苷（A2058，G2059） 的突变和丙酸菌G2057的取代可导致低水平大环内酯耐药性。

23S rRNAⅡ区的突变导致红霉素耐药性和克林霉素超敏感性，但尚未在临床耐药病原菌中证实这些突变的作用，包括位于23S rRNAⅡ区的改变导致“E-肽”（MSLKV） 翻译弱化。“E-肽”以顺式或以反式翻译以及3位Ile或Leu和5位疏水氨基酸的优先选择是红霉素耐药性所必需的。然而，加入外源性E-肽不会导致红霉素耐药性，表明E-肽只能作为新生核糖体的一部分起作用。

5. 氨基糖苷类

氨基糖苷类抗生素（Aminoglycosides）是由氨基糖与氨基环醇通过氧桥连接而成的苷类抗生素。包括来自链霉菌的链霉素、来自小单孢菌的庆大霉素等天然氨基糖苷类抗生素，以及阿米卡星等半合成氨基糖苷类抗生素。氨基糖苷类抗生素通过与核糖体30S亚基中16S rRNA相互作用而抑制细菌蛋白质合成。根据取代类型，分为4，5-二取代链霉胺类（新霉素B）和4，6-二取代链霉胺类（卡那霉素，妥布霉素，庆大霉素，阿米卡星）。两类均有杀菌作用，作用于核糖体30S亚基后，加速EF-G的结合，导致蛋白合成过程中氨基酸移位障碍。链霉素和大观霉素为另一种结构类型，链霉素抑制蛋白质合成的起始，具有杀菌活性；大观霉素可与核糖体30S亚基可逆性结合而具有抑菌活性。大多数结核分枝杆菌的链霉素耐药性是由于2个靶位（rrs/16S rRNA，rpsL/S12）之一发生突变；链霉素高度耐药性金黄色葡萄球菌和粪肠球菌也因rpsL突变所致。

6. 利福霉素类

利福霉素类目前在临床应用的有利福平、利福喷汀及利福布汀。用于结核病及其他分枝杆菌感染的治疗。利福霉素类抗生素通过与细菌RNA聚合酶结合，抑制细菌基因转录过程而达到抗菌效果。耐利福霉素细菌如大肠埃希菌、结核分枝杆菌，编码RNA聚合酶β亚单位的基因（rpoB）可产生突变，导致其不容易与利福霉素类药物相结合而产生耐药性。

7. 磺胺类

磺胺类是化学合成的抗菌药物，抗菌谱广，对大多数革兰阳性和许多革兰阴性菌有效。由于细菌不能利用外源性叶酸，磺胺类药物的作用机制是通过抑制二氢叶酸合成酶或二氢叶酸还原酶使细菌发生叶酸代谢障碍，进而发挥抑菌作用。耐磺胺类药物的细菌的二氢叶酸合成酶或二氢叶酸还原酶发生突变，与磺胺类药物亲和力降低，从而产生耐药。

二、获得灭活酶

耐药基因能在质粒、转座子和整合子等可移动的遗传元件的介导下在细菌间转移和传播。质粒介导的耐药性传播在临床上占有非常重要的地位，细菌耐药性质粒具有传递和遗传交换的能力，能在细菌中自我复制，稳定地传给后代，并可在不同的细菌间传播，导致耐药性扩散。质粒能编码多种酶，对多种抗生素进行修饰而使之钝化或灭活，从而产生耐药性。转座子又称跳跃基因，是一种比质粒更小的DNA片段，其本身不具有自主复制能力，但可在细菌染色体中跳跃移动，实现细菌间的基因转移或交换，使结构基因的表达量大增，“耗竭性”地结合抗菌药物，使细菌失去对抗菌药物的敏感性。整合子也是一种移动性DNA元件，可捕获外源基因并使之转变为功能性基因的表达单位，同一类整合子上可携带不同的耐药基因盒，同一个耐药基因又可出现在不同的整合子上，细菌的耐药基因可以在不同的整合子中移动，介导着多重耐药菌的形成。灭活酶（inactivated enzyme）是指一类由耐药菌株产生、具有破坏或灭活抗菌药物的酶，通过水解或修饰作用破坏抗生素的结构使其失去活性，主要通过质粒等遗传元件介导，包括水解酶和钝化酶（modified enzyme）。

1. β-内酰胺酶

β-内酰胺酶（β-lactamase）最早发现于大肠埃希菌中，在抗生素广泛使用的压力下，β-内酰胺酶的产生成为细菌对β-内酰胺类抗生素耐药的最常见机制，广泛地涉及许多社区获得性感染和医院内感染的重要病原菌，在各种耐药机制中占80%。β-内酰胺酶是细菌产生的可水解β-内酰胺类抗生素中β-内酰胺环的酶，该酶能特异性的打开药物分子结构中的β-内酰胺环，使抗生素失去活性，从而使细菌对青霉素类和头孢菌素类抗菌药物产生耐药性。编码β-内酰胺酶的基因既可在细菌染色体上，又可位于质粒或转座子上。基于核酸及氨基酸的序列差异可对β-内酰胺酶进行分子生物学分类，目前将β-内酰胺酶分为四类（A、B、C、D）：A类酶包括多种质粒编码的青霉素酶，活性部位为丝氨酸残基；B类酶为金属酶，由染色体或质粒编码，活性部位为硫巯基；C类酶活性部位为丝氨酸残基，水解头孢菌素；D类酶为邻氨西林酶，水解苯唑西林。根据Bush等1995年提出的分类方法，将β内酰胺酶分为四个大类（1-4）及六个亚类（a-f）。临床上最重要的β-内酰胺酶有：超广谱β-内酰胺酶（extended spectrum β-lactamases，ESBLs），高产AmpC β-内酰胺酶和碳青霉烯酶。ESBLs是质粒介导的能够水解头孢他啶、头孢噻肟等亚氨基β-内酰胺类及氨曲南等单环酰胺类抗生素的一类β-内酰胺酶，在分子生物学分类中属于A类酶，在Bush分类法中属于2be类酶。

2010年8月11日出版的英国《柳叶刀-传染病》期刊发布报道，称有一种新出现的不明原因的病症正在一些国家流行，引起这种病的病原菌携带一种叫做“新德里金属-β-内酰胺酶1”，或者简称为NDM-1（New Delhi metallo-β- lactamase-1）的水解酶。由于许多发病者曾在印度或巴基斯坦旅游和治疗，因而研究人员推测这种携带NDM-1的细菌可能起源于印度次大陆。据报道，这种病可以通过饮水等途径传染，表现症状为肠道感染，这种新型细菌对几乎所有抗生素都具有抗药性，死亡率很高，因而被称为超级细菌（superbug）。NDM-1编码的酶能够分解碳青霉烯抗生素，而后者是目前抗感染治疗中抗菌谱最广、抗菌活性最强的一类抗生素，因此，携带NDM-1的超级细菌无比强大，抵御几乎目前临床上使用的所有抗生素，有专家称10年内将无药应对这种超级细菌。研究还发现，编码NDM-1酶的基因位于一个140kb的质粒上，并可通过基因水平转移在细菌间传播，目前检测到携带有该耐药基因有大肠埃希菌、肺炎克雷白菌、鲍曼不动杆菌等，引起的感染实际上早已存在。根据英国健康保护署的数据，2007年在英国境内就发现有“抗碳青霉烯抗生素”病例7人，到2008年上升至20人，2009年则超过了40 人，而且导致病原菌耐药性的NDM-1基因也呈现出多样性，因而需要理性对待这些携带有NDM-1的超级细菌。

2. 氨基糖苷类钝化酶

氨基糖苷类抗生素是具有氨基糖与氨基环醇结构的一类抗生素，在临床主要用于对革兰阴性菌、铜绿假单胞菌等感染的治疗，1960年到1970年间曾经非常广泛地使用，但由于此类药物常有比较严重的耳毒性和肾毒性，使其应用受到一定限制外；一些病原菌会产生氨基糖苷类钝化酶（aminoglycoside-modified enzyme）对氨基糖苷类抗生素产生耐药性，这些酶作用机制是通过磷酸化、乙酰化和腺苷酸化等作用对氨基糖苷类抗生素进行修饰，使药物的分子结构发生改变，不易与细菌核糖体30S亚基结合，从而失去抗菌作用。细菌能产生30多种氨基糖苷类钝化酶，并均由质粒介导。根据作用方式不同将氨基糖苷类钝化酶分为三类：①使游离氨基乙酰化的乙酰转移酶；②使游离羟基磷酸化的磷酸转移酶；③使游离羟基腺苷化的腺苷转移酶。

3. 氯霉素乙酰转移酶

氯霉素乙酰转移酶（chloramphenicol acetyl transferase，CAT）是一种原核酶类，由染色体或质粒编码产生，可使氯霉素3位上的羟基乙酰化，并转到1位上，再使新的3-CH乙酰化，从而使氯霉素失去抗菌活性。此酶存在于葡萄球菌、D族链球菌、肺炎球菌、肠杆菌属和奈瑟球菌中。不同种类的抗性细菌可以产生不同种类的氯霉素乙酰转移酶，其中以CATⅠ，Ⅱ，Ⅲ研究的最多，这三者中又以CATⅠ对底物的亲和力最高。最早对CAT结构的研究主要使用的是CATⅠ和CAT Ⅲ的杂聚体，CATⅠ和CA’F1n Ⅱ亚基的分子量分别是25.7和24.9kDa，而CAT Ⅲ的沉降平衡数据显示其分子量为70.5kDa，这证明CAT Ⅲ是一个三聚体（αβ2和α2β）的结构。在CAT Ⅲ三聚体中，每一亚基六条链的β片层结构延伸通过亚基交界面从而把每个亚基联系起来，确切地说是通过相邻亚基的β片层结构而联系起来的。在许多寡聚蛋白质中都有类似情况的这种延伸，但只通过一条链的延伸是相对不常见的。这种β片层结构延伸产生了总共8个主链氢键，这可能有利于CATⅢ三聚体结构的稳定性。亚基交界面具有与其他寡聚酶相似的特性。在三聚体形成的过程中大约亚基单体总面积的20%被掩埋，被掩埋面积中有近一半由疏水氨基酸组成，8个带电的极性侧链位于交界面。CAT Ⅲ结合氯霉素的结构在1.75埃的分辨率下已经被精确描述，六条平行和反平行的β片层结构构成亚基结构的主干，五个α螺旋包裹在一侧和片层结构的末端形成一种类似有馅但无上面一层的三明治结构。另外N末端以及α3螺旋与βE片层结构之间伸出的环形成了一个小的三链的β片层结构。这种二级结构排列方式在蛋白结构中并不多见，到目前为止还没有发现其他蛋白具有CAT Ⅲ的这种特殊折叠排列的二级结构。尽管各种CAT催化效率差别很大，但都具有相似的氯霉素亲和性，其结构基础可能与CAT中的保守氨基酸有关，CAT结合氯霉素的位点涉及17个氨基酸，其中有5个是高度保守的，这些保守的氨基酸可能是两者相互作用并发挥生物学功能的重要基础。

4. 大环内酯类-林可霉素类-链霉杀阳菌素类钝化酶

对大环内酯的耐药性基本是从细菌的核糖体23S亚基的后转录甲基化中形成。这样得来的耐药性可以是由质粒作为媒介或是染色体的，亦即是突变，可以形成对大环内酯、林可胺及链阳菌素的耐药性。获得钝化酶是病原菌耐受大环内酯类-林可霉素类-链霉杀阳菌素类抗生素的另一种重要机制。大环内酯类-林可霉素类-链霉杀阳菌素类（macrol-idelincosamidestreptogramins，MLS）抗生素尽管在化学结构上的差异很大，但其对细菌的作用机制类似。编码MLS类钝化酶的基因主要位于质粒上，此类钝化酶可专一性地作用于十四元环的大环内酯类抗菌药物，使之钝化而失去抗菌作用。

三、获得低亲和力的药物靶位

1961年，英国的Jevon等首次报道了耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。在金黄色葡萄球菌中，主要存在四种PBPs：PBP1、PBP2、PBP3和PBP4。PBP1、2、3是细菌生长必需的，PBP4为细菌生长非必需。PBPs具有转肽酶、转糖基酶和羧肽酶活性，催化金黄色葡萄球菌肽聚糖的合成和交联，是肽聚糖合成终端反应的重要功能酶，在维持细菌生长过程中起着重要的作用。β-内酰胺类抗生素可以特异性地结合于PBP2的转肽酶活性中心，阻止肽链的交联，肽聚糖的合成受到抑制，导致细菌死亡。MRSA菌则从未知宿主中获得一耐药岛，称为葡萄球菌盒式染色体（staphylococcal cassette chromosome mec，SCCmec），该耐药岛上含有的mecA基因可以编码一种新的青霉素结合蛋白—PBP2a。PBP2a由668个氨基酸组成，分子量76.3kDa，含跨膜区（氨基酸1-23）、转肽酶区（氨基酸327-668）和非青霉素结合区（氨基酸27-326）。PBP2a对β-内酰胺类抗生素具有低亲和力，具有转肽酶活性，当细菌正常PBP2a的转肽酶活性中心受到青霉素、苯唑西林等抗生素的抑制而失活时，PBP2a可以代替PBP2转肽酶的活性，使细菌继续完成肽聚糖的合成，进行生长繁殖，使细菌产生耐药性，MRSA菌对β-内酰胺类抗生素均有耐药性。

四、获得主动外排系统

细菌的主动外排系统（efflux pump）是导致细菌多重耐药的主要原因。主动外排系统是存在于细菌中的一组能将有害物质排出菌体外的转运蛋白，当它们过量表达时细菌表现为对抗菌药物的耐药。自1980年主动外排耐药机制被提出后，新的主动外排系统不断被发现，目前已知的主动外排系统已达250多种，广泛存在于鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌、大肠埃希菌等细菌中。目前已明确的主动外排系统主要有五大类：耐药结节化细胞分化家族（Resistance nodulation cell division family，RND），主要易化超家族（Major facilitator super family，MFS），小多重耐药家族（Small multidrug resistance family，SMR），多药和毒性化合物外排家族（Multidrug and toxic compound extrusion family，MATE）和ATP耦联盒家族（ATP binding cassette family，ABC）。耐药结节化细胞分化家族、主要易化超家族和小多重耐药家族的转运蛋白属于药物反向转运体，多药和毒性化合物外排家族转运蛋白属于Na+ 或 H+ /药物反向转运体，ABC家族成员则利用ATP水解释放能量排出细胞内有毒物质。

1. RND家族

RND家族转运蛋白主要存在于革兰阴性菌中，是导致革兰阴性菌产生多重耐药性的主要原因。RND外排系统由RND蛋白、膜融合蛋白和外膜蛋白形成三联复合体，使底物通过双层细胞膜直接排出。它由氨基酸序列基本相同的两部分组成，约含1000个氨基酸残基，12个跨膜的α-螺旋结构，在跨膜片段1、2之间和跨膜片段7、8之间有两处巨大的水溶性的环状结构，跨膜区的4个高度保守的带正电荷氨基酸残基是参与底物结合与运转的基础。在大肠埃希菌和铜绿假单胞菌中对RND家族研究较多，其中大肠埃希菌中的AcrAB-TolC是RND家族的典型代表，由药物质子转运子AcrB、膜融合蛋白AcrA和外膜通道蛋白TolC组成，与铜绿假单胞菌的MexAB-oprM具有高度同源性。AcrB的跨膜结构域延伸入细菌细胞周质或细胞质，捕获进入革兰阴性菌周质或细胞质的药物，随后与AcrA形成AcrAB复合体，再与TolC结合，导致其构象变化形成内在通道，将各种药物排出。

2. MFS家族

MFS家族是一个古老、庞大和多样化的家族，广泛存在于细菌、古生菌和真核生物中，通常由400-450个氨基酸残基组成，含有12 或14个跨膜α-螺旋结构。跨膜区含有大量高度保守的氨基酸序列，这些序列在结构维持和功能发挥上起重要作用。目前研究表明，MFS家族至少有17种，每一种通常对应一种特定类型的底物，主要介导一些糖、磷酸化糖酵解中间体、羧酸循环中间体和一些有机或无机阴离子的外排，但其中有两种能够促进药物的排出。这两类促进药物外排的MFS家族主要通过跨膜片段的数目来分类，含12个跨膜片段的家族成员中较常见的外排泵主要有TetB四环素外排泵（大肠埃希菌）、Bmr和Blt外排泵（枯草芽孢杆菌）、NorA（金黄色葡萄球菌）、MefA（化脓性链球菌）、MefE（肺炎球菌）；含14个跨膜片段的家族成员主要有EmrB耐多药泵（大肠埃希菌）、QacA耐多药泵（金黄色葡萄球菌），Sge1耐多药泵（酵母菌）、Tet四环素外排泵（枯草芽孢杆菌）。

MFS家族通常通过膜融合蛋白与外膜蛋白组成三联复合体，形成一个连续的通道，排出包括抗菌药物在内的各种有毒化合物。膜融合蛋白一般通过一个跨膜结构域或者一个N端脂质组固定在细菌细胞膜的内膜上。

3. SMR家族

SMR家族约为100-120个氨基酸大小，是已知的最小的主动外排泵，一般含4个跨膜的α-螺旋结构，没有明显的外膜区，以二聚体的形式通过构象变化向外泵出药物。SMR前3个跨膜片段具有双亲性，含有许多保守的谷氨酸、丝氨酸、酪氨酸及色氨酸残基，这些残基的侧链与底物的疏水区直接作用而介导底物的排出。第四个跨膜片段远离二聚体的主体，只参与二聚体的形成，通常不参与底物的结合。近年来研究表明SMR家族的结构为不对称的反向平行的二聚体结构。EmrE是最早在大肠埃希菌中发现的典型的SMR家族多重耐药转运子，依赖质子的浓度梯度耦合质子到细胞内，同时将有毒的芳香烃阳离子排出细胞外。目前对SMR家族的研究主要围绕EmrE，它是自然界中已知的最小的有功能的转运蛋白，只有110个氨基酸，活性转运子为一个不对称的二聚体结构。

4. MATE家族

MATE家族约含400多个氨基酸，含10～12个跨膜的α-螺旋结构。MATE依赖钠离子或氢离子浓度梯度排出底物，但其耦联机制尚不清楚。MATE主要排出喹诺酮类药物、氨基糖苷类药物、某些消毒剂、H2O2和一些染料。MATE几乎存在于所有的原核和真核生物中，在细菌中其家族成员很多已被鉴定。MATE家族中研究较早和较多的是NorM，它具有特殊的膜开放构象已经完全不同于其他具有12个跨膜片段的多重耐药外排泵的拓扑结构。NorM由TM1-6和TM7-12两组6跨膜螺旋束形成一个巨大的腔，开口于细胞外，这两组螺旋束由TM6和TM7间的一段218-232个氨基酸环在细胞质中连接。在TM12后还有一段多余的螺旋（450-461氨基酸残基）靠在TM11的胞质侧。在所有已知的外排转运蛋白中，NorM的拓扑结构最为独特，不同于其他具有12个跨膜区的外排泵那样有跨膜螺旋的交叉。由TM1 和TM8及另一侧的TM2和TM7组成的两个非等效价的入口在磷脂双分子层开放，底物可以通过他们直接排到外膜间隙或者细胞外。

5. ABC家族

ABC家族是古老而庞大的家族，是一类ATP驱动泵，是五大外排系统中唯一依靠ATP水解释放能量排出药物的外排泵。ABC转运体的分子结构相似，包括一个高度保守的ATP结合区域，即核苷酸结合区（Nucleotide binding domain，NBD），以及6个由α-螺旋结构组成的跨膜片段（TMS）。每6个TMS与一个NBD组成一亚单位TMS6-NBD或NBD-TMS6，ABC转运体由两个拓扑结构相同或不同的亚单位聚合形成同源或异源二聚体。主要的ABC家族有CDR1和CDR2（白念珠菌）、LmrA（乳酸链球菌）、DrrAB（链霉菌）、MacB（大肠埃希菌）、MacA（大肠埃希菌和霍乱弧菌）等。

ABC的作用过程：（1）ABC二聚体首先与2分子ATP结合形成一个ABC-ATP复合体，复合体上含有底物结合位点；（2）药物分子进入细菌后被捕获，结合到ABC-ATP复合体的结合位点上；（3）ATP水解能引起ABC二聚体构象变化推动药物向外移动。ADP和Pi从ABC解离，同时药物也释放在细胞外。