分枝杆菌细胞壁有选择性交换阳离子的孔蛋白，能有效控制或阻滞亲水性小分子的扩散，大大降低了化合物的渗透性，导致药物进入高疏水性细胞壁间隙比较慢，这便筑成了MTB对药物的第一道防线，且MTB有相对的耐干燥、耐碱等特性，使得它很难被清除。MTB的细胞壁和其他细菌有着很大的差别，其中类脂质含量超过60%，而革兰氏阴性细菌类脂质含量仅占20%左右。类脂质是一类复杂的复合物，它赋予MTB表面硫水性，含有分枝菌酸（是MTB和棒状杆菌属独有的结构，主要由2～24碳短链和40～64长链分支脂肪酸组成。分枝菌酸层能形成有效的屏障，使MTB免受溶菌酶、自由基等损伤，抵抗亲水性化合物或抗生素的攻击）、索状因子（是分枝菌酸和海藻糖结合的一种糖脂，能使细菌在液体培养基中呈蜿蜒索状排列。此因子与分枝杆菌毒力密切相关，它能破坏细胞线粒体膜，影响细胞呼吸，抑制白细胞迁移和引起慢性肉芽肿。若将其从细菌中提出，则细菌丧失毒力）、磷脂（能促使单核细胞增生，并使炎症灶中的巨噬细胞转变为类上皮细胞，从而形成结核结节）、蜡质D（一种肽糖脂和分枝菌酸的复合物，可从有毒株或卡介苗中用甲醇提出，具有佐剂作用，可激发机体产生迟发型超敏反应）、多糖类、细胞壁粘肽。因基因突变而导致MTB细胞壁结构发生改变从而使MTB耐药的基因有 katG、 inhA、 ahpC、 oxyR、 kasA、 ndh、 embC、 embA、 embB、 alrA、 gadA。

分枝菌酸（myolic acid）是组成MTB细胞壁的关键成分，赋予了细菌极强的抵抗力。异烟肼对MTB产生作用的机制就是抑制了分枝菌酸的合成，破坏细菌的细胞壁，使其因失耐酸性和疏水性而死亡。

Alderwick等于2005年发现阿拉伯糖基转移酶（arabinofuranosyltransferase，AftA），是MTB细胞壁的主要成分，是阿拉伯聚糖生物合成途径中的关键酶，也是重要的MTB致病相关因子。阿拉伯半乳聚糖层能阻止疏水性分子的进入。乙胺丁醇是一种阿拉伯糖类似物，其通过抑制阿拉伯半乳聚糖层的合成进而达到杀菌效果。

粘肽细胞壁的主要结构成分为细胞壁粘肽，由N-乙酰葡萄糖胺（GNAc）和与五肽相连的N-乙酰胞壁酸（MNAc）重复交替联结而成，而环丝氨酸（cycloserine，Cs）可通过抑制粘肽生物合成酶D-丙氨酸的消旋酶（Ar）和合成酶（Dd），而阻碍细胞质内粘肽前体N-乙酰胞壁酸的形成，抑制细菌细胞壁粘肽（肽聚糖）的合成，致MTB细胞壁缺损，减弱其抗酸能力，有杀菌和抑作用。

MTB耐药性的产生多由其基因组上编码药物标靶的基因或与药物活性有关的酶的基因突变所造成，即基因型耐药。基因型耐药的基础是在大量MTB菌群中存在天然抗药突变株，这些突变株在药物的选择压力下保留并繁殖。基因型耐药菌株能够将耐药特性传递给后代菌株，后代菌株能保持并遗传其耐药性。当编码药物标靶的基因或与药物活性有关的酶的基因发生突变而产生耐药性的主要机制如下：

如链霉素、卷曲霉素、阿米卡星、卡那霉素、大环内酯类药物及对氨基水杨酸钠等药物。

RNA的合成为主　如利福平。

如氟喹诺酮类药物。

如吡嗪酰胺。

在MTB中已经发现了活跃的药物外排泵系统，外排泵能将菌体内药物泵出，使得胞内药物浓度不能有效抑制或杀死分枝杆菌，从而产生耐药性。目前为止，虽有MTB质粒的报道，但未发现质粒介导耐药的现象。仅凭MTB天然细胞壁屏障作用和耐药基因并不能全面解释其耐药机制，有些MTB虽然发生了突变却不耐药，有些耐药的MTB却没有发现突变基因，这说明MTB还有其他的耐药机制。研究表明，分枝杆菌存在药物主动外排泵的表达，并被视为是MTB药物靶分子突变机制外的一个重要机制。外排泵是膜上参与代谢的一些蛋白，它们认为抗生素是外来毒素而将其排出体外。最早人们只是在肿瘤细胞及细菌中发现存在外排现象，并导致低浓度耐药的产生。虽然导致的是低浓度的耐药，但正是外排泵的出现增加了基因突变的频率，并最终导致高浓度耐药的产生。MTB外排泵的发现时间并不是很长，但却是对耐药机制研究的一个重要补充。

研究发现，分枝杆菌外排泵能将菌细胞内的药物泵出，使得胞内药物浓度不能有效抑制分枝杆菌的生长，从而产生抗生素耐受性。药物外排系统根据其蛋白氨基酸同源性可分成很多种类，MTB的H37Rv株基因组有20个编码假想外排泵的开放阅读框（ORF）。目前，仅有几种分枝杆菌外排泵得到一定研究，分别为属于主要易化超家族（MFS）的LfrA、RvI634、EfpA、Tet（V）、P55、Tap、Rv1258c；属于耐受小节分裂区家族（RND）的MmpL；属于ATP结合超家族（ABC）的DrrAB、Pst、Rv2686c-Rv2687c-Rv2688c；属于小耐多药性家族（SMR）的Mmr等。其中LfrA为分枝杆菌中被发现的第一个功能外排泵，具有较广的底物专一性。

异烟肼（INH）是20世纪50年代发现的具有抗MTB活性的临床应用最广泛的一线药物。其作用机制是被MTB内的触酶——过氧化物酶katG活化后，抑制enoyl-ACP还原酶inhA，从而抑制分枝菌酸和细胞壁的生物合成，并能使MTB丧失多种特性，如抗酸染色、增殖性和疏水性，最终导致MTB死亡。异烟肼耐药与多种基因突变有关，目前与INH耐药相关的突变基因有 katG、 inhA、 sigl、 ahpC- oxyR、 kasA、 ndh、 nat和 mshA等，其中 katG和 inhA基因是主要耐药基因，二者占总耐药基因的90%以上。

分析结果发现，导致异烟肼耐药性的原因主要包括 katG基因的插入、缺失以及点突变。463位CGG→CTG、315位AGC→ACC是最常见的 katG基因点突变，除此之外 katG基因突变点还包括104位、108位、138位以及148位。 katG基因突变破坏触酶——过氧化物酶的产生，从而使INH与MTB无法作用。

inhA基因也就是enoyl-ACP还原酶编码基因。如果 inhA基因出现结构突变，则会降低NADH和异烟肼的亲和力，进而出现耐药。 inhA结构基因常见的突变位于16位、21位、47位和178位密码子上， inhA基因启动子突变常见于碱基对的置换，如：24位（G-T），16位（A-G）或8位（T-G）。除此之外 inhA基因的调节序列发生突变或者 inhA基因中的某一点发生突变，则会导致 inhA基因蛋白过度表达，从而导致异烟肼耐药。 inhA基因的过度表达造成分枝菌酸的过度合成，而 katG基因突变主要是由 AhpC基因突变造成的。

kasA基因突变在异烟肼耐受中所起的作用还不清楚，因为有部分学者在敏感菌株中也发现有 kasA基因突变。

利福平（RFP）于20世纪60年代被发现，为临床重要的一线抗结核药物。RFP的作用机制是与MTB DNA依赖的RNA聚合酶β亚单位（rpoB）结合，从而抑制其活性，进而对mRNA转录进行抑制，干扰DNA及蛋白质的合成，导致细胞死亡。 rpoB基因则是RNA聚合酶β亚基所依赖的编码基因，在位于RNA聚合酶β亚单位 ropB核心保守区域出现突变时，如缺失突变、插入突变或者点突变等，约97%的RFP耐药株受RNA聚合酶β亚单位的 rpoB基因突变影响，造成RFP与RNA聚合酶之间的亲和力减小，从而导致RFP耐药性的出现。RNA聚合酶β亚单位 ropB核心保守区域的突变有96%集中在一段81bp的区域内，其中65%～86%的突变位于526位或531位密码子，并导致对利福平的高度耐药，临床上把检测这个区域的突变作为MTB对利福平耐药的参考，而511位、516位、518位和522位密码子的突变与MTB对利福平低水平的耐药相关。还有一些突变发生在RNA聚合酶的其他亚基上，它们可能引起MTB对利福平渗透性的改变，这些方面的研究还有待于进一步的深入。

链霉素（SM）是临床常用的一线抗结核药，为氨基糖苷类抗生素，主要作用于16SrRNA，干扰蛋白质翻译、抑制蛋白质合成。已有研究证实，链霉素耐药相关基因主要包括编码核糖体蛋白S12的 rpsL基因和编码16SrRNA的 rrs基因。链霉素与MTB作用受限就是由 rpsL和 rrs基因的突变造成的，继而导致耐药性的出现。链霉素耐药菌大部分都与这两个基因突变有关。 rpsL突变率高于 rrs， rpsL突变位点主要集中在43位和88位密码子上， rrs的突变位点主要集中在491位、512位和516位密码子上。

有研究表明，由于7-甲基鸟苷-甲基转移酶具有使16S rRNA发生甲基化的特性，因此编码7-甲基鸟苷-甲基转移酶的 gidB基因突变可能可造成菌株对链霉素的低度耐药性。耐链霉素菌株中大约有27%发生 gidB突变并不同时伴有 rpsL或 rrs基因突变，但它们能够引起MTB对链霉素低度耐药性，但链霉素敏感的菌株中也能检测到 gidB基因，因此 gidB突变与耐药相关性值得进一步研究。

乙胺丁醇（EMB）是一种阿拉伯糖类似物，作用于分枝杆菌阿拉伯糖基转移酶，使阿拉伯半乳聚糖和阿拉伯甘露聚糖合成障碍，MTB无法合成完整的细胞壁并造成分枝菌酸积累，导致细菌死亡。阿拉伯糖基转移酶的编码基因为 embABC操纵子基因，其过量表达导致MTB对乙胺丁醇的耐受。 embABC操纵子基因是由 embA、 embB和 embC三个基因构成的复合物，耐乙胺丁醇株的常见突变点为 embB基因的306位密码子。 embB基因突变影响三元复合物的形成，然而 embABC操纵子基因突变所导致的MTB对乙胺丁醇耐受的具体机制还有待研究。

吡嗪酰胺（PZA）是烟酰胺的模拟药物，主要是和阿拉伯糖基转移酶产生作用，进而对肽聚糖复合物形成产生影响，让抗结核治疗的疗程显著缩短。吡嗪酰胺需经 pncA基因编码的吡嗪酰胺酶催化才能变为活性形式——吡嗪酸，而耐吡嗪酰胺的MTB通常伴随着吡嗪酰胺酶活性的缺失。但是到目前为止，吡嗪酸的靶位尚不清楚，对此特异性靶位尚存在争议。约72%～98%吡嗪酰胺耐药菌株存在 pncA基因突变，使吡嗪酰胺酶失去活性从而抑制吡嗪酸的合成最终导致耐药。 pncA基因位点突变呈高度多样性，但有三个密码子区域如3～17位、132～142位、61～85位有相当程度的聚集性，这些区段很可能有吡嗪酰胺酶的催化部位，尚需进一步的晶体学研究证实。还有研究发现在一部分耐吡嗪酰胺的菌株中没有 pncA基因的任何突变，可能存在着另外一种耐药机制，尚待进一步研究证实。

氟喹诺酮类包括氧氟沙星、环丙沙星、莫西沙星和加替沙星等抗生素，是治疗耐多药结核病必不可少的药物。喹诺酮类药物的主要作用是抑制MTB脱氧核糖核酸DNA回旋酶，缩短抗结核药物的治疗疗程，该酶由 gyrA和 gyrB基因编码。 gyrA基因和 gyrB基因突变主要集中在一个保守区域，此区域编码的是喹诺酮类与DNA回旋酶相互作用的位点。研究表明， gyrA基因上单一的错义突变与低水平喹诺酮类耐药有关，而高水平耐药一般在 gyrA基因上发生两个或两个以上错义突变，或者 gyrA基因和 gyrB基因同时突变。但也有文献报道，MTB gyrB基因与喹诺酮类药物耐药关联性不明显。