喹诺酮类药物是近二三十年来迅速发展起来的划时代抗菌药物，具有抗菌谱广、抗菌力强、结构简单、疗效显著、与其它常用抗菌药物一般无交叉耐药性等优势，因而愈来愈受到各国的重视，成为竞相生产和应用的热点药品。长期以来，我国在防治细菌性鱼病上使用的抗菌鱼药品种混乱，同类药经常反复、超量使用，耐药菌株不断出现，致使药物用量不断增大，且效果不佳。这些药物多对人、畜、鱼副作用大，甚至有致畸、致癌作用^[1]。喹诺酮类药物作为一种广谱高效的抗菌药物，最早应用于水产养殖细菌病的防治始于20世纪70年代^[2]，初期该类药物在我国南方养鳗业中开始使用^[3]，随着药物价格的下降，目前已被广泛应用于水生动物的疾病治疗^{[1, 4]}。使用该类药物治疗水生动物的细菌性疾病时，大多是借鉴兽医对哺乳动物的研究成果，因此，造成该类药物在水产业疾病防治用药的盲目性^[5]。近几年在治疗鱼病实践中，喹诺酮类药物的用量呈逐年增长的趋势^[6]。因此，了解该类药物在水产病害防治的应用研究现状，树立科学用药的观念对水产养殖业的可持续发展具有重要的意义。该类药物虽有部分种类如环丙沙星现已被列为禁用药^[7]，但对它们药动学研究的结果和方法学，为我国渔药的监管提供了科学依据，并对其它药物的研究提供了有价值的参考。本文就该类药物的综合发展及应用研究概况进行概述，旨在为合理用药提供理论依据。

1.   喹诺酮类药物的特性及种类

1.1   理化性状

白色或淡黄色结晶或结晶性粉末，有吸湿性，无臭、无味或苦味，在阳光下渐变黄或变黑，溶于酸、碱溶液，几乎不溶于水、乙醇、乙醚，在pH值≤6.9时抗菌效果最佳。喹诺酮类药物结构中的3、4位为羧基和酮羰基，极易与金属离子如钙、镁、铁、锌等形成螯合物。大多数喹诺酮类药物的代谢物是3位羧基和葡萄糖酸结合物，哌嗪环很容易被代谢，一般通过肝脏、肾脏代谢再由尿液排泄到体外。

1.2   抗菌原理

喹诺酮类药物能穿透细胞壁，深入细菌内部，抑制细菌的DNA螺旋酶，使其DNA复制受阻。氟喹诺酮类药则不是直接与DNA螺旋酶结合，而是与DNA双链中非配对碱基结合，抑制DNA抑螺旋酶的A亚单位，使DNA超螺旋结构不能封口，这样DNA单链暴露，导致mRNA与蛋白合成失控，最后细菌死亡。由于喹诺酮类药物能造成细菌遗传物质的不可逆损伤，故有强大的杀菌作用。研究表明，本类药体外对DNA螺旋酶的半抑制浓度(IC₅₀)与其对细菌的MIC呈一定的平行关系。

1.3   常用种类的抗菌活性

如表 1，第一代喹诺酮药以萘啶酸首先发现，继之噁喹酸和吡啶酸等，其中噁喹酸用于治理鱼虾病较多; 第二代生成吡哌酸，继之合成吡喹酸、新噁酸、噻喹酸等产品，它们的抗菌作用有所增加，抗菌谱扩大，而且还较少受血清蛋白和pH值的影响，其中以吡哌酸用于水产药物的较多; 第三代生成氟哌酸，从而揭开喹诺酮类衍生物的新序幕。继之问世有恩诺沙星、环丙沙星、氧氟沙星等等。其中诺氟沙星、环丙沙星及氟甲沙星用于防治鳗、鳖等细菌性肠炎、出血病的较多^[9]。

表  1  各代常用喹诺酮药物的比较

Table  1.  Comparison of quinolones at different stages

阶段 stage	常用药物 guinolones	抗菌谱 antimicrobial spectrum	抗菌活性 antimicrobial activity	毒性及副作用 toxicity	代谢 metabolism
第一代 the first stage	萘啶酸 nalidixic acid	窄(抗G-，对G+、绿脓杆菌无效)	中等	毒性大，易产生耐药性	易被代谢，作用时间短
第二代 the second stage	吡哌酸 pipemidic acid 噁喹酸oxolinic acid	较广(抗G-、G+菌、绿脓杆菌)	对G-菌较强，对G+菌较弱	毒副作用小(分子极性作用增加)，耐药性低	药代动力学性质得到改善
第三代 the third stage	诺氟沙星 norfloxacin 环丙沙星 profloxacin 氧氟沙星 ofloxacin 恩诺沙星 enoxacin 沙拉沙星 sarafloxacin 培氟沙星 pefloxacin	广(抗G-、G+菌、绿脓杆菌、耐青霉素的菌种、支原体、衣原体、分枝菌及军团菌 Legionella	强(药物作用明显增强)	对细菌的选择性高，毒性小，耐药性低，与其它抗菌药间无交叉耐药。	稳定，吸收好

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1.4   基本化学结构特征及其作用

喹诺酮类药物的基本结构见图 1。本类药物的构效关系研究表明，喹诺酮母核的3位均有羧酸基，6位引入氟原子可增强抗菌作用并能抑制金黄色葡萄球菌(Streptococcus pneumoniae); 7位引进哌嗪环可提高对金黄色葡萄球菌及铜绿假单胞菌(俗称绿脓杆菌)Pseudomonsa fluorescens的抗菌作用(如诺氟沙星); 哌嗪环被甲基哌嗪环取代(如培氟沙星)，则脂溶性增加，肠道吸收增强，细胞的穿透性提高，半衰期延长; 在8位引进第二个氟原子，可进一步提高肠道吸收，延长半衰期(如洛美沙星等)，同时有光敏反应; N-1修饰以环丙基团(环丙沙星)或嗪基团(氧氟沙星)可扩大抗菌谱，增强对衣原体、支原体及分支杆菌(结核杆菌Mycobacterium tuberculosis与麻风杆菌M.leprae等)的抗菌活性，嗪环还可提高水溶性，使药物在体内不被代谢而以原形经尿排泄。

图  1  喹诺酮类药物基本结构图

Figure  1.  Fundamental structure of quinolones

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1.5   药物种类研究进化阶段

按喹诺酮类药物的母核结构特征，可将其分为3类: 萘啶羧酸类，吡啶并嘧啶羧酸类，喹林羧酸类(品种最多、最重要的一类)。国际学术界将喹诺酮类药物的发展分为4个阶段，第一阶段为发展初期(1962~1969年)，药物产品仅有中等抗菌活性，安全性也不理想，目前基本属淘汰品种; 从第二阶段(1970~1977年)开始，喹诺酮进入快速发展时期，化学修饰在其主环6或8位加入氟原子后又被称为氟喹诺酮^[8]。氟喹诺酮的问世，使学术界对喹诺酮产品有了全新的评价并得到广泛的临床应用; 第三阶段(1978~现在)药物产品与老的氟喹诺酮类化合物相比，药效学上抗菌谱扩大到抗革兰氏阳性及阴性菌、衣原体、枝原体及细胞内致病菌，抗菌活性也大大提高，同时药代动力学及安全性也有了很大的改善; 第四阶段是指20世纪90年代后期开始研制、并已陆续进入临床试验的最新一代喹诺酮产品，这一阶段产品有些结构较前阶段的经典产品有很大的改进，而更重要的是其药理特性较以往又有了改善，有些产品的抗菌谱及抗菌活力达到了新的高峰。

2.   喹诺酮类药物在水产养殖中的研究概况

2.1   药效研究

水产动物病害防治常用的喹诺酮类药物中，环丙沙星的抗菌活性较强，但其生物利用度仅有38%~60%，而恩诺沙星对细菌、支原体等引起的疾病疗效一般要优于环丙沙星、诺氟沙星及其它抗生素^[10]。雷氏普罗威菌(Providen-cia rettgeri)的药敏试验表明，该菌对环丙沙星低度敏感，而对恩诺沙星高度敏感^[11]; 1996年春季和1997年秋季在南斯拉夫的克罗埃西亚洲一渔场的虹鳟Oncorhynchuo mykiss发生了红嘴病，在用多种药物对病鱼体内分离出来的红色耶尔森氏菌(Yersinia rucheri)进行的药敏试验中，该菌表现对恩诺沙星高度敏感^[12]; MARTINSEN等^[13]比较了喹酸、氟甲喹、环丙沙星和恩诺沙星等4种药物对杀鲑气单胞菌(Aeromonas salmonicida)、非典型杀鲑气单胞菌(A-typical A.salmonicida)、杀鲑弧菌(Vibrio salmonida)、鳗弧菌(V.anguillarum)和红色耶尔森氏菌等的抑菌效果，从实验数据得出这几种菌对恩诺沙星都高度敏感，4种药物中恩诺沙星的抑菌效果最理想。其它种类如左氟沙星自上市以来则充分体现其高效、广谱、安全等特点，因而也被广泛应用; 而氧氟沙星对鳗爱德华氏病的疗效较好。

2.2   药代动力学及其残留研究

2.2.1   检测分析方法

公开发表的测定组织中喹诺酮及其活性代谢物残留量的方法包括微生物测定(MIA)和免疫测定法; 薄层色谱法(TLC)、高效液相色谱法(HPLC)和气相色谱/质谱测定法(GC-MS)，一般实验室最常用的方法是高效液相色谱法。

微生物抑制法一般用于抗生素的浓度测定，其优点是无需特殊设备、样品用量少、灵敏度高，缺点是相对误差较大。原则上可分为稀释法、比浊法和扩散法3类，但前2种方法准确性差，目前多采用琼脂扩散法，它是以药物敏感菌株作为指示生物，用琼脂平板培养后，给以组织提取液，观察抑菌环大小，再与标准曲线比较推算出药物浓度。很多学者^[14-16]在研究中采用了该方法，检测限可达μg · g^-1。气相色谱法适用于测定挥发性较大并且热稳定性较好的物质。样品测定前需要先经衍生化处理，不仅操作复杂，而且常会带进干扰物质。高效液相色谱的荧光检测分析法，其分辨能力强，流动相选择余地大，检测器专一性高，是目前应用最多的分析方法，广泛应用于各种水产养殖动物的药物残留检测^[17-22]。此外，还有酶联免疫法^[23]、分光光度法、比色法和同位素法等。如HANSEN等^[24]则采用放射同位素法研究了氟甲喹在欧洲鳗鲡Anguilla anguilla、大菱鲆Scophthalmus maximus和鳙鲽Hippoglossus hippoglossus体内的吸收、分布和消除规律。从喹诺酮类药物的药动学研究来看，该类药物具有更低的MIC以及良好的防治效果(尤其针对一些比较敏感的养殖鱼类)，是水产养殖过程细菌病防治的重要抗病药物^[25]。

然而，喹诺酮类药物的残留分析至今还没有一个是被美国公职分析化学家协会(AOAC)认可的官方分析方法或是国际互认的实验室方法，除挪威以外，对喹诺酮还没有一个完整的监测程序。个别政府或公共实验室已经接受不同的方法，但多以高效液相色谱法作为监测检查的程序方法。高效液相色谱法作为官方检测或参考方法仍需作进一步深入研究并完善。

2.2.2   相关因素

与药物代谢相关的因素包括用药对象、环境因素等。大量研究结果表明，药代动力学参数与种间差异呈正相关关系。如盐酸沙拉沙星在虾体内的消除半衰期，比其他喹诺酮类药物在有鳍鱼体内的消除半衰期短^[26]; SAMUELSEN等^[27]对大西洋鳕Gadus morhua进行了药动学研究，并与前人的研究结论比较得出，喹酸的消除半衰期和生物利用度种间差异很大; 斑节对虾Penaeus Japonica和凡纳滨对虾P.vannamei肌注诺氟沙星后其药代动力学参数也存在差异^[7]，诺氟沙星在对虾体内消除则明显大于鲤Cyprinus carpio^[28]。种间平均体重的不同也可能造成药代动力学的不同^[29]。另外，一些鱼类由于具有肝脏的首过消除效应，导致药物的生物利用度降低。药动学种间差异提示，不能轻易将一种药物在某种动物的药代动力学结果应用于其它动物。不同年龄与性别的水产动物体内药物的代谢也不尽相同。盐酸环丙沙星在中华绒螯蟹Eriocheir sinensis雄性个体的消除相半衰期几乎是雌蟹的2倍^[30]; 而POHER等^[31]在研究大菱鲆单剂量口服噁喹酸的药代动力学时发现性别对药动学没有显著影响。另外，水产动物患病或营养不良使机体活动减少、代谢下降，从而影响药物在体内的吸收和代谢，同时胃内容物、胃排空、胃肠蠕动、药物在胃肠道内的相互作用等均会影响药物的吸收^[32]。

环境因素主要是温度、盐度、溶解氧(DO)和饵料。一般来说，在一定范围内，药物的代谢与水温成正比，研究表明，温度变化1℃，药物代谢速度变化10%^[33]。而盐度对药动学的影响在不同的水产动物中其结果也不一，盐度1和15下凡纳滨对虾肌注诺氟沙星(10 mg · kg^-1)，在给药后2 min对虾血浓度达到最高峰，且最高浓度相近，但2种盐度下部分药动学参数差别较大^[7]; ISHIDA^[34]在对海水虹鳟和淡水虹鳟口服噁喹酸(40 mg · kg^-1)实验得出，在24 h内2组鱼的各组织内药物浓度差别不大，但24 h后海水虹鳟组织中药物的消除率明显大于淡水虹鳟。对于DO的影响已有报道指出，DO高，鱼类代谢旺盛，药物吸收和分布速率加快，生物利用率也较高^[35]。此外，口服药物的载体、投饵给药以及饵料的结合方式都可能改变药物的峰浓度和达峰时间^[36-37]，药物种类、给药方式和剂型也是重要的影响因素。

2.2.3   药物残留的靶组织

水产动物的内脏、鳃、肌肉和血液常是药物残留的靶组织。恩诺沙星在牙鲆Paralichthys olivaceus肾脏中的残留相对明显，以30 mg · g^-1剂量连续灌胃给药5 d后停药28 d残留浓度仍接近0.05 μg · g^-1，其次是鳃，停药28 d后仍可检测到0.007 μg · g^-1的残留浓度^[26]; 淡水鱼药浴处理后其鳃组织也存在大量氟甲喹^[38]; PLAKAS等^[39]推测鳃排泄是氟甲喹消除的途径之一，而鳃的表面积可能是氟甲喹从欧洲鳗鲡体内消除的一个限制因素^[40]。肌肉中的药物消除最快，给药8 d后牙鲆中恩诺沙星残留已低于检测限以下^[26]，鳖Trionyx sinensis肌肉中的恩诺沙星消除则相对较慢^[41]; 另有报道喹诺酮类药物与骨中的二价离子和皮肤中的黑色素有亲和性^[42]，故这2种组织可作为水产动物内残留药物的储存组织，并在停药后很长一段时间内慢慢释放到其它组织中，造成潜在的残留危害，这个结论已在大西洋鲑Salmo salar、虹鳟(沙拉沙星)^[43]及金鲷Sparus aurata(氟甲喹)^[44]等鱼体内得到验证。

喹诺酮类药物在水产动物体内消除缓慢，过量的药物残留不仅会损害人体健康^[45]，也严重阻碍我国水产品出口创汇，如2003年我国鳗鱼出口日本严重受阻就是因为恩诺沙星残留超标^[46]。美国和欧共体许多国家规定诺氟沙星在家禽食用组织中的最高残留限量为50 μg · kg^-1，恩诺沙星为30 μg · kg^-1，环丙沙星为30 μg · kg^{-1 [47]}。

2.3   药物对养殖动物及养殖环境的影响

虽然喹诺酮类药物常被作为高效的抗菌素(抗菌药物或抗微生物药)应用于水产养殖的病害防治，但与其它抗菌素相同的是在用药之后都可能使养殖动物本身受到一定的影响。实践表明，使用部分药物后比较敏感的鱼类会出现活力下降、摄食减少、少数沉底昏睡等情况。而且使用该类药物通常会引起幼体动物的关节病变及影响软骨的生长，因此，目前欧美等国均规定在苗种阶段忌用^[48]。也有报道指出，喹诺酮类药物很可能对动物的神经系统造成损害，食品药品管理局(FDA)并不赞同对鱼类等水生动物使用该类药物^[49]。可见无论一种药物的效果如何，科学合理的应用非常关键，不仅关系到药物的治疗效果，也与养殖动物的持久健康息息相关，同时也关系到整个养殖环境的可持续平衡。喹诺酮类药物广泛应用后，已导致部分病原细菌出现耐药性，耐药机理研究证实主要是染色体突变，不存在质粒介导的耐药性。耐药机制有二: (1)细菌DNA螺旋酶的改变，与细菌高浓度耐药有关，耐药菌株DNA螺旋酶的活性改变主要由于gyrA基因突变所致; (2)细菌细胞膜孔蛋白通道的改变或缺失，与低浓度耐药有关。可见对该类药物的应用还需要更进一步慎重考虑及作深入研究，尽可能降低使用的频率和数量。总而言之，包括喹诺酮类药物在内的所有化学药物的残留已成为水产养殖中必须面对的严峻问题，大部分药物残留会导致养殖生物的毒性损伤，造成致癌、致畸、致突变等后果出现^[50]。

3.   喹诺酮类药物的应用及展望

喹诺酮类药物适用于多种水产动物的疾病防治，淡水鱼类出血性败血症、烂鳃病、肠炎病、赤皮病、打印病等; 鳗弧菌性肠炎、鳗爱德华氏病、鳗赤鳍等; 黄鳝Monopterus albus出血病; 对虾立克次氏体病、烂眼病、黄鳃病、红鳃病; 蟹的烂鳃病、甲壳溃疡病、细菌性抖抖病; 海水养殖鱼类(大黄鱼Pseudosciaena crocea、鲈Lateolabrax japonicus、美国红鱼Sciaenops ocellatus等)烂鳃病、溃疡病、弧菌病、出血性肠炎病; 鳖皮肤溃疡病、红脖子病、出血性败血症、水肿病; 鲟Acipenser sinensis肠炎病、气泡病、细菌性败血症、爱德华氏病、表皮溃疡病; 牛蛙Rana catesbeiana红腿病、链球菌病等^[51]。部分药物的用法见表 2。

表  2  常用喹诺酮药物种类的应用

Table  2.  Application of quinolones frequently used in aquaculture

药物名称 quinolones	用量和用法 dosage and usage	用药禁忌 taboos	备注 remark
萘啶酸 nalidixic acid	(1)内服: 3~5 g · (100 kg · d)-1，先将药物用饵料用油调配成悬液，然后与颗粒饵料掺和，给饵一般早晚2次，连喂6~7 d; (2)药浴: 以(0.5~1)×10-6浸洗鱼体10~20 min，放回清水; (3)遍洒: 以(0.05~0.1)×10-6的浓度全池遍洒，效果较佳	1. 与青霉素、麦迪霉素、庆大霉素、卡那霉素、粘菌素等合用，具有协同增效作用，可考虑复方使用; 2.与氯霉素、利福平、一些呋喃类，如呋喃妥因、呋喃坦丁等具有拮抗作用，应避免联合使用;	现已基本不用
吡哌酸 pipemidic acid	(1) 内服: 1~3 g · (100 kg · d)-1，拌饵投喂，连喂3~6 d; (2)浸洗: (0.5~1.5) ×10-6浸洗10~20 min; (3)遍洒: (0.05~0.1)×10-6全池泼洒	3.碱性药物、抗胆碱药、H2受体阻滞剂均可降低胃液浓度，而使本类药物的吸收减少，应避免合用;	休药期2~3 d
诺氟沙星 (氟哌酸) norfloxacin	(1)内服: 1~3 g · (100 kg · d)-1，拌饵投喂，连喂3~6 d; (2)浸洗: (0.5~1.5) ×10-6浸洗10~20 min; (3)遍洒: (0.05~0.1)×10-6全池泼洒	4.不宜与含钙、铁等矿物质元素; 的配合饵料混合使用，以免降低药效;	休药期6 d
环丙沙星 (环丙氟哌酸) profloxacin	《无公害食品渔用药物使用准则》(NY 5071-2002)(中国等)禁用	5.受水的硬度、pH以及二价阳离子影响较大，故在海水中使用应加大剂量。若配合外用优氯净等有机氯消毒剂则效果更佳;	休药期8 d(牙鲆)
恩诺沙星 enoxacin	(1) 口服: 0.8~1.5 g · (100 kg · d)-1，拌饵投喂，连喂3~6 d; (2)浸洗: (0.1~0.6)×10-6浸洗10~20 min; 或参照文献[9]
沙拉沙星 sarafloxacin	用法和用量同恩诺沙星	6.在苗种阶段忌用

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当前水产病害的主要特点是病原体交叉感染，海水和淡水的病原相互转化适应^[52]，发病症状日趋复杂，致使诊断治疗难度加大，养殖户无法对症下药，只能凭经验用药，导致乱用药现象非常普遍，病害越来越严重的恶性循环。不合理用药的后果主要体现在耐药病原菌株的频频出现和药物残留的不断增加。喹诺酮类药物克服了以往水产常用药物的许多不足，尤其是第三代喹诺酮药物的研究开发对渔业病害防治具有极其重要的意义。我们通过研究发现，目前多数病原菌还不易对喹诺酮类药物产生耐药性，如诺氟沙星(氟哌酸)等常用种类在水产方面的抑菌效果仍比较显著。然而，随着病原菌的不断突变和适应，为保证药物的有效性，就必须研发更新的药物种类。自20世纪90年代后期开始研制并已陆续进入临床试验的最新一代喹诺酮产品，已有很大改进，药理特性的改善使新产品的抗菌谱及抗菌力达到了新的高峰。然而，科学用药才是最关键的。因此，很有必要制定相关的法规法则对人、畜、渔用药进行具体的分类限制，对使用方法科学规范化，包括药物的用量、使用方法、休药期等，与生产实践相结合，促进“三效”(高效、速效、长效)、“三小”(毒性小、副作用小、用量小)专用药物种类的开发。对于研究的水产动物对象应有的放矢。另外，由于一些药物是以代谢产物在体内发挥作用的，其代谢产物在体内的消除与原药也不一致^[32]，因此，需要研究代谢产物在水产动物体内的消除规律才能全面了解水生动物体内药物的作用方式。对药物作用机制的不断深入研究也是防止抗药菌株出现的关键^[53]。有报道指出，抗生素本身并不能拯救发病的养殖动物，而仅只是控制病原数量直至养殖动物自身免疫系统将病原清除^[49]，可见提高养殖动物自身的免疫能力是防病的重要基础，长期使用药物控制疾病只能是治标不治本，必须结合生物学防病技术及免疫学研究才能保持水产养殖业的可持续发展。