細胞壁抗生素（Cell-Wall-Active Antibiotics）：β-lactam 與 vancomycin

細菌的細胞壁像一層保護網，靠一種叫 peptidoglycan 的網狀結構撐住。細胞壁抗生素就是去破壞這層網，讓細菌撐不住、脹破死掉。這章分成兩大家族：β-lactam 和 vancomycin。

高效考點與陷阱

• 所有 β-lactam 都用同一招：不可逆地擋住細菌的轉肽酶（也就是 penicillin-binding protein，PBP），讓 peptidoglycan 沒辦法交聯、細胞壁鬆掉、細菌脹破。它們是殺菌性、時間依賴（藥物濃度要高過 MIC 達給藥間隔的 40–70% 才有效）。

• Penicillin 分四群：天然（治鏈球菌、梅毒、腦膜炎奈瑟菌）、抗葡萄球菌（nafcillin、oxacillin、dicloxacillin 治 MSSA，對 MRSA 無效）、aminopenicillin（ampicillin、amoxicillin，多涵蓋 Listeria、Enterococcus、H. influenzae、E. coli）、抗綠膿（piperacillin、ticarcillin，一定配 β-lactamase 抑制劑）。

• amoxicillin 給正在感染 EBV 或 CMV 的病人，約 90% 會出斑丘疹，這不是真的過敏。

• Cephalosporin 世代越後面，對 gram 陰性菌越強、對陽性菌越弱。但第一代的 cefazolin 陽性最強，是大多數手術的預防首選。

• 3rd 代兩個要記牢：ceftriaxone 能過血腦障壁、治腦膜炎與淋病、走膽汁排除（新生兒禁與靜脈鈣併用）；ceftazidime 涵蓋綠膿桿菌但幾乎不打 MSSA。

• 4th 代 cefepime 同時保住陽性又打綠膿、能抗 AmpC 型 β-lactamase，但腎功能差或高劑量時有神經毒性（腦病變、抽搐）。5th 代 ceftaroline 才涵蓋 MRSA（能結合 PBP2a）。

• Carbapenem 是所有 β-lactam 裡最廣效的，但不涵蓋 MRSA、Enterococcus faecium、非典型菌、Stenotrophomonas。ertapenem 又少了綠膿與 Acinetobacter；imipenem 抽搐風險最高，CNS 感染選 meropenem。

• aztreonam 只打 gram 陰性好氧菌，對陽性與厭氧菌沒用。它在 penicillin 過敏的人可安全使用（結構少了 thiazolidine 環），唯一例外是對 ceftazidime 過敏的人（兩者共用 R1 側鏈）。

• vancomycin 只涵蓋 gram 陽性，是 MRSA 的首選，口服可治 C. difficile 腸炎。紅人症候群是輸太快造成的組織胺反應、不是過敏，慢慢輸（至少 60 分鐘）就好。它的腎毒性隨 AUC 超過 600 上升。

• daptomycin 會被肺部的表面張力素滅活，所以不能用來治肺炎。

• imipenem 會被腎近端小管刷狀緣的 dehydropeptidase I（DHP-1）水解，藥效下降、還會生出腎毒性代謝物，所以一定要配 cilastatin。cilastatin 是 DHP-1 抑制劑，本身沒有抗菌作用。

• meropenem、ertapenem、doripenem 的 C-1 位多了一個 methyl 基（1-β-methyl），對 DHP-1 穩定，不需要配 cilastatin。這是「哪個 carbapenem 要配 cilastatin」的判別點。

• cilastatin 不是 β-lactamase 抑制劑。clavulanate、sulbactam、tazobactam 才是擋 β-lactamase；cilastatin 擋的是人體腎臟的酵素。

記憶口訣

• 「β-lactam 打 PBP、拆掉細胞壁」：所有 β-lactam 都不可逆抑制轉肽酶（PBP），讓 peptidoglycan 沒法交聯。

• 「越後代越陰，cefazolin 顧陽開刀」：cephalosporin 世代越後、gram 陰性越強；第一代 cefazolin 陽性最強、是手術預防首選。

• 「三代 ceftriaxone 上腦、ceftazidime 打綠膿」：3rd 代兩張王牌，一個過血腦障壁治腦膜炎、一個涵蓋綠膿桿菌。

• 「五代才打 MRSA」：能對付 MRSA 的是第五代 ceftaroline。

• 「碳青黴最廣，就是不打 MRSA」：carbapenem 最廣效，但 MRSA、E. faecium、非典型菌、Stenotrophomonas 不涵蓋。

• 「盤尼西林過敏，aztreonam 安全」：penicillin 過敏時 aztreonam 幾乎不交叉，只有 ceftazidime 過敏是例外。

• 「紅人不是過敏，慢慢輸就好」：vancomycin 紅人症候群是快速輸注的組織胺反應。

• 「amoxicillin 遇 EBV 就起疹」：aminopenicillin 在 EBV 或 CMV 感染時大量出疹，不是真過敏。

• 「imipenem 怕腎裡的剪刀，cilastatin 幫它擋」— imipenem 被腎的 dehydropeptidase I 水解，cilastatin 是這個酵素的抑制劑。

• 「有 methyl 的不用陪，imipenem 沒有才要」— meropenem／ertapenem／doripenem 有 1-β-methyl、對 DHP-1 穩定；只有 imipenem 需要 cilastatin。

抗生素要殺細菌，得先找到細菌有、人體沒有的弱點。細胞壁就是一個好目標，因為人的細胞根本沒有細胞壁。

這章的兩大家族都攻擊細胞壁，但下手的地方不同。β-lactam 擋住蓋牆的工人（PBP），vancomycin 則直接把磚塊（前驅物）綁住。先看共同機轉，再一類一類看。

β-lactam 的共同機轉

細菌蓋細胞壁時，要靠一種酶把 peptidoglycan 一條一條交叉綁緊，這種酶叫轉肽酶，也叫 penicillin-binding protein（PBP）。

β-lactam 的招式很單純：它長得像 PBP 的受質，會卡進去、不可逆地把 PBP 綁死。牆沒綁緊，細菌就撐不住細胞內的滲透壓、脹破死掉。

因為是把細菌殺死（不只是抑制生長），所以叫殺菌性。它的殺菌方式是時間依賴：重點不是把濃度衝多高，關鍵是藥物濃度高過 MIC 的時間夠不夠長（大約要佔給藥間隔的 40–70%）。

Penicillins

penicillin 依抗菌範圍分四群。

天然 penicillin（penicillin G、penicillin V）主打鏈球菌（包括 S. pyogenes、S. pneumoniae）、口腔厭氧菌、梅毒螺旋體、敏感的腦膜炎奈瑟菌。用於鏈球菌咽炎、梅毒、腦膜炎球菌腦膜炎、心內膜炎（配 aminoglycoside）。它會被 β-lactamase 破壞，對大多數葡萄球菌與 gram 陰性桿菌沒用。高劑量 penicillin G 在腎功能差時可能抽搐。

抗葡萄球菌 penicillin（nafcillin、oxacillin、dicloxacillin）靠大側鏈擋住 β-lactamase，專治 methicillin 敏感的金黃色葡萄球菌（MSSA）與鏈球菌。用於 MSSA 的皮膚軟組織感染、菌血症、心內膜炎、骨髓炎。它對 MRSA 無效（MRSA 靠 mecA 基因做出 PBP2a）。nafcillin 特別會間質性腎炎。

aminopenicillin（ampicillin、amoxicillin）比天然的多涵蓋一些菌：Enterococcus（ampicillin 較好）、Listeria monocytogenes、不產 β-lactamase 的 H. influenzae、E. coli、Proteus mirabilis。用於社區型肺炎、泌尿道感染、Listeria 腦膜炎、腸球菌心內膜炎（配 gentamicin）。它會被 β-lactamase 分解，所以常配 β-lactamase 抑制劑（ampicillin-sulbactam、amoxicillin-clavulanate）擴大範圍。它的斑丘疹發生率 5–10%，若在 EBV 或 CMV 感染期間給，高達 90%，但這不是真過敏。

抗綠膿 penicillin（piperacillin、ticarcillin）把 gram 陰性範圍拉到綠膿桿菌、Enterobacter、厭氧的 Bacteroides。用於院內感染、嗜中性球低下發燒、腹內感染，一定配 β-lactamase 抑制劑（piperacillin-tazobactam）。高劑量時會低血鉀、血小板功能異常、鈉負荷過多。

Cephalosporins

cephalosporin 依世代分類，越後面的世代對 gram 陽性越弱、對 gram 陰性越強。

第一代（cefazolin、cephalexin）陽性菌涵蓋很好（MSSA、鏈球菌），陰性菌有限（E. coli、Klebsiella、Proteus mirabilis）。cefazolin 是大多數手術的預防首選，也治 MSSA 皮膚軟組織感染與泌尿道感染。

第二代（cefuroxime、cefoxitin、cefotetan）保住陽性、陰性變好（加了 H. influenzae、Moraxella、Neisseria），其中 cefoxitin 與 cefotetan 多了厭氧（Bacteroides）。cefotetan 有 disulfiram 樣反應（含 methylthiotetrazole 側鏈，喝酒會不舒服）與低凝血酶原血症。

第三代（ceftriaxone、ceftazidime、cefotaxime）陰性範圍很廣。ceftriaxone 與 cefotaxime 能過血腦障壁、涵蓋鏈球菌、淋病與腦膜炎奈瑟菌；ceftazidime 涵蓋綠膿桿菌，但陽性很弱。ceftriaxone 一天一次、走膽汁排除，用於腦膜炎、淋病、社區型肺炎、萊姆病，副作用是膽泥與假結石，新生兒禁與靜脈鈣併用（會沉澱）。

第四代（cefepime）把第一代的陽性活性和第三代的陰性、綠膿活性合在一起，還能抗 AmpC 型 β-lactamase。用於院內肺炎、嗜中性球低下發燒、複雜性泌尿道感染、綠膿感染。它的問題是神經毒性（腦病變、抽搐），在腎功能差或高劑量時特別要小心。

第五代（ceftaroline、ceftobiprole）能對付 MRSA（結合 PBP2a），還涵蓋產 ESBL 的腸桿菌科。用於 MRSA 皮膚軟組織感染、社區型肺炎。

Carbapenems 與 aztreonam

carbapenem（imipenem、meropenem、ertapenem、doripenem）結合多種 PBP，能抵抗大多數 β-lactamase（包括 ESBL、AmpC），但會被 carbapenemase（KPC、NDM、OXA-48）分解。

它是所有 β-lactam 裡最廣效的：涵蓋陽性（含 MSSA）、陰性（含綠膿，ertapenem 除外）、厭氧菌，但不涵蓋 MRSA、Enterococcus faecium、非典型菌、Stenotrophomonas。用於嚴重院內感染、產 ESBL 的菌、多重菌感染、嗜中性球低下發燒。

幾個差別要記：ertapenem 不涵蓋綠膿與 Acinetobacter、一天一次、適合門診；meropenem 抽搐風險比 imipenem 低，CNS 感染優先選它。imipenem 抽搐風險最高，在 CNS 疾病或腎功能差時尤其要注意。

aztreonam 是單環 β-lactam，結合 PBP3，能抵抗金屬型 β-lactamase。它只打 gram 陰性好氧菌（腸桿菌科、綠膿、H. influenzae、Neisseria），對陽性與厭氧菌完全沒用。它最大的用處是 penicillin 過敏病人的 gram 陰性感染，因為結構少了 thiazolidine 環、幾乎不與 penicillin 交叉。唯一例外是對 ceftazidime 過敏的人，兩者共用 R1 側鏈、可能交叉。

β-lactamase 抑制劑

細菌會做出 β-lactamase 這種酶來分解 β-lactam。β-lactamase 抑制劑就是去把這種酶綁死、讓 β-lactam 重新有效。

傳統的抑制劑有 clavulanate、sulbactam、tazobactam，配在 penicillin 上（amoxicillin-clavulanate、ampicillin-sulbactam、piperacillin-tazobactam），把範圍擴到會產 β-lactamase 的 S. aureus、H. influenzae、Bacteroides。它們擋不住 ESBL 與 carbapenemase。

新型抑制劑有 avibactam、vaborbactam、relebactam，能擋 ESBL、AmpC、部分 KPC 型 carbapenemase，組合有 ceftazidime-avibactam、meropenem-vaborbactam、imipenem-relebactam，用於抗碳青黴烯腸桿菌（CRE）與多重抗藥綠膿。

Vancomycin 與 lipoglycopeptides

vancomycin 的招式和 β-lactam 不同。它直接綁住 peptidoglycan 前驅物末端的 D-alanyl-D-alanine，讓轉肽酶與轉糖苷酶都沒辦法動工。它對 gram 陽性菌是殺菌性。

它只涵蓋 gram 陽性：MRSA（首選）、MSSA、Enterococcus（但不涵蓋 VRE）、口服可治 C. difficile 腸炎、凝固酶陰性葡萄球菌。用於 MRSA 各種感染、C. difficile 腸炎（口服）、penicillin 過敏又有嚴重陽性菌感染的人、β-lactam 過敏者的手術預防。

vancomycin 的毒性要記幾個。紅人症候群是輸太快造成的組織胺反應（臉紅、癢、低血壓），不是過敏，只要輸注時間拉到 60 分鐘以上、先給抗組織胺就能預防。腎毒性在 AUC 超過 600 時風險上升，併用其他腎毒性藥（aminoglycoside、NSAID）或本來就腎不好會更高。少數會耳毒性、長期用超過一週會嗜中性球低下、還有血栓性靜脈炎。

監測方面，嚴重 MRSA 感染建議用 AUC 導向給藥，目標 AUC 400–600（兼顧療效與腎毒性）；若用低點濃度（trough）監測，目標 10–20 mg/L，嚴重感染（心內膜炎、腦膜炎、骨髓炎）要 15–20。

lipoglycopeptide（daptomycin、telavancin、dalbavancin、oritavancin）機轉像 vancomycin，但多了親脂側鏈、更會黏膜；daptomycin 讓細菌膜去極化。它涵蓋陽性菌包括 MRSA，daptomycin 還打 VRE。daptomycin 用於 MRSA 菌血症、心內膜炎、複雜皮膚軟組織感染，但會被肺部表面張力素滅活，所以不能治肺炎；副作用是肌病與橫紋肌溶解（每週監測 CPK）、嗜酸性球肺炎。

Penicillin 過敏與交叉反應

病史上約 10% 的人說對 penicillin 過敏，但實際檢測後多數不是真過敏。

和 cephalosporin 的交叉反應其實不高。真正確診 penicillin 過敏的人，整體交叉反應率低。風險較高（約 20–35%）的是 aminopenicillin 過敏碰上有相同側鏈的 aminocephalosporin（cephalexin、cefaclor、cefadroxil）。後代 cephalosporin（cefuroxime、ceftriaxone、cefepime）側鏈不同、交叉極低。第一代的交叉反應比後代高。

aztreonam 幾乎不與 penicillin 交叉（少了 thiazolidine 環），在 penicillin 過敏時安全，例外是對 ceftazidime 過敏的人。carbapenem 與 penicillin 的交叉也低，適當監測下大致安全。

高頻鑑別

幾組最會考的對照整理成表。

其他必記的鑑別：MRSA 靠 mecA 做出 PBP2a、讓大多數 β-lactam 失效；紅人症候群是輸太快的組織胺反應、不是過敏；daptomycin 不能治肺炎（被表面張力素滅活）；ceftriaxone 新生兒禁與靜脈鈣併用。

Imipenem 為什麼要配 cilastatin

imipenem 幾乎是所有 β-lactam 裡抗菌範圍最廣的一個，但它有個弱點：進到腎臟就會被拆掉。

腎近端小管的刷狀緣上有一個酵素叫 dehydropeptidase I（DHP-1）。它會把 imipenem 的 β-lactam 環水解開。結果有兩個：尿液裡的藥物濃度掉到治不了泌尿道感染的程度，而且水解產生的代謝物本身有腎毒性。

cilastatin 就是為了解決這件事而生的。它是 DHP-1 的抑制劑，把這個酵素擋住，imipenem 就不會在腎裡被拆解。

cilastatin 本身完全沒有抗菌活性，它不殺菌、也不擴大抗菌範圍。它的工作只有兩件：保住 imipenem 的濃度、避免腎毒性代謝物產生。臨床上兩者以 1:1 的比例做成固定複方（imipenem-cilastatin）。

這裡有一個常見的混淆。cilastatin 不是 β-lactamase 抑制劑。clavulanate、sulbactam、tazobactam 擋的是「細菌」做出來的 β-lactamase；cilastatin 擋的是「人體腎臟」的 dehydropeptidase。兩者對付的酵素來源完全不同。

其他 carbapenem 就不需要這個保鑣。meropenem、ertapenem、doripenem 在五員環的 C-1 位置多了一個 methyl 基（1-β-methyl），這個小小的結構差異讓它們對 DHP-1 有抵抗力，可以單獨給藥。所以考題問「哪一個抗生素須併用 cilastatin」，答案永遠是 imipenem。

順帶一提，新一代的 imipenem-relebactam 雖然加了 β-lactamase 抑制劑 relebactam 來對付碳青黴烯抗藥菌，配方裡的 cilastatin 仍然保留，因為腎臟水解的問題並沒有消失。

參考文獻

1. Lima LM, Silva BNMD, Barbosa G, Barreiro EJ. β-Lactam Antibiotics: An Overview From a Medicinal Chemistry Perspective. European Journal of Medicinal Chemistry. 2020;208:112829. DOI: 10.1016/j.ejmech.2020.112829.
2. Naqvi SAR. 99mTc-labeled antibiotics for infection diagnosis: Mechanism, action, and progress. Chemical Biology & Drug Design. 2022;99(1):56-74. DOI: 10.1111/cbdd.13923.
3. Kuehn R, Stoesser N, Eyre D, et al. Treatment of Enteric Fever (Typhoid and Paratyphoid Fever) With Cephalosporins. The Cochrane Database of Systematic Reviews. 2022;11:CD010452. DOI: 10.1002/14651858.CD010452.pub2.
4. Zobell JT, Waters CD, Young DC, et al. Optimization of anti-pseudomonal antibiotics for cystic fibrosis pulmonary exacerbations: II. cephalosporins and penicillins. Pediatric Pulmonology. 2013;48(2):107-22. DOI: 10.1002/ppul.22669.
5. Vuppalanchi R, Li YJ, Rockey DC, et al. Clinical and Genetic Associations in Cephalosporin-Induced Liver Injury: Insights From the Drug-Induced Liver Injury Network. Alimentary Pharmacology & Therapeutics. 2025;62(10):1012-1022. DOI: 10.1111/apt.70284.
6. Thompson RL. Cephalosporin, Carbapenem, and Monobactam Antibiotics. Mayo Clinic Proceedings. 1987;62(9):821-34. DOI: 10.1016/s0025-6196(12)62336-2.
7. Klein NC, Cunha BA. The Selection and Use of Cephalosporins: A Review. Advances in Therapy. 1995;12(2):83-101.
8. Thornsberry C. Review of in Vitro Activity of Third-Generation Cephalosporins and Other Newer Beta-Lactam Antibiotics Against Clinically Important Bacteria. The American Journal of Medicine. 1985;79(2A):14-20. DOI: 10.1016/0002-9343(85)90255-4.
9. Castells M, Khan DA, Phillips EJ. Penicillin Allergy. The New England Journal of Medicine. 2019;381(24):2338-2351. DOI: 10.1056/NEJMra1807761.
10. Romano A, Gaeta F, Valluzzi RL, et al. Cross-Reactivity and Tolerability of Aztreonam and Cephalosporins in Subjects With a T cell-Mediated Hypersensitivity to Penicillins. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 2016;138(1):179-186. DOI: 10.1016/j.jaci.2016.01.025.
11. Food and Drug Administration. Vancomycin Hydrochloride. Updated 2023-09-29.
12. Lodise TP, Drusano G. Vancomycin Area Under the Curve-Guided Dosing and Monitoring for Adult and Pediatric Patients With Suspected or Documented Serious Methicillin-Resistant Staphylococcus Aureus Infections. Clinical Infectious Diseases. 2021;72(9):1497-1501. DOI: 10.1093/cid/ciaa1744.