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盘尼西林（英语:Penicillin），即青霉素，人类最早发现的抗生素，由青霉菌中提炼出含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁的分子，并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的抗生素。
目录
药物机理
盘尼西林是很常用的抗菌药品，属于β-内酰胺类抗生素（β－lactams），β－内酰胺类抗生素，包括青霉素、头孢菌素、碳青霉烯类、单环类、头霉素类等。每次使用前必须做皮内测试，以防过敏。细菌一般都处于低渗（即外界的渗透压低于细菌体内部）的环境中，因而会自发地吸收外界的水分。为了防止细胞因吸水过多而膨胀炸裂，细菌在其细胞壁中合成一种名为肽聚糖的物质，以此抵抗细菌体的自发吸水膨胀。盘尼西林即作用于肽聚糖(peptidoglycan)的转化-合成过程中，阻止它的合成，进而导致细菌体失去抵抗渗透压的能力而胀破。
盘尼西林类抗生素是β-内酰胺类中一大类抗生素的总称，它们具有相似的作用机理。由于β-内酰胺类作用于细菌的细胞壁，而人类细胞只有细胞膜无细胞壁，故对人类的毒性较小，除能引起严重的过敏反应外，在一般用量下，其毒性不甚明显，但它不能耐受耐药菌株（如抗药性金黄色葡萄球菌）所产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄，主要对革兰氏阳性菌有效。盘尼西林G有钾盐、钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人体形成高血钾而抑制，造成死亡。
结构性质
青霉素的母核结构是6-氨基青霉烷酸。青霉素性质不稳定。酸碱光热酶都能加速破坏其结构。破坏的部位就是箭头所指的位置。所以为提高其稳定性。临床都将其做成粉针剂。此外，临床上使用的是青霉素钠盐和钾盐。钠盐应用更为广泛。青霉素的抗菌谱。青霉素抗菌谱可用5,4,3三个数字表示。5球菌代表有5种球菌对青霉素敏感。分别是链球菌、肺炎球菌、葡萄球菌、脑膜炎双球菌、淋球菌。4阳性杆菌分别指白喉杆菌 、破伤风杆菌、炭疽杆菌、产气荚膜杆菌。3螺旋体分别是指钩端螺旋体、回归热螺旋体和梅毒螺旋体。有这几种致病菌引起的疾病都可以用青霉素进行治疗[1]。
研发历史
人类最早发现的抗生素
盘尼西林的发明人是英国伦敦大学圣玛莉医学院（现属伦敦帝国学院）细菌学教授亚历山大．弗莱明（Alexander Fleming），早在1928年9月他在圣玛丽医院担任研究员助理的时候，在实验室中洗涤培养皿，意外发现了被霉菌感染的葡萄球菌培养皿上，有部分的葡萄球菌菌落被裂解而呈透明状的青霉素（Penicillin），他进一步实验后确认青霉素具有杀菌、溶菌的功效。不过，弗莱明缺乏实验资源和人力，无法纯化青霉素，并进一步研究其抑菌机制与抑菌种类，故在1931年停止了青霉素的相关实验。早期盘尼西林仍无法大量生产，弗莱明实验室一个月所生产的盘尼西林，仅能供一个病人治疗用，因此如何大量生产盘尼西林成为重要关键。
动物实验
7年后，1938年，牛津大学的弗洛里（Howard Florey）和来自德国的钱恩（Ernst Chain），两人进行了青霉素的培养和纯化，并将提炼出的成品用于小鼠作随机试验。结果显示，感染致命性链球菌的小白鼠，在施打青霉素之后能够顺利存活，这代表青霉素极可能可用于治疗人类的疾病。1940年底，英国一位警官艾伯特．亚历山大（Albert Alexander）因意外不慎细菌感染到医院求治，据信亚历山大当时情况危急，原因是他在修剪玫瑰园的枝叶时不慎划伤了面部，而被链球菌及葡萄球菌感染，引发败血症。医师使用磺胺类药物来治疗，但亚历山大的病情仍持续恶化，肩部、肺部皆出现脓肿，甚至眼睛还快失明，弗洛里和钱恩听到这个病例后，主动向亚历山大的主治医师征询是否愿意尝试以青霉素治疗，医师同意让他们投药，没想到亚历山大就成为世界上首位接受盘尼西林治疗的患者。
临床实验
弗莱明、弗洛里与钱恩获诺贝尔奖
1941年2月12日，医师将200毫克的纯化青霉素注射到亚历山大体内，并于接下来的5天内，每间隔3小时就施打300毫克的青霉素治疗，亚历山大的病情明显好转。然而，原始的青霉素药剂却以极快的速度被排出体外，就像是水被注入有破洞的浴缸般，因此病人必须不断地补充青霉素药剂才能产生疗效。为了能产出足够剂量的青霉素，柴恩甚至收集了病患的尿液，从中萃取出尚未被代谢掉的青霉素再次使用，但最后亚历山大仍因青霉素药物供应不足而不幸过世[2]。亚历山大的病例让世人发现，若能提供足量、高纯度的青霉素，因细菌感染所引起的疾病是可能被治愈的。事实上，盘尼西林是在被发现13年后，才首次使用于人类的，虽然最后因盘尼西林生产效率低、供应不及，导致患者身亡了，但盘尼西林还是向世人证明了它的疗效。弗莱明柴恩、弗洛里及希特利领导团队提炼盘尼西林，获1945年诺贝尔生物医学奖。
量产
从发霉哈密瓜筛选菌株
为了提供足量、高纯度的青霉素，弗洛里与美国研究团队合作，进行盘尼西林菌株的筛选以及培养液的改良。初期，研究团队发现，弗莱明找到的盘尼西林只能浮在液面上生长，为了找到可在浸液中繁殖的菌株，他们从各处采集了上千种发霉的物品进行实验，终于在一棵发霉的哈密瓜上，找到一株可以浸液生长还能分泌大量青霉素的菌株。
美国研究专员玛莉•亨特（Mary Hunt）女士在伊利诺州的皮奥里亚市场发现一颗发霉的哈密瓜表皮长满青霉，她用这颗哈密瓜筛选出能大量分泌盘尼西林的菌株，其盘尼西林产量可达每毫升250单位。后来经威斯康辛大学研究人员利用紫外光照射菌株使它产生突变，使其产量提升到2,500单位。自此以后，许多研究团队纷纷加入菌种改良的计画，最后青霉菌已提升到每毫升可以生产5万单位的盘尼西林，使盘尼西林得以商业化生产。1945年，6000多亿单位的盘尼西林被生产出来。
加速菌株筛选及培养液改良
美国的研究团队首先设计出玉米浆培养液，可大量培养青霉菌，由原先的每毫升仅含4单位提升到40单位，提高的量能刚好赶上二次世界大战初期，用来救治伤兵。威斯康辛大学的研究人员并利用紫外光照射诱使菌株突变，大大地提升了青霉素的产量。经过许多团队的努力，在二次大战末期，青霉素的产量已提升至早期的1万倍以上，并成为世界上第一种可商业化量产的抗生素，使其成为世界上最早被发现、量产且使用的抗生素。，也拯救了战场上无数军人的性命。，世界上第一种抗生素就此问世。
被医界广泛运用
从此，抗生素成为医疗上最广泛被使用的药物，也帮助人类抵抗了多项的疾病。然而，具抗生素抗药性的变种细菌很快地出现了。有多重抗药性的“超级细菌”不断被发现，再加上抗生素的研发成本节节升高，导致许多药厂投入研发新型抗生素的资源逐渐保守，新抗生素上市的速度也迟滞了，医界面临了无药可用的窘境。
分类
A. 盘尼西林G类。如盘尼西林G钾、盘尼西林G钠、长效西林等。
B. 半合成盘尼西林:
- 耐酸盘尼西林 盘尼西林V
- 耐酶盘尼西林。如苯唑盘尼西林（新青Ⅱ号）、氯唑盘尼西林等。
- 广谱盘尼西林。如氨苄盘尼西林、羟氨苄盘尼西林（阿莫西林）等。
- 抗绿脓杆菌的广谱盘尼西林。如羧苄盘尼西林、氧哌嗪盘尼西林、呋苄盘尼西林等。
- 氮咪盘尼西林（抗革兰阴性杆菌盘尼西林）。如美西林及其酯匹美西林等，其特点为较耐酶，对某些阴性杆菌（如：大肠杆菌、克雷伯氏菌和沙门氏菌）有效，但对绿脓杆菌效差。
构效关系
- 具有环张力的β-内酰胺环必须存在
- 自由型羧酸必须存在，通常保持离子态，以做钠或钾盐服用，另一用处是与目标酵素活化位之离胺酸残基的带有正电荷氮原子结合
- 双环系统必须存在
- 酰胺侧链必须存在
- 硫原子通常存在但不是必要
- 酰胺基相对于双环系统的立体组态是非常重要的。
副作用
1964年中国的一个无菌车间制作盘尼西林，盘尼西林类抗生素的毒性很小，是化疗指数最大的抗生素，但其盘尼西林类抗生素常见的过敏反应在各种药物中居首位，发生率最高可达5%～10%。为皮肤反应，表现皮疹、血管性水肿，最严重者为过敏性休克，多在注射后数分钟内发生，症状为呼吸困难、发绀、血压下降、昏迷、肢体强直，最后惊厥，抢救不及时可造成死亡。各种给药途径或应用各种制剂都能引起过敏性休克，但以注射用药的发生率最高。过敏反应的发生与药物剂量大小无关。对本品高度过敏者，虽极微量亦能引起休克。大剂量长时间注射对中枢神经系统有毒性（如引起抽搐、昏迷等），停药或降低剂量可以恢复。
使用盘尼西林类抗生素必须先做皮内试验。盘尼西林过敏试验包括皮肤试验方法（简称盘尼西林皮试）及体外试验方法，其中以皮内注射较准确。皮试本身也有一定的危险性，约有25％的过敏性休克死亡的病人死于皮试。所以皮试或注射给药时都应作好充分的抢救准备。在换用不同批号盘尼西林时，也需重作皮试。注射液、皮试液均不稳定，以新鲜配制为佳。而且由于自肾排泄，肾功能不良者，剂量应适当调整。此外，局部应用致敏机会多，且细菌易产生耐药性，故不提倡。
不良反应
青霉素的最主要临床用途就是治疗敏感菌所引起的疾病。另外青霉素与抗毒素合用治疗破伤风、白喉等。最后青霉素还可以预防感染性心内膜炎。最常见的不良反应是变态反应，又称为过敏反应。主要表现是红疹、血管性水肿，最严重的可能会出现过敏性休克。需要强调的是过敏性休克一旦出现，需要给患者立即吸氧或者采用心肺复苏，同时给与肾上腺素和地塞米松进行治疗。青霉素的第二个不良反应是赫氏反应。一般是在治疗钩端螺旋体时，使用太快造成的。表现为寒战高热，全身不适。这个不良反应一般不会造成严重后果，24小时后便可自行缓解。此外，注射青霉素还会出现局部刺激等其他的不良反应。
医学轶闻
2017年，阿德莱德大学澳洲古DNA研究中心（Australian Centre for Ancient DNA）的学者于“自然”期刊发表其研究，指出生存于旧石器时代的尼安德塔人即有使用青霉菌来抵抗牙痛的记录，也咀嚼含有水杨酸的杨树来当作阿斯匹灵治牙痛。
台湾本土研发
台湾目前仍有一些本土药厂致力于新型抗生素的研发，如太景生技于2016年研发、试验完成的太捷信®（Nemonoxacin）治剂，已取得多国的专利，并获食药署核准上市，用来治疗细菌引发的非典型性肺炎（又称社区型肺炎），杀死抗药性的金黄色葡萄球菌，用途广泛。
相关药典
1. The real story behind penicillin（青霉素的真实故事）
2. Penicillin: An accidental discovery changed the course of medicine （青霉素：一个偶然发现改变了医学进程）
3. Penicillin’s first patient （青霉素的第一位患者）
4. 锺金汤、刘仲康（2005）。佛莱明—青霉素的发现者。科学发展，389，40-47。
5. Quinn R. (2013). Rethinking antibiotic research and development: World War II and the penicillin collaborative. American journal of public health, 103(3), 426–434.奎因河（2013）。（ 重新思考抗生素的研发：第二次世界大战与青霉素合作。 美国公共卫生杂志，103（3），426-434。）
6. 郭书辰（2018）。抗生素新药研发的困境与展望。国家卫生研究院电子报，745，取自http://enews.nhri.org.tw/?p=81
视频
参考资料
- ↑ 青霉素，你知道多少？每日头条，2016-12-21
- ↑ 盘尼西林的首次人体试验科技大观园