目前对于结核分枝杆菌耐药机制的研究很多，但主要有以下3种观点：细胞壁结构与组成发生变化，使细胞壁通透性改变，药物通透性降低，产生降解或灭活酶类，改变了药物作用靶位；结核分枝杆菌中存在活跃的药物外排泵系统，外排泵将菌体内药物泵出，使得胞内药物浓度不能有效抑制或杀死结核分枝杆菌，从而产生耐药性；结核分枝杆菌基因组上编码药物靶标的基因或与药物活性有关的酶基因突变，使药物失效从而产生耐药性，这是结核分枝杆菌产生耐药性的主要分子机制。

结核分枝杆菌的细胞壁和其他细菌有着很大的差别，其肽聚糖主要由N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸组成，类脂质含量超过60%，而革兰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，它赋予了结核分枝杆菌表面疏水性，含有分枝菌酸、索状因子、多糖类、磷脂和蜡质D等。分枝菌酸是结核分枝杆菌和棒状杆菌属独有的结构，主要由22-24碳短链和40-64长链分枝脂肪酸组成，分枝菌酸层能形成有效的屏障，使结核分枝杆菌免受溶菌酶、自由基等损伤，抵抗亲水性化合物或抗生素的攻击。而阿拉伯半乳聚糖层又能阻止疏水性分子的进入。此外，分枝杆菌细胞壁上有选择性阳离子的孔蛋白，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，这构成了结核分枝杆菌对药物的第一道防线。

有些抗结核药是以细胞壁为靶点的，例如异烟肼和乙硫异烟胺抑制合成分枝菌酸，乙胺丁醇则主要干扰阿拉伯糖的合成，结核分枝杆菌细胞壁的变化使得药物作用靶位改变，从而导致耐药的发生。用透射电子显微镜观察结核分枝杆菌的细胞壁发现，广泛耐药结核株和耐多药结核株的细胞壁厚度分别为20.2±1.5nm和17.1±1.03nm，而敏感株的细胞壁厚度仅为15.6±1.3nm （ P<0.01），由此可见细胞壁与结核分枝杆菌耐药密切相关。

由于结核分枝杆菌有相对的耐干燥、耐碱等特性，使得它很难被清除，结核分枝杆菌的抵抗力和耐药性也得益于它的细胞壁结构。这种非常特殊的细胞壁同样破坏了巨噬细胞的吞噬作用，也使得结核分枝杆菌能在巨噬细胞内得以存活。正是由于细胞壁在耐药和抵抗力中独特的作用，科学家希望能通过找到潜在药物作用的新位点或改变细胞壁的结构而增强结核分枝杆菌对药物的敏感性。

利福平（Rifampicin）自1971年发明以来，一直是结核病化疗方案中的一个关键药物，它是一种快速杀菌药，可缩短结核病的疗程。结核分枝杆菌对利福平耐药就意味着患者的疗程将延长，若同时合并其他抗结核药物耐药，患者的预后就较差。

利福平的作用机制为通过与RNA聚合酶的β亚单位结合，干扰转录的开始和RNA延伸。编码RNA聚合酶的β亚单位的基因被命名为rpoB基因，它在结核分枝杆菌中只有一个拷贝，含有3546bp的可读框，编码1178个氨基酸，57%与大肠杆菌的rpoB同源。

结核分枝杆菌耐利福平的机制理论上有两种可能，一是药物作用靶分子RNA聚合酶β亚单位的编码基因突变所致。一般认为是rpoB一步突变所致，每10 ^-7～10 ^-8个菌株就会自发地发生一个突变，使RNA聚合酶高度保守的氨基酸发生置换，空间构象发生变化，阻止了利福平的结合，而导致耐利福平。由于对RNA聚合酶的三维结构缺乏详细地了解，无法根据该酶的活性位点、底物和结合位点进行定点诱变研究其结构与功能的关系，只能根据突变的效果进行推测，目前已获得rpoB突变耐利福平的证据；二是细胞壁渗透性改变导致药物摄入减少，目前的研究结果还不能排除这种可能性，因为鸟胞内分枝杆菌复合群耐利福平就是由于细胞壁的渗透屏障所致，并不存在rpoB基因突变的因素。

在结核分枝杆菌耐RFP分离株中，90%以上在所分析的rpoB序列的不同部位存在多种突变，突变一般发生在rpoB 507～533位（为了便于比较，均根据大肠杆菌RNA聚合酶β亚单位相应氨基酸的编号）27个氨基酸密码子（81bp）组成的区域内，该区域一般称为利福平耐药决定区（rifampicin-resistance determining region，RRDR）。其中最常见的突变位点是531位的丝氨酸（Ser）（40%～60%）、526位的组氨酸（His）（30%～36%）、516位的天冬氨酸（7%～9%）。531和526位密码子突变一般导致高水平耐药。511、516、522和533位密码子突变一般导致低水平耐药。但也有学者认为 rpoB基因RRDR区域除531 和526之外还有多个位点与利福平高水平耐药有关，只有522位点与利福平低水平耐药有关。应用定点诱变技术，将结核分枝杆菌β亚单位531位Ser密码子（TCG）突变成亮氨酸（Leu）密码子（TTG），而后电穿孔导入耻垢分枝杆菌RFP敏感株中，其转化子对RFP产生耐药，证实了结核分枝杆菌这种特异的突变确实能导致耐RFP；将耐RFP的等位基因转化耻垢分枝杆菌RFP敏感株，也会影响其染色体上RFP敏感的等位基因，使其呈现RFP耐药表型。此外，在某些结核分枝杆菌利福平敏感株中，也发现533位Leu-Pro、515位Met-Val置换及513位Gln（CCA-CAG）和521位Leu（CTG-TTG）同义突变，而508和509位氨基酸置换已证实与耐RFP无关。因此，rpoB不同位点突变与耐RFP表型之间的关系还需进一步研究。

通过对结核患者在出现耐利福平表型前后的一系列分离株进行药敏试验、IS6110 DNA指纹图谱分析和rpoB突变分析，证明了结核分枝杆菌耐利福平的产生并不是利福平耐药株的再次感染，而是在化疗过程中原始感染的敏感株逐渐演变成耐药株，主要是患者不规律化疗所致。

约5%～10%的耐利福平分离株在所检测的rpoB区域未发现突变，这不排除在rpoB其他部位突变的可能，因为大肠杆菌就存在687位和146位氨基酸置换引起的利福平耐药性，在结核分枝杆菌耐利福平菌株中也检测到146位密码子Val-Phe的突变。由于不同细菌、植物和一些真核细胞的RNA聚合酶β亚单位的氨基酸序列是高度保守的，利福平对其具有相似的作用机制，其耐RFP的机制也是相似的，这也许提示某些结核分枝杆菌的耐利福平机制与β亚单位无关，可能是与利福平渗透或代谢有关的基因产物变化所致。

异烟肼（Isoniazid）是一种酰胺类化学合成药，结核分枝杆菌对其高度敏感，试管内MIC小于0.1μg/ml，自1952年用于抗结核治疗以来，作为预防用药及结核病治疗方案的一线抗结核药已有50多年了，但在单药化疗和不适当化疗期间很容易产生耐药性，其作用的靶分子、作用机制以及结核分枝杆菌耐异烟肼的机制还不是十分清楚。最近研究表明结核分枝杆菌耐异烟肼可能与过氧化氢酶-过氧化物酶（catalase-peroxidase）编码基因katG（Genbank number X68081）、烯酰基还原酶（the enoyl-acyl carrier protein reductase）编码基因inhA （Genbank number U02492）、烷基过氧化氢酶还原酶（the alkyl hydroperoxide reductase subunit C）编码基因ahpC（Genbank number U16243）或β-酮酰基运载蛋白合成酶（beta-ketoacyl-acyl carrier protein synthase）编码基因kasA改变有关，但5%～10%的耐异烟肼分离株未发现上述耐药性突变。

katG基因在结核分枝杆菌中只有一个拷贝，含2 223个核苷酸，G+C含量为64.45%，其表达的过氧化氢酶-过氧化物酶是一种既有过氧化氢活性又有过氧化物酶活性的热稳定的酶，分子量为80kDa，在异烟肼作用中起关键作用，但它们之间的关系仍不是很清楚。过氧化氢酶-过氧化物酶可能在细胞内将异烟肼氧化成异烟酸，成为烟酸的类似物，参与辅酶Ⅰ（NAD）的合成，使其不能起同工酶的作用，而抑制细胞壁分枝菌酸的生物合成，使保护分枝杆菌抵抗氧化和侵袭的屏障受到损害。若katG缺失或突变，使过氧化氢酶-过氧化物酶活性丧失或降低，阻止INH转换为活性形式，就会导致耐INH。

在结核分枝杆菌耐异烟肼分离株中，约有2%～10%的分离株发生katG基因完全缺失，过氧化氢酶阴性，而且主要出现在高度耐异烟肼菌株中。结核分枝杆菌katG基因可恢复耻垢分枝杆菌耐INH突变株对异烟肼的敏感性，表明katG完全缺失是结核分枝杆菌耐异烟肼产生的一种机制。50%～70%的结核分枝杆菌耐异烟肼分离株katG有突变（点突变、缺失或插入），突变随机分布，但趋向分布于katG的中心部位。用功能性katG基因转化与katG探针杂交阳性但不表达过氧化氢酶-过氧化物酶活性的耐异烟肼结核分枝杆菌分离株后，其异烟肼敏感性恢复，证明katG突变是耐异烟肼产生的主要分子机制。katG突变降低酶活性可能是通过以下两种机制，一是某些氨基酸残基在酶活性方面起关键作用，基因突变导致这些氨基酸残基改变，而直接影响酶功能；二是某些氨基酸置换使分枝杆菌细胞内KatG蛋白结构不稳定，浓度下降。但某些非关键氨基酸残基突变并不影响酶的活性或KatG蛋白的浓度，与酶活性有关的关键氨基酸似乎都靠近KatG蛋白的N-末端，位于C-末端的氨基酸可能不是重要的功能基团。在katG基因中常见的突变率位点是315位Ser（AGC）-Thr （ACC）（S315T，发生率约60%），Asn（AAC）、Ile（ATC）或Arg（CGC）置换；约54%非洲分枝杆菌耐INH分离株也有315位氨基酸置换。已证实S315T突变株的过氧化氢酶和过氧化物酶活性分别比野生株katG降低了6倍和2倍，高压液相分层分析显示它将INH转换为异烟酸的效率也降低，但katG表达水平只下降了10%，MIC低度或中度增高，临床继续用药仍具有一定的疗效。其他已经报道与异烟肼耐药有关的突变位点还有104、108、138、148、270、275、321、381等位点。katG463位Arg（CGG）-Leu（CTG）置换是结核分枝杆菌中常见的突变位点，现已证明R463L置换并不影响katG的表达水平、酶活性及热稳定性，它既存在于耐异烟肼菌株中（通常合并其他katG位点突变），也存在于药物敏感株中，与耐INH无关。来自美国和欧洲的结核分枝杆菌分离株只有15%～20%在该位点是Leu，而来自中国和东南亚国家的结核分枝杆菌分离株却大多数在该位点是Leu；来自墨西哥、洪都拉斯和危地马拉等几个拉丁美洲国家和南非的结核分枝杆菌85%～93%在该位点是Arg；此外，来自乌干达和塞拉利昂的非洲分枝杆菌中，乌干达的分离株463位均为Arg，塞拉利昂的分离株95%是Leu。说明R463L置换是结核分枝杆菌复合群一种常见的多态性，这种多态性的发生率有明显的地理差别，反映了菌群结构进化的历史。

分枝菌酸是分枝杆菌细胞壁的长链脂肪酸，异烟肼可抑制分枝杆菌分枝菌酸生化合成途径中的烯酰基还原酶而阻断其合成，但烯酰基还原酶似乎不是异烟肼作用的主要靶标。从结核分枝杆菌、牛分枝杆菌和耻垢分枝杆菌中克隆inhA，其产物为32kDa的蛋白质，该蛋白质上有一个与烟酰胺或黄素核苷结合的位点，它可能是以NAD为底物或辅助因子。

在结核分枝杆菌耐异烟肼分离株中，约10%～35%的分离株在inhA启动子区域发生突变，最常见的突变位点是15位；inhA编码基因突变率较低。

细菌的oxyR调节子是一种复杂的氧化-应激调节路径，它在对环境刺激反应时被激活。oxyR调节单位在功能上是作为氧化-应激的感受器和基因转录的激活剂，它控制解毒酶基因的表达，如过氧化氢酶-过氧化物酶的编码基因katG和烷基过氧化氢还原酶的编码基因ahpC的表达。oxyR调节子突变对大肠杆菌、鼠伤寒沙门菌的异烟肼敏感性有影响，然而结核分枝杆菌oxyR基因有许多移码突变、缺失，其本质上并无活性，不表达调节蛋白，是一个假基因，与结核分枝杆菌异烟肼敏感性无关。

某些katG突变的耐异烟肼分离株存在ahpC启动子上升突变，使其转录效率增高，以增强ahpC表达，这是因为katG表达显著减少，过氧化氢酶-过氧化物酶缺乏而产生的代偿性变化，以抵抗宿主巨噬细胞的氧化作用。目前已发现ahpC启动子6、9、10、12、30、42、54和88位（相对于转录起始点）突变可导致ahpC表达增高，但它是否直接参与异烟肼耐药性的产生尚有争议。约有13%～18%的异烟肼耐药菌株同时存在katG突变和ahpC启动子突变，二者突变之间并无直接联系，ahpC突变可能是因为katG表达显著减少而产生的代偿性变化，ahpC启动子是否突变可能是依据残留的katG蛋白是否足以维持细菌存活。katG315位密码子突变的分离株很少有ahpC启动子突变，可能是因为残留的过氧化氢酶和过氧化物酶活性足以维持细菌存活，而无需ahpC启动子突变以代偿性增加ahpC蛋白。ahpC表达增加是否直接参与某些结核分枝杆菌分离株耐异烟肼的产生尚有争议，还需进一步研究。ahpC编码基因突变较少，似乎与耐异烟肼无关，可能是细菌进化过程中产生的新菌株。

Cole等于1998年报道了结核分枝杆菌的基因组序列，并认为KasA和KasB蛋白很可能属于一个丙二酰CoA和ACP依赖的脂肪酸生物合成系统，可能是FAS Ⅱ延长循环的第一步。1998年Mdluli等从低浓度（1μg/ml）异烟肼诱导的结核分枝杆菌中提纯了一个80×10 ³的蛋白，发现它是由异烟肼、AcpM和β-酮酰基酰载体蛋白合成酶-KasA共价结合的复合物组成，其中KasA是一个43.3×10 ³的多肽。近年来在无katG、inhA和ahpC等基因突变的结核分枝杆菌耐异烟肼分离株中，约10%发现kasA基因有下列突变，如D66N、R121K、G269S、G312S、G387D和F413L。还有部分菌株kasA和katG同时突变，但合并突变的菌株MIC较高，提示2种突变的相加效应。但也有部分的异烟肼敏感株发现存在269、312位密码子突变，可能这两个位点存在基因多态性。kasA基因与耐异烟肼之间的关系有待进一步研究。

异烟肼是一种药物前体，对细菌没有直接的杀伤作用，而是在进入MTB以后可能由过氧化氢酶-过氧化物酶催化形成具有杀菌作用的活性形式。异烟肼的一种活化形式（异烟酰基）通过与NAD辅助因子结合形成共价化合物异烟酰乙酸NADH，此复合物能特异性地结合并抑制InhA酶。ndh基因编码NADH脱氢酶，该基因突变时NADH的氧化受到抑制，使NADH含量增加，NAD+减少。NADH/NAD+比例改变抑制INH的过氧化，也阻止异烟酰乙酸NADH与InhA酶的结合，从而使细菌产生耐药。约8%的异烟肼耐药株存在ndh突变，但部分菌株还同时存在katG基因突变，ndh基因突变与耐异烟肼之间的关系待进一步研究。

链霉素（Streptomycin）是1945年发明的一种氨基环醇糖苷类抗生素，是第一种有效的抗结核药物，目前仍是结核病治疗的一线药物，主要用于复治结核病的治疗。它主要作用于结核分枝杆菌的核糖体，诱导遗传密码的错误，抑制mRNA转译的开始，干扰转译过程中的校对，从而抑制蛋白质合成。但结核分枝杆菌耐链霉素的机制尚未完全清楚，主要认为大多数菌株耐链霉素的产生是由于核糖体蛋白S12编码基因rpsL和（或）16S rRNA编码基因rrs突变所致。

核糖体蛋白S12的正常作用可能是维持读码过程中的一些小的不准确性，而突变的S12蛋白却严格要求核糖体只使用与每一密码对应的氨酰-tRNA，更准确地对应mRNA上的每一个密码，从而抑制了链霉素诱导的遗传密码错误而产生耐药性。

16S rRNA编码基因rrs的530环是整个rrs上最保守的序列，它参与A-位tRNA核糖体的译码过程，在RNA转移中起重要作用，它的这种作用与530区域发夹环上的514-516位碱基和毗邻510区域凸出环上的495-497位碱基配对所产生的假结构有关。结核分枝杆菌链霉素敏感株16S rRNA 495-497位的碱基序列为5’-GGC，514～516位为5’-GCC，该结构位于RNA的重要功能区，是许多功能的辅助信号，如内含子的自动连接、mRNA表达的自动调节、移码译读和终止密码的阅读通过等。化学保护实验表明核糖体蛋白S12保护530干和环上的特异碱基，并使假结构稳定。因此，当S12蛋白突变、假结构改变、在碱基514/497和515/496之间产生G-U变偶配对时均会导致耐链霉素。此外，链霉素是与结核分枝杆菌rrs基因905位碱基周围的区域结合的，并保护该区域免受烷化剂和核酸酶的作用，该区域若发生突变就会破坏链霉素的结合而导致耐药。

在结核分枝杆菌耐链霉素分离株中，70%～80%有rpsL和（或）rrs基因突变。rpsL的突变率高于rrs突变；rpsL突变主要位于43位和88位密码子，其中43位密码子突变的发生率最高，该位点有限制性内切酶MboⅡ的识别序列GAAGGA（8/7），发生A-G突变后，使Lys密码子（AAG）突变成精氨酸（Arg）密码子，酶切位点消失；少数分离株在88位密码子发生类似突变，但该部位无酶切位点；rpsL其他突变位点还有9、33和93位。rrs突变常发生于513位碱基，还常见于905、491、512、516和904位碱基。

乙胺丁醇（Ethambutol，EMB）是1961年发现的一种具有抗结核分枝杆菌活性的合成药物，也是治疗AIDS鸟分枝杆菌复合群机会感染的药物之一。EMB的作用机制和结核分枝杆菌耐EMB的机制还不十分清楚。EMB是一种阿拉伯糖类似物，作用于靶分子阿拉伯糖基转移酶，抑制了阿拉伯糖基聚合入阿拉伯半乳聚糖，从而影响细胞壁分枝杆菌-阿拉伯半乳聚糖-肽聚糖复合物的形成，使靶分子在细胞内的药物（如利福平）更容易进入细胞，因为EMB和利福平联合用于抗结合治疗时具有协同作用。大部分研究认为结核分枝杆菌耐EMB与阿拉伯糖基转移酶的编码基因embABC操纵子表达增高或突变有关，表达增高导致低度耐药，基因突变导致高度耐药。该操纵子约10201kb，由embC、embA和embB三个基因组成，约47%～83%的结核分枝杆菌耐EMB菌株是存在embB基因突变，其中90%以上发生于306位密码子。因此，embB基因（尤其是306位密码子）突变是耐EMB产生的主要原因。

embB基因约3 246bp，编码一个糖基转移酶，embB突变导致糖基转移酶结构改变，而影响了EMB和糖基转移酶的相互作用。通过基因转化实验已证实embB 306位不同氨基酸置换可导致耐EMB，而且embB 306位不同氨基酸置换与EMB耐药水平有关，306位Met（ATG）-Lle（ATA）或（ATC）或（ATT）置换的分离株MIC通常为20μg/ml，而306位Met（ATG）-Leu（CTG）或（ATC）或Val（GTG）置换的分离株MIC却为40μg/ml，说明306位氨基酸含有关键的结构和功能信息。embB基因其他的突变位点有285、328、330、348位基因突变。此外，还有embC 981和294位，embA 5位氨基酸置换也可引起少数结核分枝杆菌耐EMB。

最近研究发现虽然结核分枝杆菌药物敏感株无embB306突变，但在21.1%的EMB敏感而对其他药物耐药的结核分枝杆菌分离株中有embB306突变，embB306基因型与MIC之间并无关联。Hazbon等认为embB306突变与EMB耐受并无直接的联系，只是embB基因生物学活性 方面的一种变化，这种变化的出现是由于耐药菌株传播所致。这个观点和前期结果不一致。因此，结核分枝杆菌embB306 突变与EMB耐药之间的关系还需要进一步研究。

吡嗪酰胺（Pyrazinamide，PZA）是一种烟酰胺类似物，于1952年发现具有抗结核活性并用于抗结核治疗，但直到1981年其与异烟肼和利福平联合治疗结核病可显著缩短化疗时间的作用才被发现。PZA是半休眠分枝杆菌的杀菌剂，可杀灭酸性环境中缓慢生长的吞噬细胞内的结核分枝杆菌，因而可缩短抗结核疗程。经过长期研究，张颖等研究者发现了PZA的工作机制，他们认为PZA进入患者体内后，在结核分枝杆菌吡嗪酰胺酶的作用下转化成具有强大杀伤力的吡嗪酸，它可以绑定人体内对结核分枝杆菌起至关重要作用的核糖体蛋白S1，并把核糖体蛋白S1作为标靶，不让其发挥作用。研究还发现，核糖体蛋白S1参与了蛋白质的反式翻译过程，这种反式翻译过程对细菌在饥饿、酸性pH值和缺氧等应激状态下处理菌内受损信使核糖核酸上停止运作的核糖体至关重要。张颖认为，吡嗪酰胺能够抑制这一翻译过程，阻止核糖体蛋白S1的负面作用，进而阻止结核分枝杆菌产生维系其生存的其他蛋白。正是通过这种方式，吡嗪酰胺可以将通常持续9～12个月的抗结核病疗程缩短数个月。

众多的研究结果表明结核分枝杆菌耐PZA是由于其吡嗪酰胺酶编码基因（pncA）突变，使吡嗪酰胺酶活性丧失或降低，而不能将PZA转变成活性型所致。72%～95%的结核分枝杆菌耐PZA分离株含有pncA突变，pncA突变广泛分布于编码基因和启动子，大多数为点突变，少数为插入或缺失突变，目前已经证实的突变形式至少有175种，相对集中的突变区域有位点132～142、69～85和5～12等。pncA基因（Genebank number U59967）序列较短只有561个核苷酸，编码的吡嗪酰胺酶只有186个氨基酸，对于这样小的一个蛋白酶任何一个氨基酸的改变都极有可能影响到酶的空间构象，所以这些分散的位点的突变很可能使吡嗪酰胺的空间构象发生改变从而影响酶与吡嗪酰胺的结合，使酶不能将吡嗪酰胺转变为具有活性的吡嗪酸，所以结核分枝杆菌表现出对吡嗪酰胺耐药。此外，在这些突变位点中约40%的pncA突变使氨基酸置换为脯氨酸，可能脯氨酸显著改变了蛋白结构，而严重影响酶功能。但28%的耐PZA分离株在pncA基因及其上游85bp区域内未发现突变，说明还存在其他耐药机制。耻垢分枝杆菌和鸟分枝杆菌尽管具有吡嗪酰胺酶活性，却仍耐PZA证明了这一点。

FQs是喹诺酮类药物的第三代，包括环丙沙星、氧氟沙星、诺氟沙星、左氧氟沙星、莫西沙星、加替沙星等药物，由于其抗菌谱广、吸收迅速、疗效显著和使用方便等，在临床上被广泛应用，但是由于对其特性缺乏深刻的认识以及日益突出的滥用现象，耐药问题越来越严重。对FQs的耐药包括三个方面的原因：靶蛋白的突变、药物主动外排泵的过度表达以及孔道蛋白的减少。FQs的作用靶标为细菌DNA旋转酶、拓扑异构酶Ⅳ。而MTB中缺乏拓扑异构酶Ⅳ，只有DNA旋转酶，该酶由2个A和2个B亚单位组成，分别由 gyrA和 gyrB编码。在临床MTB耐FQs分离株中 ，gyrA的突变可以占到42%～85%，未发现 gyrB突变。

卡那霉素（Kanamycin，KM）、卷曲霉素（Capreomycin，CPM）和阿米卡星（Amikacin，AK）是用于治疗MDR-TB重要的三种二线抗结核注射药，它们均抑制翻译，关于它们之间的交叉耐药性目前尚有争议，有报道称KM和CPM之间、KM和AK之间存在交叉耐药性，也有文献报道它们之间不存在交叉耐药性。

CPM是由卷曲链霉菌（ Streptomyces capreolus）、变异指状孢子囊菌（ Dactylosporangium variesporum）或变异糖发菌卷曲亚种（ Saccharathris mutabilissubsp.capreolus）产生的环状多肽类抗生素，由四个结构相似的活性化合物-ⅠA，ⅠB，ⅡA，ⅡB组成，其中ⅠA和ⅠB的含量占80%～90%，是发挥疗效的主要成分。CPM于1979年应用到抗结核领域，通过抑制结核分枝杆菌的生长起到抗结核作用，因其在抑制耐多药及持留期结核分枝杆菌的特殊疗效，CPM有取代链霉素的趋势。

CPM耐药性的产生一般基于以下3种原因：一是编码16S或23S rRNA的基因发生突变；二是编码rRNA修饰酶-tlyA基因突变；三是结核分枝杆菌本身存在的药物作用靶标发生改变。其中编码rRNA修饰酶-2’-O-甲基转移酶（2’-O-methyltransferase）的tlyA基因突变是耐药性产生的重要原因。该基因编码的甲基转移酶修饰16S rRNA上的核苷C1409 和23S rRNA的核苷C1920。有研究发现，对CPM耐药的结核分枝杆菌，其tlyA基因失活。研究者将失活的tlyA基因互补后，又恢复了该菌株对CPM的敏感性。

结核分枝杆菌耐KM和AK是由于rrs基因突变所致，rrs基因突变率为67.4%，最常见的突变是A1410G，突变率为60.5%，少数分离株为C1402T或A、G1484T，这些突变主要发生在高水平耐药株，32.6%的耐KM菌株未发现rrs基因突变，可能还存在其他耐药机制。

耐多药指结核分枝杆菌分离株同时对异烟肼和利福平这两种及以上的抗结核药物耐药。广泛耐药指分离株除了对异烟肼和利福平耐药，还同时对任何一种氟喹诺酮类以及三种注射类药物（卡那霉素、卷曲霉素和阿米卡星）中的一种耐药。结核分枝杆菌染色体多个独立基因自发突变逐渐累加是产生耐多药和广泛耐药的分子基础。

近年来研究发现部分耐药结核分枝杆菌在耐药相关基因未发生突变，即使菌株的耐药水平相同耐药相关突变位点也不一致，或者菌株的基因突变位点相同但耐药水平也不一定一致。这提示结核分枝杆菌中还存在其他的耐药分子机制。1978年Levy和McMurry等人第一次提到药物外排泵是细菌排除药物的一种方式，是革兰阴性细菌细胞膜上的一种转运蛋白并在大肠杆菌中证实该蛋白可排出四环素。原核和真核细胞中药物外排泵的一个基本功能是排出细胞内的有毒分子，这种保护机制可以使细菌恶性环境中生存，包括抗感染治疗用的抗生素。通过物理诱导或突变的方法可以上调药物外排泵系统以减少细胞内的药物浓度，降低药物的疗效。因此目前有很多研究项目都试图寻找能够革兰阴性和阳性细菌的外排泵系统抑制剂，希望与抗生素联用以提高药效或降低耐药性。

根据结核分枝杆菌H37Rv全基因组信息，结核分枝杆菌药物外排泵主要分为4个家族，每一个家族的成员介绍如下（表2-1）：

MFS家族是成员最多的膜转运蛋白之一，含有20种假设的或是已经确认的成员（见表2-1），可以转运单糖、低聚糖、肌醇、氨基酸、核苷、有机磷酸酯类、三羧酸循环代谢产物、药物等多种成份。经研究发现部分家族成员可能与结核分枝杆菌的耐药性有关，先将部分药物外排泵介绍如下：

研究发现，将Rv1634基因于耻垢分枝杆菌和卡介苗中过度表达时，重组菌对氟喹诺酮类药物环丙沙星的敏感性均降低。

p 55基因最早于牛结核分枝杆菌中发现，存在于MTB、牛结核分枝杆菌、鸟分枝杆菌和麻风分枝杆菌等多种分枝杆菌中。 p55和 p27组成一个操纵子，编码免疫原性膜脂蛋白。将携带 p55编码基因的质粒转染耻垢分枝杆菌后，重组细菌对氨基糖苷类和四环素表现出低水平耐药且耐药性在泵抑制剂碳酰氰基-对-氯苯腙（CCCP）、维拉帕米和利血平作用下降低，胞内的四环素蓄积量明显大于对照株。

MTB的Rv1258c基因与偶发分枝杆菌 tap基因同源，均对四环素和包括链霉素在内的氨基糖苷类药物耐药。Siddiqi等研究一株临床分离耐多药MTB菌株（利福平MIC=40μg/ml；氧氟沙星MIC=4μg/ml；异烟肼MIC=2μg/ml）的耐药性和Rv1258c的转录水平时，RT-PCR数据显示该菌株在含利福平培养基中生长时转录水平增加10倍，在氧氟沙星培养基中增长6倍。Jiang等人研究一株临床耐多药株（利福平MIC=6.4μg/ml；异烟肼MIC=102.4μg/ml）也发现，该菌株在含亚抑菌浓度的利福平或异烟肼7H9液体培养基中生长时，与不含药的培养基中生长的同一菌株及H37Rv相比其转录水平明显升高。对Rv1258c的进一步研究将有助于了解MTB对抗结核药异烟肼、利福平、氟喹诺酮类药物耐药的分子机制。

MTB的Rv2333c基因在MTB复合群各成员中存在同源基因，在牛分枝杆菌中称为Mb2361c基因。研究发现Rv2333c基因与MTB对壮观霉素、四环素的先天性耐药有关，而此类药物均可以由环境中的细菌产生，因此推测药泵转运此类抗生素有助于MTB在环境中生存。

efpA基因存在于结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌、牛结分枝杆菌等慢速生长分枝杆菌以及鸟分枝杆菌、胞内分枝杆菌等机会性致病菌中。目前EfpA在耐药中的作用及底物专一性尚未清楚。研究者发现耻垢分枝杆菌 efpA缺失株与野生株相比，对溴乙锭、庆大霉素、氟喹诺酮敏感性增加2倍，对吖啶黄敏感性增加8倍，但对利福霉素、氯霉素敏感性降低4倍，对异烟肼和红霉素敏感性降低2～4倍。此外，还有研究显示结核患者服用异烟肼时可诱导MTB的EfpA表达量增加。由于异烟肼主要通过破坏分枝菌酸的合成而发挥抗菌作用，如果EfpA与分枝菌酸的生物合成有关，那么该基因可以考虑作为药物设计的一个靶标。

RND家族存在于大多数微生物中，但只在革兰阴性菌中发现与药物耐药有关，这是由于该类菌中存在RND家族发挥药物外排泵作用所需要的两种物质：膜融合蛋白和一种特殊的外膜蛋白，两种蛋白和RND家族组成的三重结构可利于底物更好的穿过细胞内膜和外膜到达培养基当中。分枝杆菌虽属于革兰阳性菌，但由于其由分枝菌酸和脂质与糖脂的共价结合物形成的脂质双层细胞壁结构，与革兰阴性菌很相似。

结核分枝杆菌H37Rv基因组序列包含编码RND家族转运体蛋白的16个基因（见表2-1），其中13个基因只在分枝杆菌中存在，因此被命名为MmpL （Mycobacterial membrane protein，Large）。MmpL中11种蛋白分子量在100kDa （MmpL3）到122kDa（MmpL12）之间，拥有12个跨膜区以及分别由第一和第二、第七和第八跨膜区间的300个氨基酸组成的2个胞质外环区。MmpL6的分子量为42kDa，拥有5个跨膜区，与MmpL2的羧基端具有70%的相似性。编码MmpL13蛋白的 mmpL13基因由两个开放阅读框 mmpL13a和 mmpL13b组成，因此被分成32和50kDa的两部分。Domenech等人利用插入失活突变技术研究发现MmpL3蛋白对结核分枝杆菌的存活起重要作用，mmpL4、mmpL7、mmpL8、mmpL11基因的突变重组菌株致病力减弱，未发现MmpL1、MmpL2、MmpL4～12等11种蛋白与结核分枝杆菌的先天耐药性有关。但是 mmpL7基因在耻垢分枝杆菌表达时对异烟肼高度耐药（MIC值是亲代菌株的32倍），该耐药水平在利血平和CCCP存在时有所减弱。在结核分枝杆菌中，MmpL7主要催化分枝杆菌的毒力因子结核菌醇-二分枝菌酸（phthiocerol dimycocerosate，PDIM）的转运。MmpL8则通过转运硫脂的前体分子参与硫脂的合成。最近的研究显示硫脂在MTB感染人体过程中作为一种抗原刺激人体的CD1-限制性T细胞，引发人体的免疫反应。

MmpL蛋白家族不仅存在于结核分枝杆菌复合群中，而且还存在于其他快速生长（如耻垢分枝杆菌）或者慢速生长（如鸟分枝杆菌副结核亚种K10）分枝杆菌中。结核分枝杆菌CDC1551中含有一个H37Rv没有的 mmpL基因，该基因被命名为 mmpL14，该基因位于H37Rv的RvD2缺失区域内。牛型分枝杆菌编码14种假定的 mmpL基因，其中 mmpL1和 mmpL9基因与H37Rv 的 mmpL13基因类似，都是由两个开放阅读框基因组成， mmpL1为Mb0409c 和Mb0408c， mmpL9为Mb2367和Mb2368。麻风分枝杆菌只有两种假定的mmpL基因即 mmpL7和 mmpL10。

ABC转运蛋白家族可以转运多种分子，如离子、氨基酸、肽段、药物、抗生素、脂类、多糖、蛋白等，在转运分子时，需要消耗ATP能。由于该蛋白家族参与了营养素的摄取、毒素和抗生素的分泌等，因此是细菌的一种毒力因子。ABC转运蛋白家族包含四个结构域：两个跨膜结构域（membrane-spanning domains，MSDs），两个核苷酸结合域（nucleotide-binding domains，NBDs），每个高度疏水性的MSDs由6个跨膜片段组成，进而形成底物进出细菌的通路。结核分枝杆菌中编码ABC转运体的基因约占基因组的2.5%。利用生物信息学的方法目前在MTB中已发现80个编码ABC转运蛋白的基因，其中24个研究发现与药物转运有关（见表2-1），其作用底物非常广泛，包括喹诺酮类、利福平、四环素、红霉素等。

结核分枝杆菌基因组中有阿霉素耐药操纵子 drrABC。麻风分枝杆菌和鸟分枝杆菌中也存在同源基因。 drrA和 drrB共同转录时才可编码ABC转运体。 drrA编码核苷酸结合区域， drrB编码细胞膜上蛋白亚基。DrrA结合于细胞膜依赖于DrrB的同时表达。当缺乏DrrA时，DrrB很容易被蛋白水解酶水解，两者同时表达，才能形成具有功能的药物外排泵。具有泵功能的结构是DrrA ₂B ₂。Choudhuri等研究发现， drrAB在耻垢分枝杆菌中表达时，表现出对四环素、红霉素、乙胺丁醇、诺氟沙星、链霉素和氯霉素等一系列临床常用抗生素耐药，用泵抑制剂利血平和维拉帕米处理后，耐药明显受到抑制，说明DrrAB在MTB耐药中存在作用。研究还表明drr操纵子与MTB脂质的转运有关，其中DrrC与PDIM的转运有关，是一种毒力因子。

无机磷酸盐是微生物的一种重要但是有限制的营养素，主要通过ABC家族转运系统Pst转运体转运。现有多项研究证实Pst可能与胞内氟喹诺酮类药物外排有关。研究发现耻垢分枝杆菌 pst高表达导致环丙沙星耐药，而用外排泵抑制剂维拉帕米可逆转此耐药性；耻垢分枝杆菌耐环丙沙星株在灭活 pst操纵子后对环丙沙星非常敏感。

ABC转运蛋白家族成员常以多个独立的亚单位相互结合形成操纵子的形成存在。结核分枝杆菌H37Rv株基因组中Rv2686c、Rv2687c、Rv2688c共同表达形成一个操纵子，其中Rv2687c的5’和3’端分别与Rv2688c和Rv2686c的终止密码子和起始密码子相互重合，Rv2686c 和Rv2687c具有6个假定的跨膜片段，Rv2688c具有一个可能与ATP水解有关的NBDs。该操纵子过度表达的耻垢分枝杆菌，对环丙沙星高度耐药，对诺氟沙星、莫西沙星、司帕沙星低度耐药；而仅Rv2686c过度表达时，对环丙沙星高度耐药；对诺氟沙星则不管是表达完整的操纵子还是仅为Rv2686c，突变株低水平耐药；用利血平和维拉帕米处理后，环丙沙星MIC降至与野生株一致的水平，表明该转运体发挥有主动外排药物的作用。Rv2686c-Rv2687c-Rv2688c是结核分枝杆菌ABC转运蛋白家族中第一个发现的仅仅调节氟喹诺酮类药物耐药性的操纵子。

结核分枝杆菌的Rv1819c基因又命名为 bacA基因，其表达产物BacA是一种内膜蛋白，可维持病原体对人体的慢性感染过程。Domenech研究发现结核分枝杆菌 bacA基因插入失活突变株对去污剂、酸性pH值、锌的敏感性并没有改变，但是对博来霉素耐药性增加。Jiang等人研究发现一株临床耐多药株（利福平MIC=6.4μg/ml；异烟肼MIC=102.4μg/ml）在含亚抑菌浓度的异烟肼7H9液体培养基中生长与在无药培养基中生长相比Rv1819c转录水平明显升高。Rv1819c蛋白与异烟肼耐药之间的关系有待进一步研究。

Rv0194蛋白含有2个MSDs，每一个MSDs含有6个预测的跨膜螺旋和两个细胞质NBDs，因此是一个完整的多重药物外排泵。Rv0194是结核分枝杆菌也是革兰阳性菌中发现的第一个与β-内酰胺类药物耐药有关的药物外排泵。Danilchanka等人为了研究结核分枝杆菌对β-内酰胺类药物的耐药性，以卡介苗为模型构建了含7500种转座子突变体的DNA文库，最后发现转座子插入到 bcg0231基因后可以使将卡介苗对氨苄青霉素、氯霉素和链霉素耐药水平增加32～64倍，对万古霉素和四环素耐药水平增加4～8倍。而Bcg0231和Rv0194都是几乎一样的ABC转运蛋白家族成员，将结核分枝杆菌的Rv0194基因在耻垢分枝杆菌中表达后，发现对多种抗生素如氨苄青霉素、氯霉素、链霉素、四环素、万古霉素、红霉素和新生霉素以及溴化乙啶耐药性增加，在药泵抑制剂利血平存在时下降。这些结果显示Rv0194是结核分枝杆菌的一个多重药物外排泵。

SMR家族成员多为一些小的蛋白质分子，约由100～120个氨基酸残基组成。每个SMR蛋白形成四个跨膜螺旋。最早发现的SMR家族转运蛋白是大肠杆菌的EmrE，随后在枯草芽孢杆菌中发现了EbrAB，以及在葡萄球菌、铜绿假单胞菌中也发现了SMR家族转运蛋白。

在分枝杆菌的SMR家族中，目前仅找到 mmr基因，见表2-1。将含结核分枝杆菌 mmr基因的多拷贝质粒在耻垢分枝杆菌上表达后可以使后者对红霉素、吖啶黄、溴化乙啶等敏感性降低。然而在耻垢分枝杆菌中去除与 mmr同源的基因后菌株对红霉素的敏感性没有增加。牛分枝杆菌、海洋分枝杆菌、戈登分枝杆菌以及猿分枝杆菌等基因组也存在 mmr的同源基因。对分枝杆菌进行的生物信息学分析还显示对大环内酯类敏感的菌株比如说鸟分枝杆菌、耻垢分枝杆菌、麻风分枝杆菌中也存在 mmr基因的同源物质。 mmr基因与分枝杆菌抗生素耐药的关系有待进一步研究。

结核分枝杆菌耐药机制的研究已经取得了一些进展，目前已有多种结核分枝杆菌耐药性检测的分子生物学方法在临床上应用，如线性探针、基因芯片检测方法等，但这些方法均是根据结核分枝杆菌基因突变的分子机制建立的，而基因突变介导的分子机制仅是引起结核分枝杆菌耐药的一部分原因。科学家通过对结核分枝杆菌耐药机制的研究，基本上认为：抗结核药物作用的靶分子突变是引起结核分枝杆菌耐药的主要方面；其次是物理屏障，细胞壁特殊结构减少抗菌药物的摄取而产生耐药性；而药物外排泵将菌细胞内药物泵出，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，药物外排泵系统是对结核分枝杆菌耐药机制的重要补充。尽管从结核分枝杆菌的细胞壁、基因突变、外排泵等都部分说明耐药机制，但细胞壁和基因突变之间、基因突变和外排泵之间、细胞壁和外排泵之间如何相互作用目前还不是很清楚，药物如何突破或作用于结核分枝杆菌的细胞壁使抗结核药物发挥作用等，都需要进一步研究。