페니실린 항균제의 특징

1. Penicillin-Binding Protein

 - 세균의 세포벽 합성에 사용되는 transpeptidase 효소인 Penicillin binding protein (PBP)은 페니실린이 결합하는 단백질입니다. 이 효소에는 serine 아미노산 잔기가 있어 세포벽 합성과정에 결합하게 되는데, 페니실린 존재하에서는 이 부분이 페니실린의 β-lactam의 carbonyl group과 결합하게 되어 효소가 불활성화됩니다. 결국, 세균은 세포벽 합성을 제대로 할 수 없기 때문에 사멸하게 됩니다. 하지만, 세균은 이에 대한 대비책으로서 β-lactamase라는 효소를 추가로 분비합니다. 이 효소는 세포벽 합성을 하는 작용은 없지만 β-lactam과 대신 결합하고 ring을 분해함으로써 불활성화시키게 되어, PBP의 serine에 붙는 것을 방해합니다.

 

2. β-lactam 항균제의 분류

 - β-lactam 항균제는 Penicillin, Cephalosporin, Monobactam, Carbapenem, β-lactamase inhibitor로 분류해 볼 수 있습니다. 공통적으로 β-lactam ring 분자 구조를 가지고 있다는 것이 특징입니다. Peniciilin에는 penicillin G, ampicillin, amoxicillin, nafcillin, piperacillin 등이 있고, β-lactamase inhibitor에는 clavulanate, sulbactam, tazobactam 등이 있습니다.

 

3. Penicillin의 기전과 내성

 - 반합성 penicillin은 6-aminopenicillanic acid을 기본 구조로 하여 side chain의 구조를 변경시킴에 따라 약리학적 효과가 달라지게 됩니다. penicillin의 작용기전은 PBP에 결합하여 세포벽 합성을 저해하는 것인데, 이와 같은 penicillin에 대한 내성 기전에는 β-lactamase를 분비하여 penicillin의 β-lactam 구조를 파괴하는 것, 그람음성균에서 세포 투과성을 감소시키는 것, 그람음성균에서 penicillin를 세포 외 유출시키는 것, PBP 구조를 변화시키는 것 등이 있습니다. β-lactamase를 분비하는 것은 가장 중요한 내성 기전 중 하나입니다. 그람음성균의 경우 peniciilin이 세포외막을 통과하기 어렵기 때문에 항균력이 저하되는 경우가 있습니다. 혹은 세포 외로 penicillin을 유출시켜 작용을 떨어뜨리는 방법이 있습니다. 일부 균주에서는 PBP의 구조를 변화시켜 항균력을 감소시키기도 합니다.

 

4. Penicillin의 항균력

 - Penicillin의 약동학, 약력학적 원리는 시간의존적 살균작용(time dependent bactericidal effect)이라고 할 수 있습니다. 농도가 MIC(minimum inhibitory concentration)의 4~5배에 도달하면 그 이상 항균력이 증가하지 않습니다. 농도보다 중요한 것은 T > MIC (time over MIC)가 40~50% 정도 될 수 있도록 투여 간격을 조절하는 것이 중요합니다.

 

5. 임산부에서 Penicillin의 안전성

 - Penicillin은 임산부에게 투여되었을 때, 태반을 쉽게 통과하여 태아에게 전달되지만 기형 유발 효과는 적기 때문에 임산부의 세균 감염에 비교적 안전하게 사용할 수 있습니다. 임신 중 혈장량의 증가에 따라 항균제의 증량이 필요할 수 있습니다.

 

6. Peniciilin의 과민반응

 - Penicillin의 과민반응은 4가지로 분류할 수 있습니다. Type Ⅰ 반응은 IgE 매개로 일어나는 즉시형 과민반응으로, 아나필락시스, 저혈압, 두드러기, 혈관부종, 기관지 수축 등이 있으며, 피부반응검사(skin test)를 시행하여 Type Ⅰ 과민반응을 미리 알아낼 수 있습니다. Type Ⅰ 과민반응 중 anaphylaxis 증상은 β-lactam 항균제를 투여 후 10~20분 이내에 시작되는 경우가 많기 때문에 적어도 30분 이상 환자를 관찰해야 합니다. 필요시 즉각적인 응급처치로 epinephrine 1:1000 희석용액을 0.5~1ml 정맥주사 또는 근육주사로 투여할 수 있습니다. Type Ⅱ 반응은 항체에 의해 매개되는 cytotoxicity에 대한 과민반응으로, 장기간 고농도의 β-lactam 항균제를 사용할 때 발생할 수 있으며, 용혈성 빈혈, 혈구 감소증, 간질성 신염 등이 있습니다. Type Ⅲ 반응은 형성된 항원항체 면역 복합체가 조직침투를 하면서 발생하는 과민반응으로  β-lactam 사용 후 보통 7~14일에 나타나며, 혈청병이 있습니다. Type Ⅳ 반응은 T 림프구 활성화에 의한 지연형 과민반응으로 접촉성 피부염, 스티븐슨-존슨 증후군, DRESS증후군 등의 중증의 피부반응과 관련이 있습니다.

 

7. Penicillin계 항균제의 교차 알레르기 반응

 - Cephalosporin 알레르기 병력이 있는 환자에서는 penicillin skin test 결과 음성이면 적절한 penicillin을 투여하고, cephalosporin 간에는 side chain의 구조적 유사성이 적다면 교차 알레르기 반응은 크지 않을 것으로 예상되며, cephalosporin 투여 필요시 탈감작을 시행합니다. Penicillin에 알레르기 병력이 있는 환자에서는 penicillin skin test가 음성이면 적절한 cephalosporin을 투여해 볼 수 있으나, 양성이면 투여하지 않는 것이 권고됩니다. Monobactam 항균제는 penicillin이나 cephalosporin과 교차과민반응을 잘 나타내지 않기 때문에 penicillin에 알레르기가 있는 환자도 사용가능합니다. Carbapenem 항균제는 penicillin 알레르기 병력이 있는 환자에서 사용이 권장되지 않으나, 교차알레르기 반응은 매우 적을 것으로 예상됩니다.