碳青霉烯酶进展

碳青霉烯酶的研究进展

碳青霉烯类具有非常广泛的抗菌活性，因能抵抗大多数内酰胺酶的水解，故常用于产超广谱 -内酰胺酶（ESBL）和/或去阻遏 AmpC -内酰胺酶（AmpC）菌株引起严重感染的治疗但碳青霉烯耐药肠杆菌的出现，给临床治疗带来了极大困难。通常，革兰阴性菌对碳青霉烯类的耐药机制，一是 AmpC 酶过度表达联合OMP 丢失；二是 PBP 对碳青霉烯类亲和力的改变；三是碳青霉烯酶（Carbapenemases）的产生在这些机制中，最突出的是碳青霉烯酶。

一、碳青霉烯酶的分类及有关细菌

碳青霉烯酶是指能够明显水解亚胺培南或美罗培南的一类β-2内酰胺酶 ,包括 Ambler分子分类的 A、 B、 D 3类酶。

A类为丝氨酸酶 ,其活性部位具有丝氨酸结构 ,属于 Bush分群中的第 2f亚组。A 类碳青霉烯酶少见 ,包括阴沟肠杆菌( I M I2 1

和 NMC2 A)、黏质沙雷菌中由染色体介导的 NMC2 A、 Sme2 1、 Sme2 2、 Sme2 3、I M I2 1酶 ,以及肺炎克雷伯菌、铜绿假单胞菌中质粒介导的 KPC1、GES2 2酶。这类酶都是青霉素酶 ,他们对亚胺培南的水解活性强于美罗培南 ,可以引起青霉素类、氨曲南、碳青霉烯类耐药 ,而对第 3代头孢菌素通常敏感。三唑巴坦、克拉维酸可以抑制此类酶 ,但不被乙二胺四乙酸 ( EDT A)所抑制。

Amble分类 D类为丝氨酸酶 ,属于 Bush分群中的第 2d亚组，其活性部位具有丝氨酸结构,由blaOXA等位基因编码 ,仅见于不动杆菌。

Amble分类 B类是金属酶,属于 Bush分类 3组 ,是一种需金属离子发挥活性的β-内酰胺酶 ,由 bla I MP、 blaV I M、 blaSPM

和 blaGI M编码,可被EDT A所抑制 ,染色体介导或质粒介导,存在于多种不同革兰阳性和革兰阴性细菌中。金属酶均可明显水解亚胺培南,能水解除单环类抗菌药物以外的绝大多数β-内酰胺类抗菌药物,但对于其他β-内酰胺类抗菌药物的水解能力有较大差异。临床使用亚胺培南等碳青霉烯类抗菌药物大大增加, 导致金属β-内酰胺酶产生率

有不断上升的趋势。目前尚未开发出有效的金属酶抑制剂。

二、碳青霉烯酶的研究进展

对碳青霉烯酶的研究主要着重于对A、B、D 3类酶的种类、分布、生化特性、流行病学等的研究和相关菌株耐药性的研究。

（一）A、D类碳青霉烯酶的研究

1、A类碳青霉烯酶的研究

自从 20年多前发现第一个 A 类碳青霉烯酶以来，至今已发现 6 群不同的酶，包括GES、 KPC、 SME、 IMI/NMC-A 、SHV-38和 SFC-1，其中 GES、KPC 和 IMI-2 由质粒编码，其他均由染色体介导依据Bush-J-M 分类系统，这些酶分为 4个不同的表型

亚群，即 2br 、2be、 2e 和 2f 亚群。与其他 A 类 -内酰胺酶一

样， A 类碳青霉烯酶利用活性位点丝氨酸残基灭活 -内酰胺类药物，可水解青霉素类、头孢菌素类、单酰胺类和碳青霉烯类，这种活性可被克拉维酸和他唑巴坦所抑制，但对 EDTA 不敏感。

成熟A 类碳青霉烯酶是单体酶，含有 265~269 个氨基酸残基，分子量为25~32kDa， pI 为 5.8~9.7。与其他丝氨酸酶一样， A

类碳青霉烯酶也通过 3 步催化机制（包括酰化和脱酰基）来发挥作用。与 D 类和 B 类碳青霉烯酶一样，对美罗培南的水解率低于亚胺培南，但对美罗培南的亲和力却始终高于亚胺培南。

尽管A 类碳青霉烯酶群体中的氨基酸序列一致性较低，但却具有能使它们水解碳青霉烯类的相似的蛋白折叠（Proteinfolds）。除SHV-38 以外， A 类碳青霉烯酶的一个共同特征，是在Cys69

和 Cys238之间均含有一个二硫键，这个键可以稳定蛋白折叠。二硫键是水解所有 -内酰胺类所必需的，并非仅针对碳青霉烯类的水解，它是稳定酶结构的一种需要。

目前，产 A 类碳青霉烯酶菌株感染仍较少见，大多为零星出现SME、IMI/NMC-A 和 SFC-1 均由染色体编码，尽管对碳青霉烯类表现为高水平耐药，但对超广谱头孢菌素仍保持敏感，因此，目前尚未引起广泛的临床问题。令人担忧的是 KPC 和GES 酶的出现与扩散。

2、D类碳青霉烯酶的研究

1993年 , PAT ON等报道的第一个具有碳青霉烯酶活性的β-2 内酰胺酶 ,纯化于 1985年分离于苏格兰爱丁堡病人的多重耐药鲍曼不动杆菌,命名为 AR I2 1。。直到 2000年 ,DONALD等对 AR I2 1酶

的氨基酸进行序列分析 ,将其命名为 OXA2 23。2000～2004年之间 ,在世界各地又发现了 6种新的 D类碳青霉烯酶。随后又在许多国家碳青霉烯类耐药菌株中发现了 7种 D类酶。迄今为止 ,在121种 OXA 型酶种 ,至少有 45种具有碳青霉烯酶活性。

成熟 D类碳青霉烯酶含有 243～260个氨基酸残基 ,分子量

为 23～35 . 5 kDa不等 , p I为 5 . 1～ > 9 . 0。该类酶对亚胺培南的水解速率是青霉素的 1%～3% ,对苯唑西林的水解速率是青霉素的 2倍 ,对三代头孢菌素的水解活性很弱;其活性可被他唑巴坦和克拉维酸所抑制。

对携带编码 D类碳青霉烯酶重组质粒的大肠埃希菌转化结合子或转化株的体外抗生素敏感性研究发现 ,它们对氨基青霉素和羧基青霉素高水平耐药 ,对脲酰基青霉素的敏感性不定 (仅 OXA2 40

和 OXA2 48对哌拉西林耐药 ) ;对头孢菌素类 ,包括窄谱头孢菌

素、氧亚氨基头孢菌素和 72 α2 甲氧基头孢菌素、氧头孢烯类以及单酰胺类均敏感 (仅 OXA2 48对头孢噻吩耐药 )。除了 OXA2 23显示哌拉西林在他唑巴坦存在下其M I C值降低 8倍以外 ,其他对克拉维酸和他唑巴坦的抑制作用不敏感。

通常 ,D类碳青霉烯酶表现出弱碳青霉烯水解活性 ,产该类酶的分离菌对碳青霉烯类的耐药 ,可能是同时伴有其他耐药机制的结果，如外膜孔蛋白丢失、泵出作用增强、青霉素结合蛋白 ( PBP)改变等。产 D类碳青霉烯酶 (OXA2 51除外 )均显示对亚胺培南和美罗培南的高水平 (M I C > > 8 mg/L ) 耐药 ,但在大肠埃希菌中仅表现为敏感性