超广谱β-内酰胺酶的基因分型及研究进展

综述

超广谱β-内酰胺酶的基因分型及研究进展超广谱β-内酰胺酶（Extended spectrum beta-lactamases, ESBLs）是由质粒介导的能水解青霉素类、头孢菌素类、单环内酰胺类抗生素的耐药性酶，由于作用底物广泛而称之，并可在菌株间转移和传播[1、2]。ESBLs主要由革兰氏阴性杆菌产生，尤其以肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌为代表。肺炎克雷伯菌是呼吸道感染最常见的病原菌，由产ESBLs肺炎克雷伯菌引起的医院感染爆发流行时有发生[3]。自1983年在德国首次报道分离出SHV-2型ESBLs以来，全世界许多地方不断有新的ESBLs检出[4]。目前，产ESBLs细菌在临床标本中的分离率有增加的趋势，产ESBLs菌对氨基糖苷类、喹诺酮类和磺胺类交叉耐药也呈逐年上升趋势，这给临床感染的治疗带来了新的难题。

1.ESBLs的定义

超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）是由质粒介导的能水解青霉素类、头孢菌素类、单环酰胺类抗生素的耐药性酶，由于作用底物广泛而称之[5]。有人将ESBLs 理解为以下几条：主要由肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌等肠杆菌科细菌产生；在体外试验中可使三代头孢菌素和氨曲南的抑菌圈缩小，但并不一定在耐药范围；加入克拉维酸可使其抑菌圈扩大；临床对β-内酰胺类药物（包括青霉素和头孢类）耐药，但对碳青霉素类药物敏感；由质粒介导，往往由普通的β-内酰胺基因（TEM-1、TEM-2、SHV-1）突变而来。

2.ESBLs的耐药机制

细菌对抗生素的耐药机制可分为以下几点：细胞膜通透性的改变，使抗生素不能或很少透入细菌体内到达作用靶位;灭活酶或钝化酶的产生，如β-内酰胺酶使抗生素的作用下降；与抗生素结合靶位（亲和力）的改变，使抗生素的作用下降；其他，如主动外排系统等。对于ESBLs的近年来发现，其多种耐药性的产生与其质粒编码的ESBLs有直接关系。随着第三代头孢菌素及其他β-内酰胺类抗生素的广泛使用，产ESBLs菌增加很快。世界上许多国家和地区都有ESBLs菌流行的报道，国内也有许多地区产ESBLs菌的报道[6]。因此国内外专家一致认为广谱头孢菌素类尤其是第三代头孢菌素的广泛使用产生的选择性压力是导致产生ESBL革兰阴性杆菌增加的主要原因。由于ESBLs是质粒编码的，能通过接合、转化和转导形式，使耐药基因在菌间扩散，使敏感菌变成耐药菌

（可在同种菌间进行或不同菌种间进行），且产生ESBLs菌耐药谱广，表现为多重耐药。一旦流行暴发，极难控制。即使感染控制后，携带ESBLs基因的耐药质粒仍可存在很长时间。成为再次暴发感染的危险因素。临床上使用抗生素应严格遵守药敏结果，防止高度敏感菌株在抗生素的选择下成高度耐药菌株，给临床治疗带来困难。

3.ESBLs的分型

自1983年在德国首次报道分离出SHV-2型超广谱β-内酰胺酶ESBLs以来，全世界许多地方不断有新的ESBLs检出。目前，ESBLs可分为TEM族、SHV族、CTX-M族、OXA族及一些不属于上述任何一个家族的类型，其中以TEM族和SHV 族种类最多。近年来，CTX-M族、OXA族ESBLs也在迅速地增多。

3.1 TEM族

广谱β-内酰胺酶TEM-1最初是从希腊1名叫Temoniera的病人血培养中分离到的大肠埃希菌中发现，并得以命名。TEM型ESBLs是在TEM-1型基因序列的基础上由一至数个氨基酸的密码子突变而成，主要变异位点在104位谷氨酸—赖氨酸，164位精氨酸—丝氨酸、组氨酸，238位甘氨酸—丝氨酸，240位谷氨酸—赖氨酸。变异可以发生在1-5个位点。如今TEM命名已至TEM-199型。TEM 型ESBLs主要从大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌中发现，其他肠杆菌科和铜绿假单胞菌中也有发现。

3.2 SHV族

SHV型ESBLs有水解头孢噻吩的巯基作用，SHV是巯基变量（Sulphydryl variable）的缩写。SHV型ESBLs是在广谱酶SHV-1型基因序列的基础上由一至数个氨基酸的密码子突变而成，238位甘氨酸—丝氨酸，240位谷氨酸-赖氨酸是SHV型ESBLs最常见的情况。值得注意的是，这两类突变也见于TEM型ESBLs 中，Ser[238]及Lys[240]分别是有效水解头孢噻肟和头孢他啶的关键位点。如今SHV 命名已至SHV-45型。SHV型ESBLs的产生菌以肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌最常见，异型柠檬酸杆菌、铜绿假单胞菌也可产生SHV型ESBLs。

3.3 CTX-M族

CTX-M型ESBLs主要对头孢噻肟（CTX）有高度的水解活性，我国有较高的检出率。种系发生研究表明，CTX-M族β-内酰胺酶可以分为四组：第一组包括CTX-M-1和CTX-M-3；第二组包括CTX-M-2、CTX-M-4、CTX-M-5、CTX-M-6、CTX-M-7

和Toho-1；第三组为Toho-2和CTX-M-9；第四组为CTX-M-8[7]。CTX-M型酶对头孢噻肟、头孢他啶的水解能力比对青霉素强，相对头孢他啶来说，更优先水解头孢噻肟[8]。除了能迅速水解头孢噻肟之外，CTX-M族还有一独特特征，即三唑巴坦比舒巴坦和克拉维酸能更好地抑制其活性。所有的CTX-M族酶都有Ser237，提示该位点对其超广谱酶活性起重要作用。

3.4 OXA族

OXA型酶是另一数量迅速增加的ESBLs，OXA型β-内酰胺酶主要水解苯唑西林（OXA），已发现的40余种OXA型β-内酰胺酶中有14种属于ESBLs。OXA 型ESBLs主要发现于铜绿假单胞菌中，大肠埃希菌也有发现。OXA家族最近出现一些不具有ESBLs活性的衍生物，它们包括OXA-20、OXA-22、OXA-24、OXA-25、OXA-26、OXA-27 及OXA-30。

3.5 其他ESBLs

随着对ESBLs研究的不断深入，越来越多的新型ESBLs被发现，如：PER、VEB、CME、SFO、TLA等，这些酶的序列有一定的相关性，但同源性只有40%—50%。这些酶都能赋予细菌对氧亚胺β-内酰胺类抗生素特别是头孢他啶和氨曲南耐药的能力，他们与类杆菌属某些种的染色体头孢菌素酶也有一定程度的相似，并有可能来源于该属[9]。

4.ESBLs的流行分布

产ESBLs的细菌的检出率在不同的国家和不同的医院是不一样的，检出率的高低代表ESBLs细菌的流行状况。肺炎克雷伯菌产ESBLs率在拉丁美洲最多（45.0%），欧洲23.0%，美国8.0%，加拿大5.0%，法国北部地区11.4%。我国今年来对ESBLs产生株的阳性率流行病学调查显示：浙江省肺炎克雷伯菌ESBLs 阳性率为38.3%，大肠埃希菌为34.0%，上海华山医院分离的大肠埃希菌ESBLs 阳性率为23.6%，肺炎克雷伯菌高达51.0%，广州地区分离的大肠埃希菌ESBLs 阳性率为36.4%，肺炎克雷伯菌为31.7%[10]，北京医院肺炎克雷伯菌及大肠埃希菌产ESBLs阳性率分别为18.9%和29.1%[11]。

抗生素尤其是三代头孢菌素的应用与ESBLs的感染流行有相关性。由于细菌培养、药敏结果需要时间，临床不合理用药较为普遍，抗生素的广泛应用，且临床医师为减少风险多选用三代头孢菌素或联合使用抗生素，促进了有质粒介导ESBLs细菌的扩散，敏感菌因抗生素的选择性压力而被大量杀灭后，耐药