微生物耐药性的分子机制研究进展

微生物耐药性的分子机制研究进展

邓小红（广州健心药业有限公司，广东广州５１０６６３）

摘要：目的对微生物耐药性的分子机制研究有助于合理应用抗生素、控制耐药株感染。方法对微生物耐药性的产生和历史，现状及分子机制即固有耐药性、获得性耐药性、多重耐药性、交叉耐药性、赖药性和耐受性等进行论述，分析获得性耐药性的机制。提出微生物耐药性的解决方法及对发展前景进行了展望。结果微生物耐药性己严重威胁着人类的健康。结论人类应随时随地减少耐药性的产生和传播。

关键词：微生物；耐药性；分子机制

中图分类号：Ｒ３７文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－４６１０（２００８）０４－０００３－０５

随着医疗技术不断发展，抗菌药物在感染性疾病中广泛应用，以及不规范性的预防性用药，微生物的耐药性己十分严重，具体表现为：耐药性形成的速度越来越快、耐药谱越来越广、耐药性传播的速度越来越快、耐药强度越来越高。这些直接影响了临床治疗效果，增加了治疗成本，缩短了新药的应用周期，增加了新药的研究与开发的难度。目前，人类发明并应用于临床的抗菌药物己超过２００种，并且仍以１０种／年以上的速度问世。致病菌在大范围选择性压力下，保留了最耐药和多重耐药的菌株，这种耐药菌有可能成为没有任何药物可以制服的“超级病原体”［１］，因此，研究微生物耐药性的分子机制的趋势与进展，是关乎现今全人类生存的主题。１微生物耐药性的产生和历史

２０世纪４０年代，青霉素的发现和临床应用使人类对抗、治疗感染性疾病进入了一个崭新的时代。之后，大量半合成抗生素、天然药物和化学治疗药物也相继研制成功并进入临床应用，这为人类自身的健康和养殖业的繁荣发展提供了有力的保障。但是，随着抗生素的大量应用和不断发展，微生物耐药性的问题也日趋严重和突出。１９４２年，ＭＡＸＯＮ报道出现对青霉素耐药的金葡菌。２０世纪５０年代，革兰阴性菌和

葡萄球菌出现耐药性。１９６１年甲氧西

林问世并投入临床使用，不久便报告出

现耐甲氧西林金葡菌。后来研发出细菌

相当敏感的万古霉素，但２０世纪９０年

代，出现对万古霉素敏感性降低的金葡

菌，美、英、德、意、韩等国相继检出了

ＶＩＳＡ。２００２年以来美国己先后报道３

株对万古霉素完全耐药的金葡菌：２００２

年美国密执安州及宾夕法尼亚州先后

报道了完全耐万古霉素ＭＲＳＡ

（ＶＡＳＡ），２００４年美国报道了第３株

ＶＡＳＡ。微生物耐药性的速率和现象趆

来趆严重，趆来趆复杂。

２微生物耐药性的现状及分子机制

我国是抗菌药物滥用的严重国家

之一，临床分离的大肠埃希菌等对环丙

沙星耐药率己居世界首位［２］。山东莱钢

集团公司医院报道由于抗生素的使用

趆来趆广泛和趋向广谱关系，导致球菌

和杆菌对常用抗生素的耐药性逐年增

高［３］。目前，抗生素己成为我们治疗感染

性疾病不可或缺的药物，外科医生对抗

生素预防术后感染的依赖性不断加强，

不但大小手术都使用，而且经常大量盲

目长时间联合用药，个别甚至在短期内

用到４种以上的抗生素，且其应用居高

不下，导致新的耐药菌株不断出现，有

专家预言，本国可能率先进入后“抗生

素时代”，即回到抗生素发生之前的时

代。这是临床治疗上的一大难题。因此，

研究和了解微生物耐药性的分子机制，

掌握其发展方向，这对于合理应用抗生

素，延长抗生素的敏感期，让人类的生

命不至于受到“超级病原体”的威胁，是

现今亟待解决的问题。

２．１天然不敏感性（固有耐药性）

有些微生物由于具有一些独特的

结构或代谢，天生对药物不敏感。如支

原体无细胞壁结构，对青霉素、头孢菌

素等β内酰胺类抗菌药物天然不敏感；

嗜麦芽寡养单孢菌对亚胺培南和氨曲

南耐药率为１００％，究其原因为嗜麦芽

寡养单孢菌产生Ｌ１及Ｌ２型β－内酰胺

酶，两者均为可诱导酶，前者属于金属

β－内酰胺酶，后者属于丝氨酸活性酶，

Ｌ１型酶是导致该菌对碳青烯类药物亚

胺培南天然耐药的主要原因；常见革染

氏阴性杆菌对氨苄青霉素耐药率为

１００％；铜绿假单胞菌（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ

ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ，Ｐａ）是目前中山大学附属第

三医院内一种重要的获得性感染病原

菌，在医院感染病原菌中检出率最高，

具有天然和后天获得性耐药性［４］。

２．２获得耐药性

有些微生物对原来敏感的抗生素

通过遗传性的改变而获得的抗药性。常

常是在临床上不合理用药或长期用药

之后表现出的抗药性。

２．２．１自发突变加药物选择抗药性的

作者简介：邓小红（１９８０－），本科，助理工程师，从事质量管理工作。

产生不是由于微生物与药物接触而产生，而是自发突变加上药物选择的结果。通常认为，抗药菌所含的抗菌基因是由敏感菌的遗传物质自发突变产生的，但一般自发突变的频率极低，通常突变率在１０－１０～１０－１６。极少量的抗药菌存在于大量的敏感菌之中原本不足为害，但经临床频繁使用抗生素之后，药物杀死或抑制敏感菌的生长，而抗药性细菌继续生长繁殖，无形中对抗药菌起了选择作用，造成抗菌株的大量增殖，形成抗药菌系。链霉素作为最早的抗结核药物，由于其单一用药产生了耐药性，并且有较严重的副作用，南方医科大学分子生物学研究所与广州军区肿瘤分子生物学研究所对其进行研究检测后结论：编码核糖体蛋白Ｓ１２的ｒｐｓＬ基因突变是链霉素耐药的重要分子机制［５］。抗生素的广泛使用导致耐药菌株不断被筛选出来，并广泛传播；滥用抗生素、预防性用药，使诱导产超广谱β－内酰胺酶的细菌增多。这种超广谱β－内酰胺酶是由普通质粒介导的超广谱β－内酰胺酶基因突变后所形成的［６］。亦有些微生物如抗人类免疫缺陷病毒（ＨＩＶ）突变率真很高：ＨＩＶ－１ＲＮＡ基因拷贝过程中错误率很高，导致了其ＲＴ的基因突变，突变率为１ｘ１０－４～１ｘ１０－５，这就意味着在给定长度为２．９ｋｂ的ＨＩＶ－１ＲＴ基因的一次复制中，会发生０．２～１次突变在抗病毒药物的选择性作用下，ＨＩＶ－１很容易产生变异，且变异株依然保持着复制能力。由结核分支杆菌（ＭＴＢ）引起的结核病是当今世界上最普遍的人类传染病之一。中国是全球２２个结核病高发病国家之一，结核病人数位居世界第二位，因此，结核病已成为威胁人类健康的最重要的疾病。高耐药率和耐多种药物菌株的不断扩散是引起结核病卷土重来的主要原因。现已确定主要为基因突变引起耐药性的抗结核药物有利福平、异烟肼、链霉素、吡嗪酰胺（ＰＺＡ）、乙胺丁醇、丙硫异烟胺、喹诺酮类、克拉霉素等，而每一种耐药性均涉及到结核分支杆菌（ＭＴＢ）一个或多个耐药基因的突变、缺失或颠换

等，由于基因突变带来的耐药性己成为

结核病控制工作中一项重要难题［７］。

２．２．２细胞间抗药性的基因转移获得

性耐药也可通过耐药基因转移而形成，

如某些敏感菌株在获得耐药基因后即

转变为耐药菌株。

（１）通过质粒转移接合。

带有抗药性基因的质粒可自行复

制，代代相传，并在不同种属间（特别是

肠道菌）进行转移，而导致抗药性的广

泛传播。如①ｍｅｃＡ基因是耐甲氧西林

金黄色葡萄球菌（ＭＲＳＡ）特有的耐药

基因，在其耐药性中起决定性的作用：

ｍｅｃＡ基因编码７８#１０３的蛋白，是一

种对β－内酰胺类抗菌药物具低亲和力

的青霉素结合蛋白即（ＰＢＰ２ａ）。当金黄

色葡萄球菌固有的ＰＢＰｓ被β－内酰胺

类抗菌药物结合失活后，ＰＢＰ２ａ能替代

结合失活的ＰＢＰｓ发挥转肽酶的功能，

促进细胞壁合成，从而产生耐药性。

Ｌｅｅ［８］的研究也体现了它在ＭＲＳＡ耐药

性中的重要作用，ＭｅｃＡ是一个外源性

基因，来自凝固酶阴性葡萄球菌或肠球

菌属，通过转座子或Ｒ质粒转到原本

敏感的金黄色葡萄球菌中，并整合在染

色体第１０节段上［９］。②ｖａｎＡ操纵子位

于Ｔｎ１５４６，Ｔｎ１５４６在金黄色葡萄球菌

中起重要作用［１０］，它可以通过质粒转移。

这些质粒并非肠球菌所特有，而是可以

通过转移到多种革兰阳性球菌中去，因

此当ＭＲＳＡ接受此质粒后，就会产生

相应的耐药性。Ｍｌｙｎａｒｃｚｙｋ等［１１］研究也

发现：肠球菌属通过结合转移可使受体

菌（肠球菌和金黄色葡萄球菌）获得万

古霉素耐药性。③ｑｎｒ和其它同在Ｉ类

整合子的耐药基因通过质粒传递导致

细菌产生多药耐药，加重细菌耐药，造

成临床抗感染治疗困难［１２］。

（２）通过转座子和整合子进行转移。

在细胞间抗药性的转移中，也起着

非常重要的作用。转座子能在质粒间、

质粒和染色体间或质粒和噬菌体间转

座。因此，转座子的转座行为有利于抗

药基因掺入敏感菌的遗传物质中，尤其

是与多重抗药性的转移有关。由于转座

子常位于质粒，因而借质粒在细胞间转

移，转座子上所带的抗药基因也随之而

转移入敏感菌，导致抗药菌的广泛传

播。慢性鼻窦炎耐甲氧西林葡萄球菌

（ｍｅｔｈｉｃｉｌｌｉｎ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ，ＭＲＳ）

耐药机制之一是由质粒介导产生大量

β内酰胺酶的获得性耐药，另外，该质

粒上常常载有编码多种耐药因子的转

座子，这也是ＭＲＳ表现为多重耐药性

的原因之一［１３］。目前，在屎肠球菌中还

发现一类介导耐药因子转移的结合型

转座子Ｔｎ９１６，它不仅在革兰阳性菌中

有广泛的宿主，甚至在革兰阴性菌中也

有宿主。因此这种能介导耐药因子转移

的转座子极有可能引起耐万古霉素肠

球菌（ｖａｎｃｏｍｙｃｉｎ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔＥｎｔｅｒｏｃｏｃ－

ｃｕｓ，ＶＲＥ）感染的爆发和形成各种难以

对付的多重抗药性菌株［１４］。

整合子是２０世纪８０年代在对耐

药质粒和转座子进行系统研究的过程

中被发现的。Ｓｔｏｋｅｓ等［１５］１９８９年正式提

出了整合子－基因盒系统，整合子能捕

获耐药基因并使之表达［１６］。在已发现的

整合子中，Ｉ类整合子占绝大部分，其

基本结构由３部分组成［１７］，两端是高度

保守序列，中间为可变区，可变区由一

个或多个耐药基因盒组成。整合子是具

有捕获外源基因并使之转变为功能性

基因的表达单位，它可使被捕获的外源

基因在细菌间，甚至跨越菌属的界限横

向传播。铜绿假单胞菌（Ｐ．ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ，

ＰＡ）可以借助转座子和整合子在获得β

内酰胺酶、氨基糖苷类修饰酶基因的同

时，还可获得氯霉素转运体（由ｃｍｌ１基

因编码）、二氢蝶酸合成酶（由ｓｕｌ１基因

编码）、多种化合物外排泵从而导致耐

氯霉素、磺胺类药物和消霉剂［１８］。

（３）其它转移方式。

如通过融合、转导和转化在不同种

属的遗传物质之间转移或集聚重排造

成多重耐药菌发生率大幅上升等。

２．２．３产生使抗生素结构改变的酶（钝

化酶）或灭活酶随着第三代头孢类抗

菌药的大量应用导致大肠埃希菌、肺炎

克雷伯菌中的ＴＥＭ－１和ＳＨＶ－１酶加

快了突变，形成各种超广谱β－内酰胺

酶（ＥＳＢＬ），介导了细菌对青霉素、头孢