细菌细胞壁变化对细菌耐药性的影响综述

细菌细胞壁变化对细菌耐药性的影响

2009级兽医学院动物科学类丁颖班李桢 [摘要] 介绍了几种细菌因细胞壁变化而产生耐药性的耐药机制。说明近年研究表明的细胞壁的不同变化产生了不同的耐药机制，以及如何通过不同的机理作用于细菌，使细菌对不同的药物产生耐药性。

[关键词]细胞壁耐药性金黄色葡萄球菌肠球菌脓肿分枝杆菌肺炎链球菌铜绿假单胞菌结核分枝杆菌 L型

引言

细菌感染是多种疾病的病因。为治疗由细菌感染引起的疾病，抗生素和某些其他医疗技术在临床上大规模应用。正是由于这样，不少细菌都有了具有耐药性的菌种。细菌耐药性由革兰氏阴性杆菌发展到革兰氏阳性球菌，由院内感染发展到院外感染，耐药程度愈演愈烈，有的已经产生了多重耐药性。细菌耐药性的产生机制极为复杂，除了灭活酶等主要机制外，细菌细胞壁的变化也是耐药性的产生机制之一。下面介绍几种因细菌细胞壁变化而产生耐药性的例子。

金黄色葡萄球菌

金黄色葡萄球菌是人类的一种重要病原菌，可引起如肺炎、肠炎、心包炎甚至败血症等多种严重感染。有“嗜肉菌”之称。临床上常使用红霉素、万古霉素等药物治疗。

近年来，临床上已发现耐万古霉素金黄色葡萄球菌(VRSA。细胞壁增厚正是VRSA的耐药机制之一。葡萄球菌的细胞壁结构的主要成分为肽聚糖，万古霉素为糖肽类抗生素，能和一个或多个肽聚糖合成中间产物前体小肽D2丙氨酰，从而抑制转肽反应，进而结合成复合物，可以阻止细胞壁的合成，使细菌死亡。因为万古霉素的作用位点在细胞壁上，细菌细胞壁的增厚导致万古霉素与肽聚糖的亲和力降低，阻碍了万古霉素与作用位点的接近，从而导致对万古霉素的耐药。Hanaki等采用透射电镜技术和高效液相色谱技术发现耐万古霉素金黄色葡萄球菌的细胞壁明显比无耐药性的菌种增厚。

肠球菌

肠球菌是细菌一个属的名称，包括十二种及一个变异株。以粪肠球菌为代表的肠球菌能引起尿路感染、化脓性腹部感染、败血症、脑膜炎、心内膜炎等多种疾病。

治疗肠球菌临床上也使用万古霉素治疗，不过和金黄色葡萄球菌一样，肠球菌也对万古霉素产生了耐药性，耐药性肠球菌（VRE）的数量也在不断增加。VRE的耐药是因为细菌细胞壁上的肽聚糖前体小肽D-丙氨酰-D-丙氨酰(D-Ala-D-Ala 被D-丙氨酰-D-乳酸(D-Ala-D-Lac或D-丙氨酰-D-丝氨酸(D-Ala-D-Ser取代，使D-丙氨酰-D-丙氨酰对万古霉素等糖肽类抗生素的亲和力下降至原来的百分之一，因而表现出对万古霉素的高度耐药性。根据VRE对万古霉素的耐药性、耐药表现型(诱导型或固有型及耐药因子是否能转移等特点,可将VRE基因型分为VanA,VanB,VanC,VanD,VanE等数种类型,近来,又发现有VanF和VanG等类型。其耐药性产生的机制为:Van A, B,D组细胞壁结构中D-Ala-D-Ala末端被D-Lac取代,Van C和E组的D-Ala-D-Ala末端被D-Ser取代。

脓肿分枝杆菌

脓肿分枝杆菌属于速生非结核分枝杆菌（NTM），常导致人局部皮肤软组织和肺部感染，已成为AIDS患者最重要的机会性治病原因之一。该菌对一线抗结核药物利福平(RFP高

度耐药。

对脓肿分枝杆菌耐RFP的机制的研究发现,其靶蛋白—RNA聚合酶也对RFP敏感,因此,其耐药机制与结核分枝杆菌并不相同。目前对造成NTM高度耐药性的原因最普遍的观点是,由于其特有的细胞壁结构,使得NTM对许多抗生素的通透性低下。根据沙巍等人的实验（在含RFP的液体培养基中加

入Tween 80以增加细菌细胞壁的通透性,观察对RFP具不同MIC的脓肿分枝杆菌的生长在450 nm的光吸收值(OD450的变化,同时用电镜对脓肿分枝杆菌标准株、临床耐药株和敏感株的细胞壁进行超微结构的观察。）结果显示,脓肿分枝杆菌标准株、临床耐药株和敏感株的细胞壁在电镜下的超微结构观察的结果也显示出,在高耐药和敏感株之间的细胞壁结构存在着差异,主要表现为高度耐药的菌株细胞壁内有薄层的深染线,而敏感株则较均匀。因而脓肿分枝杆菌耐药株确实存在细胞壁通透性低下导致其耐药的机制。

肺炎链球菌

肺炎链球菌在自然界中分布广泛，常生活在正常人的鼻腔中，多数不致病或致病性弱，少数则较强，是引起肺炎、中耳炎、鼻窦炎等疾病的链球菌属细菌。长期以来,因肺炎链球菌对青霉素高度敏感,青霉素被作为治疗其感染的首选良药。近年来,由于环境污染,抗生素在临床治疗上的大量使用及不当使用,导致肺炎链球菌对青霉素和大环内酯类抗生素表现出很高的耐药性,并呈现逐年增加的趋势,而且出现对其他抗生素(如喹诺酮类抗生素等的多重耐药性。

肺炎链球菌对青霉素等β-内酞胺类抗生素的耐药机制主要是通过细菌青霉素结合蛋白基因改变,从而改变细胞壁上高分子量青霉素结合蛋白结构。而青霉素的作用首先是削弱细胞壁的功能，所以青霉素结合蛋白结构的改变减少了其对抗生素分子亲和性，进而产生耐药性。肺炎链球菌耐药菌株中有50%多重耐药。

铜绿假单胞菌

铜绿假单胞菌(PAE属于非发酵革兰阴性菌,分布广泛,生存简单,是医院感染的主要条件致病菌之一,常常引起医院内免疫力低下患者的感染,据报道,铜绿假单胞菌性肺炎致死率>30%,败血症患者的病死率高达80%~90%。铜绿假单胞菌对多种抗菌药物表现出固有与获得性多药耐药,一旦感染,临床治疗十分棘手。

铜绿假单胞菌的耐药机制复杂,几乎具有目前所知道的细菌主要耐药机制。其中就包括类似上文肺炎链球菌对青霉素耐药的耐药机制。铜绿假单胞菌通过改变青霉素结合蛋白(PBPs和DNA拓扑异构酶Ⅱ的结构,对β-内酰胺类和喹诺酮类抗菌药物产生耐药。但通常认为革兰阴性菌对β-内酰胺类抗菌药物的耐药性与PBPs的关系不如革兰阳性菌明显和重要。

铜绿假单胞菌细胞壁的外膜蛋白D2的丢失也是其耐药机制之一。OprD2是目前所知道的铜绿假单胞菌外膜中惟一对抗菌药物通透有意义的孔道蛋白,具有配体特异性,能形成亚胺培南的特异结合位点。官兰等获得的结果提示,OprD2基因缺失突变是导致OprD2丢失的分子基础,这会导致铜绿假单胞菌对亚胺培南的耐药。因此,OprD2丢失是铜绿假单胞菌对亚胺培南耐药的主要原因之一。

铜绿假单胞菌还有一个耐药机制与细胞壁变化有关：外膜低通透性。绿假单胞菌的细胞壁两侧具有内外两层膜,其中内膜结构类似真核细胞的脂质双分子层,具有流动性;外膜有脂多糖、外膜蛋白和脂蛋白等组成,其中脂多糖上的脂肪酸链为饱和脂肪酸链,且6~7条脂肪酸链相互共价连接,导致外膜的流动性很低,脂溶性药物很难通过细菌外膜。水溶性物质则主要通过外膜蛋白中的一种非特异性的、跨越细胞膜的孔道-水溶性通道蛋白,即细胞膜上镶嵌的孔蛋白(porin进入菌体,但铜绿假单胞菌的外膜没有类似其他细菌的“高通透性”的孔蛋白,仅存在低效率的微孔蛋白C(OprC,D(OprD和E1(OprE1,相对分子质量分别为(70、46、43×103,这些孔道渗透速度仅为其他多数革兰阴性菌“典型”高通透性孔蛋白通道的1%,有研究证明,铜绿假单胞菌的外膜通透性仅为大肠埃希菌的1%~8%[3]。这一特点使抗菌药物很难通过铜绿假单胞菌的外膜,药物不易进入菌体,使得铜绿假单胞菌对不同结构的抗菌药物产生耐药,使

其具有天然的耐药性。