细菌耐药机制及耐药性消除的研究进展_李科

作者简介：李科（1979-），男，硕士，主管检验师，从事细菌耐药机制研究，Email：softsheld@sina．com

通讯作者：张德纯，Email：zhangdechun46@163．com ·综述·

细菌耐药机制及耐药性消除的研究进展

李科，张德纯

重庆医科大学基础医学院病原生物学教研室；分子医学与肿瘤研究中心，重庆400016

摘要：抗菌药物选择压力导致细菌耐药性日趋严重。究其根源，细菌耐药机制的探讨是为了揭示菌株耐药的根本原理，并从中找到消除耐药性的有效方法。本研究就现今国内外对耐药机制的研究以及耐药性消除的研究进行综述。

关键词：耐药机制；消除；研究进展

中图分类号：Q939．92文献标志码：A文章编号：1005－376X（2014）08-0984-03

DOI编码：10．13381/j．cnki．cjm．201408032

The mechanism and removal of bacterial drug resistance：research progress

LI Ke，ZHANG De-chun

Center of Molecular Medicine and TumorＲesearch，Department of Pathogenic Biology，College of Basic Medical Sciences，Chongqing Medical University，Chongqing400016，China Corresponding author：ZHANG De-chun，Email：zhangdechun46@163．com Abstract：Antimicrobial selection pressure leads to increasingly serious bacterial drug resistance．The reason for exploring the mechanism of bacterial resistance is to reveal the fundamental principles of drug-resistance of bacterial strains，and find out effective ways to eliminate the resistance．This article reviewsed current researches at home and abroad on the mechanism and the removal of resistance to antibiotics．

Key words：Ｒesistance mechanism；Ｒemoval；Ｒesearch progress

从1940年Abraham等首先在大肠埃希菌中发现青霉素酶，到1956年Newton等在芽胞杆菌中发现头孢菌素酶，从1960年耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MＲSA）第一次被发现，到本世纪初耐万古霉素金黄色葡萄球菌首次在美国被报道［1］，细菌的耐药发生发展过程伴随着抗菌药物的不停使用和新药的不断开发呈现出逐年加剧的态势。迄今为止，多重耐药细菌［2］、泛耐药甚至是全耐药细菌的报道已经屡见不鲜。现对目前已经研究揭示的细菌耐药的机制以及耐药性消除做一综述。

1基因水平遗传学机制

细菌可通过自身基因突变、染色体垂直传播、质粒或转座子水平传播、整合子捕获外源性耐药基因等多种途径产生耐药性，这些传播方式使细菌的耐药性呈现出固有耐药或获得性耐药。1．1染色体介导耐药这种耐药是由于细菌天然或基因突变导致的染色体代代相传的耐药性，通过染色体遗传基因发生突变，使突变后的变异株对抗菌药物产生耐药。此耐药性具有种属特异性，如铜绿假单胞菌对头孢噻肟、头孢哌酮、头孢曲松等耐药，肠球菌对头孢菌素耐药，一些肠杆菌科细菌对不稳定青霉素耐药等。

1．2质粒介导耐药质粒是细菌核质以外的DNA，可在菌体内部自行复制，也可以通过性菌毛或噬菌体等媒介在细菌间传播。耐药质粒通常是细菌后天获得的，因为传播途径多样化，这种机制介导的耐药在临床上占重要地位。如超广谱β-内酰胺酶就是通过耐药质粒在某些肠杆菌科之间垂直或种间传播。1．3整合子（integron）介导耐药整合子是细菌捕获外源性基因并使之转变为自身功能性基因的一种基因表达单位，是通过转座子和接合质粒在细菌之间进行传播的遗传物质。这个概念首先由Stocks 等［3］在1989年提出，他们在研究不同来源耐药质粒和转座子时发现基因两侧的序列具有相似的限制性酶切位点，推测可能是一个移动性基因元件，将其

命名为DNA整合子。两年后，Hall等［4］对转座子上各种不同的耐药基因进行研究分析，正式提出了基因盒－整合子系统的概念。整合子主要由编码整合酶基因（int I）、基因重组位点、启动子和耐药基因盒组成，目前经研究报道有四类：Ⅰ类整合子发现最早，因而研究比较成熟，是目前最常见的一种，曾经在大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、弗氏枸橼酸杆菌及铜绿假单胞菌等革兰阴性杆菌中都有发现，随后，Nesvera［5］等在革兰阳性棒状杆菌中也检测到此类整合子的存在，Ⅱ类整合子位于转座子Tn7及其衍生物上，其整合酶基因与Ⅰ类整合酶基因有46%同源性，Ⅲ类整合子与碳青霉烯类耐药有密切的相关性，Ⅳ类整合子是在霍乱弧菌基因组中发现的，其整合酶基因与Ⅰ类整合酶基因有45．5%的同源性，因其含有179个基因盒而被称为超级整合子（super inte-gron），除含有耐药基因外，还含有编码毒素、血凝素和脂蛋白的致病基因。

2蛋白质水平（生物化学）机制

细菌通过产生释放功能蛋白或自身结构蛋白改变而产生的对抗菌药物的耐受，包括以下几种机制。2．1产生水解酶、修饰酶、灭活酶和钝化酶β-内酰胺酶类：通过质粒介导或染色体突变使细菌产生β-内酰胺酶，从而破坏β-内酰胺环，使β-内酰胺类抗菌药物灭活。此类酶包括：青霉素酶、超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）、头孢菌素酶（AmpC）、碳青霉烯酶。青霉素酶普遍见于葡萄球菌和卡他莫拉菌，此酶赋予细菌对不稳定青霉素耐受；ESBLs是目前临床革兰阴性杆菌分离株中最为常见的产酶机制，种类超过240种，传统的方法将ESBLs分为四种类型：TEM型、SHV型、CTX-M型和OXA型［6 8］，此酶可被棒酸抑制，对β-内酰胺类抗菌药物除头霉素类和碳青霉烯类以外，均有一定破坏力；AmpC酶对所有的β-内酰胺类抗菌药物均有一定破坏力，仅对碳青霉烯类、第四代头孢菌素破坏力较弱，但四代头孢的耐药性可因为使用β-内酰胺类抗菌药物而被诱导产生；碳青霉烯酶主要水解碳青霉烯类抗菌药物（如：亚胺培南、美罗培南等），根据Ambler分子分类，可分为A、B、D三类［9 11］。

氨基糖苷类钝化酶：此酶主要导致葡萄球菌属和肠球菌属细菌对氨基糖苷类药物高水平耐药。此酶主要存在于细菌包浆内，主要分为三类：氨基糖苷乙酰转移酶（AAC）、氨基糖苷磷酸转移酶（APH）和氨基糖苷类核苷转移酶（ANT），此酶主要由质粒、转座子、整合子等介导，在种内和种间进行传播［12］。

红霉素类钝化酶（MSL）：此类酶可破坏14元环大环内酯环，包括红霉素酯酶、红霉素磷酸转移酶和维吉尼亚霉素酰基转移酶。肠杆菌属中因大量存在此类酶而天然对红霉素高度耐受。

氯霉素乙酰基转移酶：此酶由染色体或质粒上的氯霉素乙酰基转移酶基因cat A和cat B介导，编码产生的酰基转移酶可使氯霉素转化为无抗菌活性的代谢产物，主要存在于肺炎链球菌、D群链球菌、葡萄球菌属及奈瑟菌属种。

2．2抗菌药物作用靶位改变细菌体内的多个抗菌药物结合靶位的结构发生改变，使药物不易结合是导致细菌耐药的重要机制。如青霉素结合蛋白（PBP）就是位于细菌细胞内膜上与β-内酰胺类抗菌药物特定的结合位点，当PBP数量或结构发生改变时，β-内酰胺类抗菌药物与细菌的亲和力就会下降，使菌体对药物产生耐药性。肠球菌对万古霉素的耐药机制也主要是与药物的结合靶位改变有关，耐万古霉素肠球菌（vancomycin resistant enterococcus，VＲE）分为VanA、VanB、VanC、VanD四种类型。红霉素结合于细菌核糖体的关键位点A2058可被erm基因编码的核糖体甲基化酶甲基化，使其腺嘌呤残基N-6位二甲基化导致耐药也是肺炎链球菌对红霉素不敏感的主要耐药机制［13］。四环素、氨基糖苷类和喹诺酮类等抗菌药物均可由于作用靶位的改变而耐药。2．3主动外排系统细菌细胞膜上存在一种主动耗能改变自身构象的膜蛋白，在能量支持下，将药物选择性或非选择性地排出细菌细胞外，从而使达到作用靶位的药物浓度明显降低而导致耐药。与细菌多重抗菌药耐药性有关的主动外排泵系统主要归于以下5大类：ATP结合盒转运体类（ABC）、主要易化超家族（MFS）、药物与代谢物转运体家族（DMT）、多重药物与毒物外排家族（MATE）、耐受－生节－分裂家族（ＲND），以上各类转运体中ABC以ATP水解能量驱动外排泵，MFS、DMT、MATE和ＲND均以质子为驱动力，并形成质子与药物的反转运体［14］。2．4抗菌药物的渗透性障碍细菌细胞壁的障碍或细胞膜通透性的改变，使抗菌药物无法进入细胞内达到作用靶位而发挥抗菌作用，是细菌自身防卫性产生的又一耐药机制。此机制主要见于革兰阴性菌，因其细胞膜脂多糖成分能阻碍许多疏水性抗菌药物进入细菌体内而产生耐药性。此外，细菌外膜由于基因突变，结构异常可使细菌产生多重耐药性也是常见因素。如大肠埃希菌的mar区基因突变引起外膜蛋白F缺失，外膜蛋白C增加或减少均可使其产生多重耐药性。