2 喹诺酮类修饰酶与质粒介导的喹诺酮类药物耐药性
产生药物修饰酶如氨基糖苷修饰酶是细菌的重要耐药机制。2006年所报道的喹诺酮类修饰酶介导的对部份喹诺酮类药物的耐药性显然是耐药机制的重要发现之一[27]。Ho oper的实验小组[27]发现变异的AAC (6′)-Ib-cr氨基糖苷乙酰转移酶具有了更广的底物范围,能修饰灭活氨基糖苷类和喹诺酮类两类化学母体结构各异的药物,但该酶对氨基糖苷类的乙酰化作用仍强于喹诺酮类。这种变异酶是AAC(6′)-Ib仅发生Trp102Arg和Asp179Ty r两个氨基酸残基改变,介导了对诺氟沙星和环丙沙星的耐药性(M IC增加2～4倍)。在大肠埃希菌表达时该酶未影响细菌对乙酰环丙沙星、恩氟沙星、培氟沙星、左氧氟沙星及g emiflo-x acin(吉米沙星)的敏感性。对313株耐环丙沙星(M IC ≥0.25μg/ml)及降低了对头孢他啶敏感性的肠道杆菌(主要为大肠埃希菌)分析,发现一半的受检测菌株存在aac(6′)-Ib基因,其中有28%产生变异的AAC (6′)-Ib-cr,并导致了对环丙沙星的低程度耐药[28]。喹诺酮类系全合成药物,其修饰酶的发现具有重要的临床意义,aac(6′)-Ib的变异基因已有30种以上[27],设计新型喹诺酮药物应该考虑到潜在的酶修饰灭活机制。
相关的另一重要研究是近年来在世界范围内所证实的质粒介导的喹诺酮耐药性(plasmid-m ediated quinolo ne resistance,PM QR)[29,30]。事实上,上述喹诺酮修饰酶就是在研究上海分离的喹诺酮耐药质粒时所发现[27,31]。携带qnr基因的喹诺酮耐药质粒于1998年在美国确证,现qnr质粒已在世界范围流行。qnr编码一种属于五肽重复家族(pentapetide repeat family)的蛋白Qnr,其作用机制是保护DN A回旋酶免受喹诺酮药物的作用[32]。与Qnr蛋白有同源序列的染色体编码的结核杆菌的喹诺酮耐药性蛋白MfpA显示了右手四边形β-螺旋结构,类似于B型DN A[33]。Qnr与传统的染色体介导的耐药机制(即靶位改变和药物外排泵)发挥明显的协同作用[29]。
李显志曾于2004年结合中国的喹诺酮耐药性讨论了qnr基因的重要意义[34],后又于2005年再次强调qnr耐药质粒的严重性[29]。此后仅1年余间,又有20余篇相关论著的出版。2006年在美国举行的“抗微生物药物与化疗学科间会议(ICAAC)”第46届年会上,已有专题讨论qnr,并有多篇PM Q R临床分离菌株报道。依据qnr基因序列与系统分类比较已将Qnr分为3个耐药决定族,即Qnr A(Qnr A1-5)、QnrB(QnrB1-5)和Qnr S(Qnr S1-5)[30,35]。qnr质粒已证实存在于多种革兰阴性菌,包括肺炎克雷伯菌(最先确认菌)、大肠埃希
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中国抗生素杂志2007年4月第32卷第4期
菌、沙门菌、阴沟肠杆菌、变形菌及柠檬酸杆菌等,并分布于美洲、欧洲、亚洲、非洲及澳洲等地区所分离的病原菌中[29,30,36]。中国的上海、安徽、浙江、湖南、广东、香港和台湾等均有Qnr 报道[29,37～42]
。令人关注的是,qnr 质粒常同时携带整合子、转座子与多重耐药基因决定族,特别是与产超广谱β-内酰胺酶(ESBL)的基因相联系,这有助于耐药基因在多类不同药物的选择压力下有效地在同一细菌或不同菌属间水平或垂直传播[29,39]
。此外,已发现同时表达QnrB 和Qnr S 的阴沟肠杆菌(Poirel 等.2006.46th ICAAC .C 1-587)及革兰阳性肠球菌的染色体qnr 类似基因介导的天然耐药性(Arsene 等.2006.46th
ICAAC.C1-585)。3 金葡菌耐药性
金葡菌在全球范围有很高的耐药性发生率,且存在明显的多重耐药性,其相应的治疗选择越来越受限。近年来社区获得耐甲氧西林金葡菌(C A-M RSA)更加重了M RSA 的危害性[43,44]。2006年报道了一主要流行于美国、加拿大及欧洲的多重耐药M RSA 菌株U SA300的全基因序列[45,46],揭示了U SA300存在社区型菌株具有的Panton -Valentine leucocidin (PV L )基因与肠毒素变异基因以及独特的由水平传播获得的可移动基因要素[精胺酸分解代谢移动要素(Arginine catabolic mobile element,ACM E)],表明普遍存在于表葡菌的ACM E 已经整合至M RSA 。US A 300获得的耐药与致病毒性基因无疑增强了该菌的致病力和生存力[45]。M RSA 的进化受到进一步研究[47]。金葡菌碳源分解代谢蛋白Ccp A 影响致病和耐药基因的表达,如CcpA 突变株减低了M RSA 的耐苯唑西林耐药水平[48]。M RSA 的葡萄球菌染色体盒(SCC mec )已分为5型(I ～V )[49],部份由重组酶基因ccrAB 或ccrC 决定,但巳发现缺乏ccrAB 介导的SCC mec 基因切除机制的亚型菌株,这有利于稳定染色体耐药基因[50]
。氯霉素与农用的氟甲砜霉素耐药金葡菌携带的质粒介导的f ex A 或cf r 基因也进一步在动物分离株证实[51]。一σ因子基因(sigB )或葡萄球菌辅助调控子基因(sarA )可影响葡萄球菌天然的多重耐药性如万古霉素耐药性[52]
。葡萄球菌受环丙沙星或水杨酸诱导后的基因表达也在最近报道[53,54],水杨酸可下调药物泵阻遏子基因m grA 及上述sarA 阻遏子基因sarR 的表达[54]。引人关注的是2006年报道的由普拉特链霉菌产生的一种名为platensim ycin 的新抗生素,它的作用靶位是脂肪酸合成中的β-酮酰-酰载体蛋白缩合酶
FabF /B,特异性强,对M RSA 及耐万古霉素肠球菌
有独特的抗菌作用,与其它主要抗菌药物无交叉耐药[55]。这一报道为目前有限的抗菌药物研制注入了活力,因为人类已面临抗菌药物耐药的危机[56],但制药工业界却放弃或减少了对新抗菌药物的研发[57]。同时我们必须面对这样的抗菌药物研发历史,即大部分临床应用的抗菌药物是在1941～1968年间发现的,而过去近40年间仅发现了3种具有新型抗菌作用机制的药物,即口恶唑烷酮类的奈唑酮和脂肽类的达托霉素及上述的pla tensimycin,前两者分别于2000年和2003年在美国批准进入临床应用,用于耐药金葡菌(包括M RSA 或多重耐药株)等革兰阳性球菌感染的治疗[57～
59]
。
4 鲍曼不动杆菌多重耐药性
非发酵革兰阴性条件致病菌如铜绿假单胞菌、嗜麦芽寡养单胞菌及不动杆菌已成为医院感染的重要病原菌,它们对多类化学结构各异的抗菌药物所具有的高度天然与获得耐药性给其抗感染治疗带来了严重困难[1]
。鲍曼不动杆菌耐药性的研究是近期的研究热点之一。该菌明显的多重耐药性可能与该菌广泛存在于自然界如土壤中有关,后者存在的抗菌物质可使该菌在进化过程中具有了多种耐药机制[60]
。作为典型的条件致病菌之一,尤其可致住院患者的严重感染如医院获得性肺炎,而医院环境中抗生素广泛应用及其它消毒防腐剂均可能有助于获得多重耐药性的形成
[1,60]
。
在PubMed 文献库用“Acinetobacter ”和“Resis-tance
”关键词共检索到约1800篇文献(2006年11月29日检索),而约有200篇为近1年内所发表,表明不动杆菌耐药性已备受关注,并为2006年的数篇综述所讨论[61～64]
。中国也有数十篇相关耐药分离株与耐药机制的研究文献。
2006年初报道了鲍曼不动杆菌多重耐药性的比较基因组学研究[65],这一重要结果随即引起学者的关注[66],并为深入系统探讨该菌多重耐药性奠定了基础。所研究的多重耐药株AYE 的基因文库有52个与耐药性相关的基因,其中7个基因也存在于敏感株SDF,但是该多重耐药株具有额外的86kb 的基因区域,含有多达45个耐药基因,被称为“耐药岛”(resis-tance island),这是迄今在细菌所发现的最大耐药基因区域,该区域包括了24个对不同类别抗菌药物和16个对重金属盐或季胺类消毒剂的耐药基因等(表1)。基因序列与系统分类研究比较提示多数耐药基因可能源于铜绿假单胞菌、沙门菌或大肠埃希菌。值得关注的是受
AdeSR 调控的Ade ABC 外排泵系统[1]
仅存在于多重耐药株,并非位于“耐药岛”区域,提示该系统可能·
196·2006年细菌对抗菌药物耐药机制研究进展回顾 李显志等
表1 鲍曼不动杆菌多重耐药株耐药岛的耐药基因*
抗菌药物 耐药基因 编码蛋白与耐药表型
β-内酰胺类bla OXA-10D类β-内酰胺酶,除超广谱头孢菌素以外的β-内酰胺抗生素耐药性bla V EB-1A类β-内酰胺酶,对除碳青霉烯类以外的β-内酰胺抗生素耐药性氨基糖苷类aac3乙酰转移酶,庆大霉素耐药性
aac6′乙酰转移酶,除庆大霉素以外的氨基糖苷耐药性
aa d A1核苷转移酶,链霉素与大观霉素耐药性
aa dD A1核苷转移酶,链霉素与大观霉素耐药性
aa dB核苷转移酶,庆大霉素、卡那霉素与妥布霉素耐药性
ap h A1磷酸转移酶,阿米卡星耐药性
str A磷酸转移酶,链霉素耐药性
strB磷酸转移酶,链霉素耐药性
氯霉素ca t氯霉素乙酰转移酶,氯霉素耐药性
cm lA主要易化因子家族类药物外排泵,氯霉素耐药性
cm lA5主要易化因子家族类药物外排泵,氯霉素耐药性四环素tetA(2个复制数)主要易化因子家族类药物外排泵,四环素耐药性
tetR(2个复制数)主要易化因子家族类Tet外排泵的阻遏子,四环素耐药性利福霉素a rr-2ADP-核糖基化转移酶,利福平耐药性
磺胺类sulI(5个复制数)突变的二氢叶酸合成酶,磺胺药物耐药性
甲氧苄啶dhf rI突变的四氢叶酸还原酶,甲氧苄啶耐药性
dhf rX突变的四氢叶酸还原酶,甲氧苄啶耐药性季胺盐类消毒剂qacEΔ(4个复制数)小多重耐药家族类药物外排泵,季胺盐类等消毒剂耐药性
*:本表资料源于参考文献[1,65,66],另有14个与重金属(砷、汞、铅、钴、镉及锌)盐类耐受性相关基因未列入表中。
至少是获得多重耐药性形成机制之一。敏感株与多重耐药株同时存在adeIJ K等约近40个可能与药物外排系统结构和调控等有关的基因,其中与RN D系统相关的基因24个,这为外排机制的研究提供了重要的信息资料[65],目前尚不了解相关基因编码转运体的底物特异性,需要具体的实验研究以了解基因的表达与功能。检测不同基因组的多种不动杆菌已提示Ade ABC、AdeDE及新报道的AdeX YZ(即AdeIJK)外排泵系统的分布情况[67]。采用转座子技术在不动杆菌(A.baylyi)筛选到与天然耐药性相关的RND外排泵基因[68]。
5 新型β-内酰胺酶
产生β-内酰胺酶是革兰阴性菌耐β-内酰胺抗生素的主要机制,已报道了400种以上的由质粒或染色体编码的β-内酰胺酶,包括传统的OX A、PSE、S H V及T EM型酶与新近发现的酶类型如CTX-M、GES、IM P、KPC、LEN、O KP、PER、V EB及V IM等(http: //w w 9b83a1b450e79b89680203d8ce2f0066f4336473/studies/和http://w ww.pa steur. fr/recherche/g enopole/PF8/betalact-en.h tml)。β-内酰胺酶的命名可参阅文献[69]。耐药菌常可同时表达多种β-内酰胺酶[70],而且日益增多的酶类已从过去主要分布于医院病原菌开始扩散到社区获得感染的病原菌,给β-内酰胺抗生素的应用带来了严重威胁,也导致住院费用与病死率明显提高[63]。
