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大腸埃希菌耐藥及機(jī)制研究進(jìn)展

李佩波、黃永茂

【關(guān)鍵詞】 大腸埃希菌 ; 耐藥

大腸埃希菌 (E.coli) 作為醫(yī)院感染的重要致病菌 ,隨著抗菌藥物的廣泛應(yīng)用, 耐藥菌株往往同時(shí)攜帶氨基糖苷類、喹諾酮類、氯霉素、磺胺類等抗菌藥物耐藥基因,可同時(shí)存在多種耐藥機(jī)制,常呈現(xiàn)多重耐藥的特點(diǎn)[1], 給臨床抗感染治療帶來困難。隨著生物工程技術(shù)的發(fā)展和成熟,檢測技術(shù)的不斷提高,近年來對于大腸埃希菌耐藥機(jī)制有了更深入的認(rèn)識(shí),現(xiàn)將近年的研究進(jìn)展綜述如下。

1 耐藥基因的水平傳播

1.1 整合子

整合子[2]是細(xì)菌的DNA片段,本身無法移動(dòng),常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)座子,接合性質(zhì)粒,噬菌體或細(xì)菌染色體上,共同作為自身移動(dòng)的載體,捕獲并整合耐藥基因,形成巨大的多基因座,并隨細(xì)菌的繁殖復(fù)制到子代DNA中。整合子擁有兩個(gè)功能元件:一個(gè)基因和一個(gè)位于其下游的attC位點(diǎn)。attC位點(diǎn)是一個(gè)不完全的反向重復(fù)序列,并且含有一個(gè)可被整合酶識(shí)別的特異性整合位點(diǎn)。

1.1.1 整合子介導(dǎo)的細(xì)菌多重耐藥表型

整合子介導(dǎo)細(xì)菌耐藥主要是由耐藥基因盒介導(dǎo)。常見的耐藥基因盒所介導(dǎo)的耐藥情況亦有報(bào)道[3~9],見表1。表1 各種常見耐藥基因盒及耐藥情況

1.1.2 轉(zhuǎn)座子

轉(zhuǎn)座子(transposons)是在單個(gè)細(xì)胞基因組內(nèi)可以隨機(jī)移動(dòng)的獨(dú)立DNA序列。轉(zhuǎn)座子可位于質(zhì)粒或染色體上[11] 。按結(jié)構(gòu)特征的不同可分為3類:復(fù)合型轉(zhuǎn)座子(composite transposon) ,Tn 3族轉(zhuǎn)座子(Tn3 family transposon ) 和接合型轉(zhuǎn)座子(conjugative transposon) 。各種轉(zhuǎn)座子可有共同的遺傳標(biāo)記。merA則為轉(zhuǎn)座子Tn21和Tn501共同的遺傳標(biāo)志 tnpA為轉(zhuǎn)座子Tnl、Tn2、Tn3和Tnl000共同的遺傳標(biāo)志,tnpU為轉(zhuǎn)座子Tn1548遺傳標(biāo)志,intTn916/Tn1545基因?yàn)榻雍闲娃D(zhuǎn)座子共同的遺傳標(biāo)記。轉(zhuǎn)座子為跳躍基因,極易在同類生物中橫向傳遞。大量研究表明:轉(zhuǎn)座子在細(xì)菌耐藥機(jī)制中常常作為介導(dǎo)載體,在耐藥基因水平播散上至關(guān)重要。朱健銘[12] 等對多重耐藥的鮑曼不動(dòng)桿菌轉(zhuǎn)座子Tn1548攜帶情況的研究顯示MDR—ABA菌株轉(zhuǎn)座子和整合子遺傳標(biāo)記的高檢出率,提示多重耐藥與細(xì)菌攜帶轉(zhuǎn)座子和整合子有關(guān)。另外,林寧 ,孫海平[13]對多藥耐藥大腸埃希菌整合子、轉(zhuǎn)座子遺傳標(biāo)志研究表明ECO整合子、轉(zhuǎn)座子遺傳標(biāo)志基因(qacE —sul l、merA)高檢出率與高耐藥性相符。

對喹諾酮類藥物的耐藥機(jī)制通常是編碼DNA螺旋酶或拓?fù)涿窱V的染色體基因突變和/或?qū)е滤幬镛D(zhuǎn)運(yùn)改變的突變引起[14]。目前,已有三類質(zhì)粒介導(dǎo)的耐藥決定因子(qnr,aac(6’)-Ib—crqepA)的各種腸桿菌屬報(bào)道[15],在日本發(fā)現(xiàn)了第三類質(zhì)粒介導(dǎo)的喹諾酮類藥物耐藥基因qepA,編碼一個(gè)氟喹諾類藥物的外排泵,其與MFS外排泵家族相似。有關(guān)噬菌體單獨(dú)作用耐藥報(bào)道較少。緣于耐藥基因在種間及不同種屬間的傳播,致使細(xì)菌耐藥呈現(xiàn)多重性,復(fù)雜性,以致新的耐藥株的出現(xiàn)。

2 酶的作用

2.1 修飾酶

氨基糖苷類修飾酶(AMEs按功能可分成氨基糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶(AAC)、氨基糖苷磷酸轉(zhuǎn)移酶(APH)、氨基糖苷核苷轉(zhuǎn)移酶(ANT)3類,目前已發(fā)現(xiàn)的有30余種。在大腸埃希菌中以AAC和ANT常見。氨基糖苷類抗生素修飾酶作用于特定的氨基或羥基,從而使氨基糖苷類抗生素與核糖體結(jié)合不緊密,促進(jìn)藥物攝取的能量依賴期-Ⅱ(energy-dependent phase Ⅱ,EDP-Ⅱ)也被阻斷,進(jìn)而使抗生素發(fā)生鈍化,降低或喪失對靶位核糖體的親和力,使細(xì)菌對氨基糖苷類抗生素產(chǎn)生耐藥。國外E. Karisik等在攜帶CTX-M-15的大腸埃希菌質(zhì)粒上同時(shí)也發(fā)現(xiàn)有blaTEM-1、blaOXA-1, aac(6')-Ⅰb-cr, aac3-Ⅱa。Patterson等[16]認(rèn)為氨基糖苷類修飾酶基因與ESBLs基因可存在同一整合子上,而表現(xiàn)出多重耐藥。有研究表明在產(chǎn)CTX-M-15和OXA-1的大腸埃希菌中發(fā)現(xiàn)帶有aac(6')-Ⅰb-cr-blaOXA-1的基因盒。

16S rRNA甲基化酶是由抗生素產(chǎn)生菌產(chǎn)生的,其作用機(jī)制是對16S rRNA上抗生素的結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行甲基化修飾。例如,氨基糖苷類藥物結(jié)合在原核生物30S核糖體亞基16S rRNA上A位點(diǎn)的一個(gè)高度保守基元內(nèi),引起核糖體功能的改變,導(dǎo)致細(xì)菌蛋白合成過程中轉(zhuǎn)錄錯(cuò)誤和移位抑制[17~18] 。16S rRNA 甲基化酶則通過甲基化16S rRNA A位點(diǎn)的某個(gè)或某幾個(gè)堿基,使氨基糖苷類藥物不能與其作用靶點(diǎn)相接合,從而導(dǎo)致細(xì)菌耐藥。目前,已從多個(gè)國家和地區(qū)及多種革蘭氏陰性桿菌中檢測到編碼這種酶的基因,包括rmtA、rmtB、rmtC、rmtD和armA[19-20]。

2.2 β-內(nèi)酰胺酶

近來被世人廣為關(guān)注的“超級(jí)細(xì)菌”[21] 被命名為新德里金屬蛋白酶-1(NDM-1)是β-內(nèi)酰胺酶中的金屬酶系列中的一種,實(shí)際上是一種抗藥基因,具有強(qiáng)大的抗藥性,能水解絕大多數(shù)抗生素,包括四代頭孢和碳青霉烯類,該基因可嵌入其他種類病菌并相互傳播蔓延,其中大腸埃希菌就為其中的一員。

隨著抗菌藥物的廣泛使用,革蘭陰性菌相繼產(chǎn)生超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(ESBIs) 和 AmpC β-內(nèi)酰胺酶。ESBLs分屬為Bush 2be型,Ambler A類酶,其水解底物包括青霉素類,第一,二,三帶頭孢菌素(部分酶可以水解第四代頭孢菌素)。CTXM(以高度水解頭孢噻肟為特征)已成為國內(nèi)外流行最廣的ESBLs[22] 。種系發(fā)生研究表明,CTXM 族可分為4組:第1組包括CTXM1 和CTXM15 等;第2 組包括CTXM2和CTXM4等;第3組為CTXM9和CTXM13等;第4組CTXM8。國內(nèi)關(guān)于ESACs的報(bào)道始于2005年,管希周等 首先發(fā)現(xiàn)了同時(shí)產(chǎn)DHA1型AmpC和SHV12型ESBLs的肺炎克雷伯菌。

AmpC酶是一種新型C類b-內(nèi)酰胺酶,此類酶對第一至第三代頭孢菌素、頭霉素、氨曲南耐藥,外膜蛋白丟失的菌株甚至出現(xiàn)對碳青霉烯類的耐藥。AmpC酶分為染色體介導(dǎo)和質(zhì)粒介導(dǎo)兩類。染色體介導(dǎo)機(jī)制包括:(1) ampC基因的拷貝數(shù)增加;(2) 衰減子區(qū)域序列突變導(dǎo)致ampC基因轉(zhuǎn)錄增加;(3) 獲得的插入序列中含有強(qiáng)啟動(dòng)子。目前很多質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC酶在世界各地陸續(xù)被報(bào)道,且質(zhì)粒AmpC酶不需誘導(dǎo)便可持續(xù)大量表達(dá),并能夠在不同細(xì)菌中播散,并導(dǎo)致多重耐藥性的產(chǎn)生。在對同時(shí)攜帶ampC及ESBLs基因的質(zhì)粒研究中發(fā)現(xiàn)有些質(zhì)粒上存在著一種“耐藥基因盒一sul l型整合子”結(jié)構(gòu)[16]。存在產(chǎn)ESBLs和質(zhì)粒型AmpC酶(超超廣譜β-內(nèi)酰胺酶,extra-extended-spectrum-β-lactamase,SSBL)[23]的耐藥菌株,導(dǎo)致菌株產(chǎn)生多重耐藥性[24]。

3 非特異性耐藥機(jī)制

對于細(xì)菌非特異性耐藥機(jī)制比較清楚,近年來較少新的報(bào)道,值得一提的是細(xì)菌的外排系統(tǒng)。大腸埃希菌是已發(fā)現(xiàn)的主動(dòng)外排泵最多的一種細(xì)菌,RND中的AcrABTolC 蛋白是大腸埃希菌多藥耐藥外排系統(tǒng)中目前研究比較清楚的一種細(xì)菌外排泵。研究表明用基因敲除技術(shù)人工去除acrAB或tolC基因后,大腸埃希菌的敏感性明顯增加[25]。近年來對于大腸埃希菌外排泵抑制劑研究有了新的發(fā)現(xiàn),globomycin能抑制LspA致使不能形成成熟的AcrA。文獻(xiàn)報(bào)道75umol/L globomycin能夠使表達(dá)AcrABTolC的產(chǎn)氣腸桿菌的氯霉素MIC降低至原值的1/4, PaβN 100umol/L,MIC降低至原值的1/8 。對細(xì)菌多重耐藥外排泵抑制劑的研究發(fā)現(xiàn),以阻斷外排泵能量來源為機(jī)制的外排泵抑制劑主要針對質(zhì)子動(dòng)力勢[26]。羰酰氰間氯苯腙(carbonylcyanidem-chlorophenyl hydrazone,CCCP),作為外排泵抑制劑對大腸埃希菌AcrAB和AcrEF,產(chǎn)氣腸桿菌AcrABTolC,空腸彎曲桿菌CmeABC)等均有抑制作用。

綜上所述,大腸埃希菌耐藥是一個(gè)多環(huán)節(jié)多機(jī)制的復(fù)雜過程,常常出現(xiàn)多種機(jī)制協(xié)同作用的現(xiàn)象,同一種耐藥菌可以用不同的耐藥機(jī)制對不同的抗菌藥物耐藥,甚至一株細(xì)菌可用多種耐藥機(jī)制對一種抗菌藥物形成高度耐藥。故應(yīng)對細(xì)菌的耐藥譜及耐藥機(jī)制進(jìn)行監(jiān)測,以指導(dǎo)臨床合理用藥。同時(shí),應(yīng)注意各類抗生素使用的合理劑量,避免在抗生素的高選擇壓力下出現(xiàn)更多的耐藥機(jī)制。

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