鲍曼不动杆菌对主要抗菌药物耐药机制概要.docx

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鲍曼不动杆菌对主要抗菌药物耐药机制概要

抗菌药物

临床试验专栏

SpecialColumnofClinical

TrialofAntibacterialDrugs鲍曼不动杆菌对主要抗菌药物耐药机制

MechanismsofresistancetoselectedantibioticsinAcinetobacterbaumannii

马序竹,吕　媛

（北京大学第一医院临床药理研究所,北京　100034

MAXu-zhu,LΒYuan

（InstituteofClinicalPharmacology,FirstHospitalPekingUniversity,Bei2jing100034,China

收稿日期:

2008-11-28

修回日期:

2008-12-25

基金项目:

国家十一五课题基金资助项目（编号待下

作者简介:

马序竹（1977-,女,博士,主治医师,主要从事抗感染化疗及细菌耐药

机制研究

通讯作者:

吕媛,副研究员,硕士生导师

（010********

E-mail:

ly5275@sohu摘要:

　近年来,鲍曼不动杆菌感染日益增多,并呈现多重耐药甚至是泛耐药趋势。

本文就鲍曼不动杆菌对临床主要使用的抗菌药物的耐药机制研究进展做一综述。

关键词:

鲍曼不动杆菌;耐药机制;β内酰胺酶

中图分类号:

R969.3;R978.1　　　文献标识码:

A

文章编号:

1001-6821（200901-0090-05

Abstract:

　Recentlytheclinicianwerechallengedforinfectionsduetomultidrug-resistanceAcinetobacterbaumannii,evenpandrugresist2ance.ThisreviewemphasizesonthemechanismsofresistancetoselectedantibioticsinAcinetobacterbaumannii.

Keywords:

Acinetobacterbaumannii;resistancemechanism;β-lacta2mases

鲍曼不动杆菌是医院感染的重要条件致病菌。

近年来,国内外多项研究显示,鲍曼不动杆菌感染日益增多,并且呈现多重耐药现象,已引起临床医生、微生物工作者以及行政管理部门的高度关注。

本文就鲍曼不动杆菌对临床主要使用抗菌药物的耐药机制研究进展情况进行综述。

1　对β内酰胺类抗菌药物的耐药机制

β内酰胺类抗菌药物是临床最常使用的一类抗菌药物,包括:

青霉素类、头孢菌素类、单环类以及碳青霉烯类等,因其化学结构中都有β内酰胺环,故统称为β内酰胺类抗菌药物。

这类药物主要抗菌作用机制为同细菌细胞膜青霉素结合蛋白（penicillin-bindingpro2teins,PBPs结合,从而影响细菌的形态和功能,导致细菌死亡。

鲍曼不动杆菌对β内酰胺类抗菌药物的耐药机制主要有如下同几点:

①产生水解酶（β内酰胺酶,以水解和非水解的方式破坏抗菌药物β内酰胺环,使抗菌药物失活;②改变PBPs,使抗菌药物失效;

③改变自身结构及孔蛋白数量,使细菌外膜对抗菌药物通透性下降;

④外排泵活性增强,使得抗菌药物浓度在细菌体内进一步下降。

目前,多数研究均主要集中在β内酰胺酶的产生机制上,按Am2bler分子分类,分为A、B、C、D4类酶。

在所有的β内酰胺酶中,那些具有水解碳青霉烯活性的酶最受关注,包括丝氨酸苯唑西林酶（Am2blerD类和金属β内酰胺酶（AmblerB类。

1.1　A类的β内酰胺酶

对A类的β内酰胺酶的研究,主要对A类中超广谱β内酰胺酶

（extended-spectrum-beta-lactamases,ESBLs的研究,这类酶是肠杆菌科细菌（特别是肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌对广谱头孢菌素产生耐药机制的最主要原因;其在鲍曼不动杆菌中,也被别离到。

它通常由质粒介导,可使细菌对青霉素和第1~3代头孢菌素以及单环菌素耐药;但对头霉素、碳青霉烯及酶抑制剂敏感。

近来VEB-1型ESBL被关注较多,因其在法国医院内,爆发流行;在比利时和阿根庭,也有报道[1]。

blaVEB-1被发现为Ⅰ类整合子来源,染色体编码,在其上游存在插入序列IS26。

blaPER-1既可为质粒编码又可为染色体编码,在上游也有插入序列IS2Pa12,这段插入序列,可能同提高其表达相[2]。

PER-1型ESBL在法国、土耳其、比利时、韩国和美国均有报道。

产PER-1型ESBL鲍曼不动杆菌,高水平耐青霉素和广谱头孢菌素（头孢他啶MIC256μg・mL-1、头孢吡肟MIC32μg・mL-1;但对碳青霉烯仍敏感。

PER-2在阿根庭有报道[3]。

其他在鲍曼不动杆菌中,发现的ESBLs,包括SHV-12型、TEM-116型、TEM-92型、CTX-M-2型、CTX-M-43型ESBL。

blaCTX-M更常见于肠杆菌科细菌中,在鲍曼不动杆菌中亦有报道。

CTX-M-2型ESBL对头孢噻肟和头孢曲松水解活性高,日本某神经外科病房,曾经发现其爆发流行[4]。

窄谱A类β内酰胺酶,如TEM-1、TEM-2,在鲍曼不动杆菌中也比较常见。

1.2　B类的β内酰胺酶

金属β内酰胺酶（metallo-beta-lactamases,MBLs属于B类β内酰胺酶,尽管MBLs的别离率,没有OXA型碳青霉烯酶高,但其对碳青霉烯类抗菌药物的水解活性,是后者10~1000倍,能够水解除氨曲南之外的所有β内酰胺类抗菌药物类。

根据氨基酸的同源性不同,BUSH将金属酶分成3组结构亚型:

B1、B2、B3。

此类酶在参与催化反应时,在活性位点上需要金属离子,通常为锌离子,因此被称为金属酶[5-6]。

在鲍曼不动杆菌中的MBLs,主要为IMP型、VIM型和SIM型。

一些地区别离的鲍曼不动杆菌菌株,可同时产OXA和MBLs。

绝大多数MBLs基因位于Ⅰ类整合子中,通常包括一系列的耐药基因盒,特别是编码氨基糖苷类耐药酶的基因。

1988年,日本学者[7]首次在铜绿假单胞菌中,发现IMP型MBLs,现在世界范围不同地区均有报道。

在鲍曼不动杆菌中,IMP型MBLs并不是主要流行的碳青霉烯酶,目前已报道的有IMP-1、IMP-2、IMP

-4、IMP-5、IMP-6、IMP-11及IMP-12。

由IMP型MBLs介导的碳青霉烯耐药,在韩国以及太平洋沿岸国家成为严重问题[8]。

在美国,仅有1篇报道[9]鲍曼不动杆菌产MBL;但该产MBL鲍曼不动杆菌,菌株别离自巴西。

Veronaintegron-encodedMBL（VIM-1于1997年在意大利首次被确认[10]于1株铜绿假单胞菌中;对VIM-2型MBL的报道[11],仅出现在韩国。

新近,在韩国又有一种新型鲍曼不动杆菌产MBL被报道[12],Seoulimipenemase（SIM-1。

SIM-1是B1亚型成员,广谱SIM-1型MBL同IMP-12型MBL氨基酸序列,存在69%同源性;同IMP-9型MBL,存在64%同源性。

这一基因学证据提示,blaSIM-1基因盒可能起源于PseudomonasAlcaligenes

In55044超级整合子。

1.3　C类的β内酰胺酶

对所有的鲍曼不动杆菌而言,天然固有的存在染色体编码的AmpC头孢菌素酶。

基因序列分析发现,不动杆菌属染色体编码ampC基因,比较其他种属细菌,彼此亲缘关系更近,更似来源于同一祖先,因此也称为theAcinetobacter-derivedcephalosporinases（ADC[13]。

不同于其他革兰阴性菌,鲍曼不动杆菌中的染色体编码AmpC酶,不存在诱导性表达。

在鲍曼不动杆菌中,调节此酶基因过表达的是上游的插入序列ISAba1[14]。

ISAba1的表达,同增加AmpC基因的表达相关,介导临床别离的鲍曼不动杆菌,对广谱青霉素类及头孢菌素类耐药;但对碳青霉烯类及头孢吡肟仍敏感,是很多临床别离鲍曼不动杆菌菌株对头孢他啶耐药原因。

迄今,在Genbank中,可检索到28种blaADC基因。

1.4　D类的β内酰胺酶

D类β内酰胺酶即OXA酶,它对苯唑西林水解活性很强。

一些OXAs（特别是OXA型ESBLs可以水解广谱头孢菌素。

最令人忧虑的是,大部分OXA型β内酰胺酶,可使碳青霉烯类抗菌药物失活。

1985年,第1个OXA型碳青霉烯酶被鉴定发现,来自于苏格兰临床别离的鲍曼不动杆菌,为质粒编码,可以转移,起初被命名为ARI-1（acinetobacterresistanttoimi2penem,现统称为OXA-23[15]。

三型OXA:

OXA-21、OXA-37和OXA-20。

不具有碳青霉烯酶活性,编码它们的基因,均位于整合子中。

近年来,OXA型β内酰胺酶相关联的碳青霉烯类耐药研究持续增加。

它们同院内鲍曼不动杆菌的爆发流行以及患者的死亡率相关。

OXA-27和OXA-49编码基因,因同blaOXA-23相近,与OXA-23归

为一组;另外,2个编码具有水解碳青霉烯活性的OXA型酶基因为blaOXA-24-like（编码OXA-24,-25,-26,and-40型以及blaOXA-58-like碳青霉烯酶基因。

OXA-24组酶的氨基酸同源性,同OXA-23组比较<60%,因此另成一组。

最近,OXA-24的晶体结构被描述[16],为进一步研究针对该群碳青霉烯酶的药物研发提供了重要的理论基础。

同blaOXA-23相似,blaOXA-58也通常为质粒介导[17],在法国、英国、阿根亭、西班牙、土耳其、罗马尼亚、澳大利亚、雅典、苏格兰和科威特都有分布[18]。

blaOXA-51-like基因,是唯一鲍曼不动杆菌天然携带的基因,编码OXA-51,-64,-65,-66,-68,-69,-70,-71,-78,-79,-80,以及-82型,基因位于染色体上。

此组OXA酶介导细菌对碳青霉烯类抗菌药物耐药,有赖于ISAba1的存在[19]。

研究显示[20],在缺乏该插入序列时,即使有多药外排泵（AdeABC的过表达,对碳青霉烯类的敏感性仍影响很小。

1.5　OMP和PBPs改变

明确鲍曼不动杆菌的外膜孔蛋白（OMPs的数量、分布,对于精确地比较OMPs的缺失,从而明确鲍曼不动杆菌耐药机制具有特别重要的意义;但是却很难实现。

现有的实验室研究,在观察OMPs的数量上报道存在差异。

总体来说,目前人们对鲍曼不动杆菌的外膜孔蛋白知之甚少。

一项调查[21]纽约多重耐药鲍曼不动杆菌的流行情况研究显示,其中对碳青霉烯类抗菌药物耐药的菌株,在37-、44-、47-KDaOMPs表达下降;而C类头孢菌素酶表达增加。

与此类似,马德里的一项研究[22]显示,在碳青霉烯耐药的菌株中,22-、33-KDaOMPs表达缺失并产OXA-24。

最近,在鲍曼不动杆菌中,一种43-Kda蛋白,被确认为OprD（一种在耐亚胺培南的铜绿假单胞菌中被研究较为深入的孔蛋白类似物[23]。

另一个通道结构CarO、29-KDaOMP（参与鲍曼不动杆菌对亚胺培南和美罗培南耐药也被研究较多,其缺失同亚胺培南和美罗培南耐药相关[24]。

PBP-2表达下降,可能也是对碳青霉烯耐药鲍曼不动杆菌耐药机制的一种[25]。

值得注意的是,所有这些OMPs缺失的研究中,菌株都同时产β内酰胺酶,说明在对同一类抗菌药物耐药上,可能多种机制共同参与。

1.6　外排泵

在细菌对抗菌药物耐药的机制中,外排泵是一个独特的现象:

单一的机制即可导致细菌对几种不同类别的抗菌药物耐药。

这些不同成分的泵以及孔蛋白的改变,帮助细菌细胞抵御各种毒性物质,包括抗菌药物。

广泛地分布于不同细菌属的不同外排泵家族已经被确定:

主要易化子超家族（themajorfacilitatorsuperfamily,MFS;ATP结合盒超家族（ATPbindingcassette,ABC;小多药耐药超家族（thesmallmultidrugresistacesuperfamily,SMR;多药及毒物复合物外排超家族（themultidrugandtoxiccompoundextrusionsuper2family以及耐药结节细胞分化家族（theresistance-nodulation-celldivsionfamily,RND。

在鲍曼不动杆菌中,AdeABC和RND家族成员,是目前主要研究内容,它能够泵出氨基糖苷类、头孢他啶、替加环素、氯霉素、甲氧苄氨嘧啶和喹诺酮类抗菌药物。

AdeABC由3部分构成:

AdeB形成跨膜部分、AdeA形成内膜结合蛋白、AdeC形成外膜孔蛋白。

AdeABC为染色体编码,正常情况下,受一个双成分系统调节,AdeS及AdeR。

adeR或adeS基因单点突变,导致表达增加,使得外排作用增强[26]。

最近,另一个从鲍曼不动杆菌发现的多药外排泵AdeM被确定,属于多药及毒物复合物外排超家族;但它的抗菌药物低物谱,仅限于喹诺酮类抗菌药物[27]。

2　对氨基糖苷类抗菌药物耐药机制

除上述谈到的AdeABC多药外排泵机制外,鲍曼不动杆菌对氨基糖苷类抗菌药物的耐药机制,主要为产生氨基糖苷修饰酶（aminoglycoside-modifying-en2zymesAMEs,包括:

乙酰转移酶（AAC、磷酸转移酶（APH和核苷转移酶（ANT。

如上述,编码这些酶的基因,通常位于Ⅰ类整合子中。

Turton等人[28]从伊拉克冲突受伤的士兵及平民中,别离的耐氨基糖苷类抗菌药物的鲍曼不动杆菌中,别离到编码AMEs的aacC1、aadA1a,aadB,aacA4和aadA1基因。

欧洲各国别离的鲍曼不动杆菌,存在aphA1、aphA6、aacC1、aacC2、aacA4和aadB基因[29]。

最近,日本学者[30]在耐阿米卡星的鲍曼不动杆菌中,发现了一种新型AME,编码基因aac（6’-Iad。

目前,在鲍曼不动杆菌中,尚未发现可以同时修饰一种以上氨基糖苷类抗菌药物的AME。

鲍曼不动杆菌产16SrRNA甲基化酶（ArmA,近期在中国、日本、韩国、美国被研究,其耐药机制是使氨基糖苷类抗菌药物同细菌的结合力下降,此酶介导的耐药,可导致临床常用的庆大霉素、妥布霉素及阿米卡星耐药[31]。

armA为质粒来源,或位于转座子（Tn1548内。

3　对喹诺酮类抗菌药物耐药机制

鲍曼不动杆菌对喹诺酮类抗菌药物的主要机制,

是通过在喹诺酮耐药决定簇的突变对DNA螺旋酶进行修饰。

这些变化使得喹诺酮类抗菌药物同酶-DNA复合物亲和力降低,gyrA的突变主要发生在Ser-83→Leu,parC突变发生于Ser-80→Leu[32]。

次要机制包括外排泵系统,使得细胞内药物浓度下降。

一些喹诺酮类抗菌药物,如加替沙星、左氧沙星、吉米沙星、莫西沙星、克林沙星、曲伐沙星,在对鲍曼不动杆菌的抗菌强度上,显示了略优于环丙沙星的状况,其原因尚未见报道。

4　对四环素类及甘氨环素抗菌药物的耐药机制目前对四环素类抗菌药物的耐药机制研究主要有2方面,其一:

由TetA和TetB转座子介导的外排泵,TetB作用于四环素及米诺环素的外排泵;而TetA为仅作用于四环素的外排泵[33]。

其二是对核糖体的保护性,它保护核糖体免受四环素、多西环素及米诺环素的作用,tetM和tetO基因介导这一机制。

tetM基因在鲍曼不动杆菌中较为少见,它与在金黄色葡萄球菌中发现的tetM,100%同源[34]。

替加环素（tigecycline是92叔丁基甘氨酰胺米诺环素衍生物,为第1个甘氨环素类抗菌药物,于1995年6月,得到美国FDA批准上市。

与米诺环素相同,替加环素与细菌30S核糖体结合,阻断tRNA的进入,通过终止氨基酸进入肽链,最终阻止蛋白合成;但对四环素类的新品种替加环素,上述2种机制均不起作用。

因为替加环素是TetX（一种质粒产生的四羟酮醇依赖的单氧化酶的作用底物,这种酶在临床别离的鲍曼不动杆菌中,尚未发现[35]。

目前,替加环素在体外研究中,对绝大多数临床别离鲍曼不动杆菌株敏感[36]。

关于替加环素的耐药机制现有资料说明,至少部分归咎于外排泵系统。

Ruzin等人[37]的研究结果显示,AdeABC外排泵在鲍曼不动杆菌对替加环素耐药方面发挥了作用。

ade2ABC基因的过表达,使不动杆菌的MIC值提高了3倍。

5　对多粘菌素耐药机制

多粘菌素B和多粘菌素E（黏菌素、静脉用多粘菌素E甲磺酸钠是1947年首次别离成功的肽类抗菌药物,目前被越来越多的作为治疗多药耐药鲍曼不动杆菌感染的“最后一道防线”。

不幸的是,已有对黏菌素耐药的鲍曼不动杆菌报道。

2001年,Urban等人[38]报道了1例多粘菌素B耐药鲍曼不动杆菌。

异质性耐药（Heteroresistance成为鲍曼不动杆菌耐药性发展的突出问题。

因此在临床开始使用黏菌素治疗后,就应对此问题进行评估和监测。

对黏菌素的耐药机制,可能是鲍曼不动杆菌脂多糖的变异（酸化、酰化或存在抗原干扰抗菌药物同细菌细胞膜结合。

随着黏菌素的应用量增加,细菌对其的耐药报道可能增加。

鲍曼不动杆菌的耐药机制是一个非常复杂的问题,需进一步研究。

有同样耐药表型的菌株,往往存在不同的耐药机制。

了解鲍曼不动杆菌多重耐药机制,有助于耐药菌株的快速诊断,可以进一步指导临床合理使用抗菌药物,控制多重耐药,甚至是泛耐药菌株的流行,同时为新药的开发和评价提供帮助。

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