鲍曼不动杆菌对主要抗菌药物耐药机制概要.doc

抗菌药物临床试验专栏Special Colu mn of ClinicalTrial of Antibacterial D rugs 鲍曼不动杆菌对主要抗菌药物耐药机制M echan is m s of resist ance to selected an ti b i oti cs i n A cinetobacter baum ann ii马序竹,吕媛(北京大学第一医院临床药理研究所,北京100034MA Xu-zhu,LYuan(Institute of C linical Phar m acology, F irst Hospital Peking U niversity,B ei2 jing100034,Ch ina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Tel:(01082802315E-mail:ly5275s 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;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(200901-0090-05Abstract:Recently the clinician were challenged for infecti ons due t o multidrug-resistance A cinetobacter baum annii,even pandrug resist2 ance.This revie w e mphasizes on the mechanis m s of resistance t o selected antibi otics in A cinetobacter baum annii.Key words:A cinetobacter baum annii;resistance mechanis m;-lacta2 mases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对内酰胺类抗菌药物的耐药机制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内酰胺环,故统称为内酰胺类抗菌药物。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-binding p r o2 teins,P BPs结合,从而影响细菌的形态和功能,导致细菌死亡。鲍曼不动杆菌对内酰胺类抗菌药物的耐药机制主要有如下同几点:产生水解酶(内酰胺酶,以水解和非水解的方式破坏抗菌药物内酰胺环,使抗菌药物失活;改变P BPs,使抗菌药物失效;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;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内酰胺酶的产生机制上,按Am2 bler分子分类,分为A、B、C、D4类酶。在所有的内酰胺酶中,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(Am2 bler D类和金属内酰胺酶(Ambler B类。1.1A类的内酰胺酶对A类的内酰胺酶的研究,主要对A类中超广谱内酰胺酶Vol.25No.1Jan.2009(Serial No.117(extended-s pectrum-beta-lacta mases,ES BL s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,也被分离到。它通常由质粒介导,可使细菌对青霉素和第13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ES BL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。blaV EB-1被发现为类整合子来源,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IS2 Pa12,这段插入序列,可能同提高其表达相2。PER-1型ES BL在法国、土耳其、比利时、韩国和美国均有报道。产PER-1型ES BL鲍曼不动杆菌,高水平耐青霉素和广谱头孢菌素(头孢他啶M I C256gmL-1、头孢吡肟M I C32gmL-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ES BL s,包括SHV-12型、TE M-116型、TE M-92型、CTX-M-2型、CTX-M-43型ES BL。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ES BL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类内酰胺酶,如TE M-1、TE M-2,在鲍曼不动杆菌中也比较常见。1.2B类的内酰胺酶金属内酰胺酶(m etall o-beta-lactam ases, MBL s属于B类内酰胺酶,尽管MBL s的分离率,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101000倍,能够水解除氨曲南之外的所有内酰胺类抗菌药物类。根据氨基酸的同源性不同,BU SH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MBL s,主要为I M P型、V I M型和S I M型。一些地区分离的鲍曼不动杆菌菌株,可同时产OXA和MBL s。绝大多数MBL s基因位于类整合子中,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I M P型MBL s,现在世界范围不同地区均有报道。在鲍曼不动杆菌中,I M P型MBL s并不是主要流行的碳青霉烯酶,目前已报道的有I M P-1、I M P-2、I M P-4、I M P-5、I M P-6、I M P-11及I M P-12。由I M P 型MBL s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,菌株分离自巴西。Ver ona integr on-encoded MBL(V I M-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V I M-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,Seoul i m i pene mase(SI M-1。SI M-1是B1亚型成员,广谱SI M-1型MBL同I M P-12型MBL氨基酸序列,存在69%同源性;同I M P-9型MBL,存在64%同源性。这一基因学证据提示, blaS I M-1基因盒可能起源于Pseudo m onas A lcaligenesI n55044超级整合子。1.3C类的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am pC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the A cinetobacter-derived cephal os porinases (ADC13。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I SA ba114。ISA ba1的表达,同增加AmpC基因的表达相关,介导临床分离的鲍曼不动杆菌,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,是很多临床分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。1.4D类的内酰胺酶D类内酰胺酶即OXA酶,它对苯唑西林水解活性很强。一些OXA s(特别是OXA型ES BL s可以水解广谱头孢菌素。最令人忧虑的是,大部分OXA 型内酰胺酶,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,来自于苏格兰临床分离的鲍曼不动杆菌,为质粒编码,可以转移,起初被命名为AR I-1(acinetobacter resistant t o i m i2 pene m,现统称为OXA-2315。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I SA ba1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(Ade ABC的过表达,对碳青霉烯类的敏感性仍影响很小。1.5OMP和P BPs改变明确鲍曼不动杆菌的外膜孔蛋白(OM Ps的数量、分布,对于精确地比较OM Ps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OM Ps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-K D aOM Ps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-K D aOM Ps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Op r D(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Car O、29-K Da OMP(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。P BP-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(the maj or facilitat or superfa m ily,MFS;ATP结合盒超家族(ATP binding cassette,ABC;小多药耐药超家族(the s mall multidrug resistace superfa m ily,S MR;多药及毒物复合物外排超家族(the multidrug and t oxic compound extrusi on super2 fa m ily以及耐药结节细胞分化家族(the resistance-nodulati on-cell divsi on fa m ily,RND。在鲍曼不动杆菌中,Ade ABC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。Ade ABC 由3部分构成:Ade B形成跨膜部分、Ade A形成内膜结合蛋白、AdeC形成外膜孔蛋白。Ade ABC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Ade M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Ade ABC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(a m inoglycoside-modifying-en2 zy mes AMEs,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,通常位于类整合子中。Turt on等人28从伊拉克冲突受伤的士兵及平民中,分离的耐氨基糖苷类抗菌药物的鲍曼不动杆菌中,分离到编码AMEs的aacC1、aadA1a,aadB,aac A4和aadA1基因。欧洲各国分离的鲍曼不动杆菌,存在aphA1、aphA6、aacC1、aacC2、aac A4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16Sr RNA甲基化酶(A r mA,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。a r mA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,Vol.25No.1Jan.2009(Serial No.117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,gyr A的突变主要发生在Ser -83Leu,par C突变发生于Ser-80Leu32。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Tet A和Tet B转座子介导的外排泵,Tet B作用于四环素及米诺环素的外排泵;而Tet A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,tet M和tet O基因介导这一机制。tet M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tet M,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t RNA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,这种酶在临床分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,对绝大多数临床分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表明,至少部分归咎于外排泵系统。Ruzin等人37的研究结果显示,Ade ABC外排泵在鲍曼不动杆菌对替加环素耐药方面发挥了作用。ade2 AB C基因的过表达,使不动杆菌的M I C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年首次分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,U rban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(Heter oresistance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。参考文献:1Naas T,Bogaerts P,Bauraing C,et al.Emergence of PER and VEBextended-s pectrum betalactamases in A cinetobacter baum annii in Bel2 giumJ.J Anti m icrob Che m other,2006;58:178182.2Poirel L,Cabanne L,Marque S,et al.Genetic envir onment and ex2p ressi on of the extended-s pectrum beta-lacta mase 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