氨基糖苷类药物抗需氧革兰氏阴性菌的抗菌活性

氨基糖苷类药物抗需氧革兰氏阴性菌的抗菌活性

氨基糖苷类抗生素对各种革兰氏阴性细菌有很强的杀菌效果，其杀菌活性在很大程度上与药物浓度成正比。该类药物还对铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯氏菌、大肠埃希氏菌等常见革兰氏阴性杆菌有较长时间的抗生素后效应(PAE)。动物实验资料发现,庆大霉素、妥布霉素、奈替米星对铜绿假单胞菌的PAE可达5~8h,对大肠埃氏希菌达2~3h。因此,尽管近年来各种新的头孢菌素类和氟喹诺酮类在临床上广泛应用,氨基糖苷类仍是国内外临床上常用的药物之一。氨基糖苷类主要作用于细菌体内的核糖体,抑制细菌蛋白质的合成,并破坏细菌细胞膜的完整性。细菌对氨基糖苷类可呈固有的或获得性耐药。随着临床上氨基糖苷类抗生素的广泛使用,细菌对该类抗生素产生不同程度的耐药。并且,不同地区不同时间的氨基糖苷类抗生素耐药情况亦不相同。北京大学临床药理研究所对北京地区1995~1997年临床分离出的菌株进行调查,研究显示,临床分离株对卡那霉素的耐药率最高(36.8%),其次是新霉素(31.6%),再次为庆大霉素(25.3%),阿米卡星的耐药率最低,为5.5%。并且耐药率有逐年上升的趋势。另外,不同细菌对抗生素的耐药率亦不同,如不动杆菌、大肠埃希氏菌对庆大霉素的耐药率最高,铜绿假单胞菌对妥布霉素的耐药率最高。近年来,随着革兰氏阴性杆菌中超广谱β-内酰胺酶(ESBL)的出现,多数产ESBL的菌株同时表现出对氨基糖苷类耐药(耐药率为妥布霉素>庆大霉素>阿米卡星),且其耐药基因多与超广谱β-内酰胺酶(ESBL)基因通过同一质粒转导。细菌对氨基糖苷类抗生素产生耐药的机制主要通过三个方面。1细胞外膜的转运细胞壁通透性改变或细胞内转运异常,导致药物摄取与积累的减少,从而导致细菌耐药。药物摄取的减少主要是由于膜的通透性减低引起的,这在假单胞菌属及其它一些非发酵革兰氏阴性杆菌中较为常见。链霉素对铜绿假单胞菌无抗菌活性就是由于该药不能与假单胞菌的细胞外膜结合,因而限制了该药进入细胞。一般的需氧革兰氏阴性菌也具有适应性耐药现象,在氨基糖苷类抗生素作用下,细菌厌氧呼吸途径的基因调节膜蛋白的变化可能是这一现象的原因,因其为细菌固有特性,影响到所有氨基糖苷类抗生素,导致中度耐药性。因此,这点在临床上非常重要。药物的缺损转运亦可导致耐药。氨基糖苷类抗生素通过寡肽系统转运至细胞内,转运是导致自发耐药出现的主要因素。寡肽结合蛋白(Oligopeptidebindingprotein,OppA)是寡肽转运系统的重要组分,如大肠埃希氏菌耐卡那霉素突变株的OppA数目明显减少,有的突变株甚至不含OppA。另外,某些细菌细胞膜存在由Tet膜蛋白介导的能量依赖性泵出系统,使细菌体内药物量不断减少,从而导致耐药。2rna基因型耐药机制氨基糖苷类抗生素的结合点在核糖体RNA(rRNA)上,而核糖体是编码蛋白质的中枢,是经过周密保护的。通过作用靶位改变,使抗生素进入细菌后不能与之结合而发挥作用,这种情况较少见。但rRNA特定的突变却是造成链霉素耐药性的一个原因。例如,某些肠球菌属的突变株可引起靶位的改变而对链霉素高度耐药,但通常与庆大霉素、卡那霉素、妥布霉素等之间无交叉耐药性。由这种机制引起的耐药亦可发生于结核杆菌,但很少发生于其他细菌。然而,最近有研究发现,大肠埃希氏菌中编码16SrRNA的基因发生突变,从而导致细菌对氨基糖苷类中的一些抗生素耐药。该类抗生素通常具有4,5-或4,6-双取代基团,主要包括新霉素、巴龙霉素、核糖霉素以及庆大霉素、卡那霉素。而这种突变可在革兰氏阴性菌中通过质粒传播,造成广泛耐药。3氨基糖苷类耐药菌氨基糖苷类钝化酶的产生是临床菌株对氨基糖苷类抗生素产生耐药性的最重要原因。氨基糖苷类抗生素钝化酶作用于特定的氨基或羟基,从而使氨基糖苷类抗生素发生钝化。氨基糖苷类抗生素钝化酶由质粒和染色体所编码,通常由可移动DNA片段(整合子或转座子)携带,质粒的交换和转座子的转座作用都有利于耐药基因掺入到敏感菌的遗传物质中去。经钝化酶作用后的氨基糖苷类可能通过下列作用而失去抗菌活性:与未经修饰的氨基糖苷类竞争细菌细胞内转运系统,减少药物摄入;不能与核糖体结合;失去了干扰核糖体功能的作用。这些酶分为三大类:氨基糖苷乙酰转移酶,使游离氨基乙酰化;氨基糖苷磷酸转移酶,使游离羟基磷酸化;氨基糖苷核苷转移酶,使游离羟基核苷化。这三类酶又可按照所破坏的抗生素种类和作用点的不同而分为很多亚型。不同的氨基糖苷类可为同一种酶所钝化,而同一种抗生素又可为多种钝化酶所钝化,这是因为一种抗生素的分子结构中可能存在多个结合位点之故。不同地区和不同时间氨基糖苷类耐药菌的耐药机制有很大差异。如美国常见的氨基糖苷类钝化酶的顺序为ANT(2″)、AAC(3)与AAC(6′);日本以AAC(6′)最常见。在我国,北京大学临床药理研究所研究报道大肠埃希氏菌、摩根氏菌、志贺氏菌、沙门氏菌和沙雷氏菌以AAC(3)-II为主。在欧洲的一项联合调查显示,革兰氏阴性杆菌中,耐药酶ANT(2″)、AAC(3)-V和AAC(6′)-I占主导地位。而在沙特利雅得的研究则发现,ANT(2″)是该地区革兰氏阴性杆菌中最常见的钝化酶。4菌株间的联合耐药机制随着氨基糖苷类抗生素的广泛使用,细菌对其耐药机制越来越复杂。在假单胞菌属、不动杆菌属、沙雷氏菌属和普罗威登斯菌属中,细菌对氨基糖苷类抗生素的耐药机制通常具有种特异性,且受地理因素的影响很小。而在肠杆菌科的其余菌属中,通常是庆大霉素钝化酶[主要是ANT(2″)和AAC(3)-I]与AAC(6′)-I(该酶乙酰化阿米卡星,但不乙酰化庆大霉素)联合出现,导致联合耐药机制增加,产生对庆大霉素、妥布霉素、奈替米星、卡那霉素和依替米星的广谱耐药性。而这种联合作用的发生因地区和医院而异,其出现频率与不同地区或医院中氨基糖苷类抗生素的使用情况有关。下面分别描述各类菌属中各自钝化酶的情况。4.1对氨基糖苷类抗菌药物的耐药该菌属中常见的耐药机制与肠杆菌科的其余菌属有很大的不同。肠杆菌科中常见的三种酶分别为:AAC(3)-I,AAC(3)-II和AAC(6′)-I,通常由质粒介导。而在假单胞菌属中,这几种酶罕见。在假单胞菌属中较为常见的耐药机制有ANT(2″)-I、AAC(6′)-II,以及细胞膜的通透性改变。其中,AAC(6′)-II仅在假单胞菌属中发现。不同于肠杆菌科的其余菌属,假单胞菌属对氨基糖苷类抗生素的耐药机制似乎与该类抗生素的使用情况无关。不同地区的假单胞菌属对氨基糖苷类耐药率不同,且机制亦不相同。一项研究发现:来自于智利的假单胞菌株多数由AAC(3)中的一种酶导致耐药,多为AAC(3)-V;来自远东地区的假单胞菌株多数由AAC(6′)中的一种酶导致耐药;而自美国的假单胞菌属的耐药资料则显示,耐药机制种类较多,包括ANT(2″)、AAC(3)和AAC(6′)。还有5%~15%的假单胞菌株是由于细胞通透性改变而引起耐药。在沙特利雅得的研究中发现,ANT(2″)是铜绿假单胞菌中最常见的氨基糖苷钝化酶。铜绿假单胞菌中还发现一种主动外排系统,通过能量依赖的主动外排机制,导致该菌对氨基糖苷类天然耐药。有研究证实,在铜绿假单胞菌中,由MexXY-OprM主动外排泵主动转运,从而引起对氨基糖苷类天然或获得性耐药,已成为显著影响该类菌耐药性的一个因素。4.2菌株耐药机制同假单胞菌属相似,不动杆菌属的氨基糖苷类耐药机制非常复杂。在Miller等的研究中,在1189株不动杆菌中共发现了67种耐药机制。在Shaw等的研究中,AAC(3)-I出现的频率为29.6%,AAC(3)-II出现的频率为21.3%,APH(3′)-I出现的频率为49.5%,APH(3′)-VI出现的频率为35.4%,这些酶可单独或联合出现。4.3氨基糖苷类耐药该菌属中最常见的钝化酶是AAC(6′)-I,该酶修饰钝化妥布霉素、奈替米星、阿米卡星、地贝卡星和卡那霉素。在美国和日本的研究中,发现它可单独或与ANT(2″)联合存在。Shaw研究发现,在其所收集的对氨基糖苷类耐药的菌株中,该类菌属中由AAC(6′)-I所介导的耐药约占76.9%,由AAC(3)-II所介导的耐药约占32.4%,由APH(3′)所介导的耐药约占27.5%,它们可单独或联合存在于同一株细菌中。该菌属的氨基糖苷类耐药机制可由染色体介导,亦可由普通质粒介导。研究发现,该菌属中约15%是由质粒介导的AAC(6′)-I表达耐药。4.4机制中所占比例该菌属中最常见的钝化酶是AAC(2′)-I,该酶修饰钝化庆大霉素、妥布霉素、奈替米星、地贝卡星和新霉素。在较早期的美国和欧洲的研究中,发现由该酶所导致的耐药在所有氨基糖苷类耐药机制中所占比例超过80%。Miller等进行的一项大规模、多中心研究中发现,来自美国的该类菌株中,AAC(2′)-I单独或与ANT(2″)-I联合所导致的耐药所占比例约为84.7%。同时还发现的耐药机制有ANT(2″)-I(6.9%),AAC(2′)-I+AAC(3)-II(1.4%),和ANT(2″)-I+AAC(6′)-I(1.4%)。而在日本,最常见的耐药机制为ANT(2″)-I与AAC(6′)-I联合。欧洲的一些研究所显示结果同美国相似,该菌