内酰胺酶细菌耐药性机制

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1、-内酰胺酶细菌耐药性机制-内酰胺类抗生素是目前临床抗感染治疗最普遍应用的一类抗生素，随着这类药物的广泛使用(特别是滥用和误用)和致病菌的变迁，产生了病原菌对药物的耐药性问题，而且耐药发生率相当高。细菌产生-内酰胺酶(-lactamase)是80%病原菌耐药的原因之一，另外约12%和8%病原菌的耐药分别与细菌细胞外膜通透性障碍和靶位的改变有关。本文对细菌产生-内酰胺酶所致的耐药性作一简要综述，以便采取相应对策以防止耐药性的蔓延。 1-内酰胺酶的特性-内酰胺酶是指能催化水解6-氨基青霉烷酸(6-APA)和7-氨基头孢烷酸(7-ACA)及其 N-酰基衍生物分子中-内酰胺环酰胺键的灭活酶。细菌产生-内

2、酰胺酶是细菌对-内酰胺类抗生素耐药的主要机制。-内酰胺酶分为染色体介导酶和耐药质粒介导酶二大类，以其水解对象可分为青霉素酶、头孢菌素酶、广谱酶和超广谱酶四种。 质粒是一种密闭环状双股螺旋结构的DNA，存在于胞浆内，也是具有遗传功能的基因成分，质粒带有各种基因，包括耐药基因，但不是细菌存活所不可缺少的组成物质。质粒介导的-内酰胺酶用等电聚焦法分型有TEM型(TEM-1，TEM-2)，OXA型(OXA-13)，PSE型(PSE-14)，SHV-1，HMS-1等标准酶，均为G-杆菌，主要为大肠杆菌、克雷伯氏杆菌、肠杆菌属、绿脓杆菌等产生。 TEM型酶分布很广，尤以TEM-1型分布最广，出现频率最高，

3、约占50%。染色体介导酶有K1型，P99型及D31型，染色体基因决定细菌对抗生素固有耐药性，近代研究证明在院内感染病人中产生质粒介导酶的耐药菌，其产生耐药性大多是在接触抗生素后获得的，并通过耐药基因的转移而播散，也可由基因表达而传至下代。至今-内酰胺酶的数量已超过200种，其中超广谱-内酰胺酶(extended spectrum -lactamase,ESBL)已超过50种。 2-内酰胺酶的分类Ambler等根据-内酰胺酶分子结构中氨基酸序列差异，将-内酰胺酶分成A、B、C、D4种类型。1995年Bush等提出了-内酰胺酶的功能分类方案，依据酶的底物和酶被抑制不同，将其分为4群，其中2和3群又

4、可分为许多亚群。2.1A型-内酰胺酶A A型型-内内酰酰胺胺酶酶按按BushBush分分类类法属法属2 2群，向下又分群，向下又分为为8 8个个亚亚群群(2a,2b,2c,2d,2e,2f,2be,2br)(2a,2b,2c,2d,2e,2f,2be,2br)，因此，因此，A A型型-内内酰酰胺胺酶酶在底物在底物动动力学性力学性质质上上显显示多示多样样性。大多数性。大多数青霉素青霉素类类抗生素都是抗生素都是A A型型-内内酰酰胺胺酶酶的良好底物，的良好底物，侧链侧链上有氨基的氨上有氨基的氨苄苄西林，含西林，含羧羧基的基的羧苄羧苄西林。西林。侧侧链链上具有空上具有空间间障碍基因的苯障碍基因的苯唑

5、唑西林和甲氧西林都是西林和甲氧西林都是A A型型-内内酰酰胺胺酶酶的良好底物。从整体上看，的良好底物。从整体上看，A A型型-内内酰酰胺胺酶对酶对青霉素青霉素类类的水解率的水解率较头孢较头孢菌素菌素类为类为高，但高，但也有例外。此也有例外。此类酶类酶的活性可被克拉的活性可被克拉维维酸等酸等酶酶抑制抑制剂剂所抑制。所抑制。 2.2B型-内酰胺酶B型-内酰胺酶的活性依赖于2价过渡态金属离子，大多数情况下为Zn2+，此酶不被棒酸抑制，但能被EDTA所抑制，按Bush分类属3群。按照核苷酸序列，此酶可分为2个亚型，一个亚型以L-1酶为代表，另一亚型以A2酶和CcrA酶为代表。L1酶和CcrA酶有相当广

6、谱的底物轮郭，能水解头孢西丁，也有报告可水解氨曲南。亚胺培南是A2酶的唯一底物，因此，A2酶也可称碳青霉烯酶。2.3C型-内酰胺酶C型-内酰酶通常被称为头孢菌素酶，按Bush分类法属1群。第1代头孢菌素是C型-内酰胺酶的良好底物，第2、3代头孢菌素一般对C型-内酰胺酶不敏感。亚胺培南和氨曲南则表现出对C型-内酰胺酶的抑制作用。 2.4D型-内酰胺酶D型-内酰胺酶Bush分类属2d群，它们对苯唑西林和氯唑西林的水解速度明显大于苄青霉素，因此，它们又被称为“苯唑西林酶”。细菌-内酰胺酶的分类见表1。 表表1 1细细菌菌-内内酰酰胺胺酶酶的分的分类类分子分子类类型型BushBush分分类类优优先底物

7、先底物被抑制被抑制代表代表酶酶克拉克拉维维酸酸EDTAEDTAA A2a2a青霉素青霉素+ +- -GG+ +菌菌产产生的青霉素生的青霉素酶酶A A2b2b青霉素青霉素头孢头孢菌素菌素+ +- -TEM-1TEM-1，TEM-2TEM-2，SHV-1SHV-1A A2c2c青霉素青霉素羧苄羧苄西林西林+ +- -PSE-1PSE-1，PSE-3PSE-3，PSE-4PSE-4A A2e2e头孢头孢菌素菌素+ +- -普通普通变变形菌形菌产产生的生的诱导头孢诱导头孢菌素菌素酶酶A A2f2f青霉素青霉素头孢头孢菌素，碳青菌素，碳青霉霉烯类烯类+ +- -阴沟阴沟肠肠杆菌的杆菌的NMC-1NMC-

8、1和和IMI-1IMI-1，粘，粘质质沙雷菌的沙雷菌的Sme-1Sme-1A A2be2be青霉素，窄青霉素，窄谱谱和超广和超广谱谱头孢头孢菌素，菌素，单酰单酰胺胺类类+ +- -TEM-3TEM-32929，TEM-42TEM-42，TEM-43TEM-43，TEM-46TEM-46，TEM-52TEM-52，SHV-2SHV-29 9，PER-1PER-1，CTX-M-1CTX-M-1，产产酸克雷伯菌酸克雷伯菌K1K1A A2br2br青霉素青霉素 - -TEM-30TEM-304141，TEN-44TEN-44，TEM-45TEM-45，TRC-1TRC-1B B3a3a大部分大部分-内

9、内酰酰胺胺类类，包，包括碳青霉括碳青霉烯类烯类- -+ +嗜麦芽假嗜麦芽假单单胞菌的胞菌的L1L1，脆弱，脆弱拟拟杆菌的杆菌的C CcrcrA A，粘，粘质质沙雷氏菌的沙雷氏菌的IMP-1IMP-1B B3b3b碳青霉碳青霉烯类烯类- -+ +嗜水气嗜水气单单胞菌的胞菌的CphACphA，芳香黄杆菌的，芳香黄杆菌的PCM-1PCM-1C C1 1头孢头孢菌素菌素- - -GG- -菌菌产产生的生的ampCampC酶酶，MIR-1MIR-1，MOX-1MOX-1，CMY-CMY-1 1，BIL-1BIL-1，LAT-1LAT-1D D2d2d青霉素，青霉素，氯唑氯唑青霉素青霉素 - -OXA-1

10、OXA-12121，PSE-2PSE-2NDND4 4青霉素青霉素- -? ?洋葱假洋葱假单单胞菌的青霉素胞菌的青霉素酶酶3超广谱-内酰胺酶的种类和特性超广超广谱谱-内内酰酰胺胺酶酶(ESBL)(ESBL)是以能是以能灭灭活窄活窄谱谱和广和广谱头谱头孢孢菌素、菌素、单环类单环类抗生素及抗抗生素及抗G-G-杆菌青霉素等抗生素杆菌青霉素等抗生素为为特征的特征的-酰酰胺胺酶酶，属于，属于AmblerAmbler分分类类的的A A类类，按，按BushBush分分类类属属2be2be群。大多数的群。大多数的ESBLESBL都是都是TEM-1TEM-1、TEM-2TEM-2、SHV-1SHV-1酶酶的突的

11、突变变体，体，为质为质粒介粒介导酶导酶，所含，所含耐耐药药基因的基因的质质粒可在粒可在细细菌菌株菌菌株间转间转移和移和传传播，有播，有较较广的水解底物广的水解底物谱谱，部分，部分产产ESBLESBL菌株不但菌株不但对对-内内酰酰胺胺类类耐耐药药，有的，有的还还可可对对氨基糖苷氨基糖苷类类、磺胺、四、磺胺、四环环素、素、氯氯霉素和霉素和喹诺酮类喹诺酮类耐耐药药。 但是，ESBLs不能水解碳青霉烯类和头霉素类抗生素。ESBL一般可被克拉维酸、青霉烷砜和他唑巴坦等酶抑制剂所抑制，其中他唑巴坦的酶抑制作用最强。根据NCCLS1997标准，一旦认定为ESBL突变株，即使药敏结果显示为敏感者，临床上也应视

12、为对所有青毒素类、头孢菌素类及单环类抗生素耐药。 ESBL的捡测：(1)E-test法一般认为头孢他丁是识别ESBL的最佳底物之一。单一头孢他啶和头孢他啶/克拉维酸的MIC之比大于4。(2)双纸片法含头孢他啶纸片的抑菌圈被邻近含阿莫西林/克拉维酸(20/10g)所扩大。 自自19831983年在欧洲首次年在欧洲首次发现发现ESBLESBL以来，目前以来，目前发现发现的的TEMTEM类类ESBLESBL已有已有5050多种，多种，SHVSHV类类ESBL12ESBL12种。肺炎种。肺炎克雷伯氏菌是克雷伯氏菌是ESBLESBL的主要携的主要携带带菌，其次是大菌，其次是大肠肠埃埃希氏菌。一希氏菌。一

13、项项研究表明肺炎克雷伯氏菌和大研究表明肺炎克雷伯氏菌和大肠肠埃希埃希氏菌中氏菌中产产ESBLESBL菌的菌的检检出率分出率分别为别为27.3%27.3%和和5.7%5.7%。另一次研究另一次研究显显示：肺炎克雷伯杆菌、大示：肺炎克雷伯杆菌、大肠肠杆菌和阴杆菌和阴沟沟肠肠杆菌中杆菌中产产生生ESBLESBL菌的菌的检检出率分出率分别为别为37.4%37.4%、30.21%30.21%和和41.82%41.82%。 7777株株产产ESBLESBL菌菌对对1212种抗菌种抗菌药药物的物的药药敏情况敏情况见见表表2 2。表表2 27777株株产产ESBLESBL菌菌对对1212种抗菌种抗菌药药物的敏

14、感情况物的敏感情况抗生素抗生素MICMIC5050MICMIC9090耐耐药药菌菌耐耐药药率率株数株数(%)(%)环环丙沙星丙沙星1 11616313140.2640.26庆庆大霉素大霉素16161616535368.8368.83阿米卡星阿米卡星16166464272735.0635.06氨氨苄苄西林西林+ +舒巴坦舒巴坦32/1632/1632/1632/16676787.0187.01替卡西林替卡西林+ +克拉克拉维维酸酸128128128128717192.2192.21哌哌拉西林拉西林1281281281287777100100头孢唑头孢唑啉啉32323232696989.6189.

15、61头孢呋肟头孢呋肟32323232686888.3188.31头孢哌酮头孢哌酮64646464606077.9277.92头孢头孢他他啶啶32323232494963.6463.64头孢头孢曲松曲松64646464636381.8281.82亚亚胺培南胺培南0.50.54 40 00 0国外文献国外文献报报道除上述三种道除上述三种细细菌外，其他菌外，其他肠肠杆菌科杆菌科细细菌如粘菌如粘质质沙雷菌、沙雷菌、肠肠杆菌属、构杆菌属、构橼橼酸菌、沙酸菌、沙门门氏菌氏菌和摩根菌也可和摩根菌也可产产生生ESBLESBL。目前。目前认为认为可用于治可用于治疗产疗产ESBLESBL菌所致感染的菌所致感染的药

16、药物有碳青霉物有碳青霉烯类烯类、头头霉素霉素类类抗生素。抗生素。亚亚胺培南具有超广胺培南具有超广谱谱，高效的抗菌活性，高效的抗菌活性，除金属除金属-内内酰酰胺胺酶酶外，它几乎外，它几乎对对所有的所有的ESBLESBL高度高度稳稳定。目前定。目前认为亚认为亚胺培南胺培南/ /西司他汀是治西司他汀是治疗疗ESBLESBL菌感菌感染的首染的首选药选药物。物。头孢头孢美美唑对唑对ESBLESBL菌的敏感性达菌的敏感性达84.66%84.66%。 4常见的产-内酰胺酶的菌株4.14.1金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌金葡菌金葡菌产产生以生以质质粒介粒介导导的青霉素的青霉素酶酶( (属属2a2a群群) )，可

17、有效地水解天然的和半合成的青霉素可有效地水解天然的和半合成的青霉素类类抗生素，抗生素，此此酶为酶为胞外胞外酶酶，通，通过过水解胞外青霉素，降低水解胞外青霉素，降低产酶产酶株株和和邻邻近非近非产酶产酶株胞内株胞内药药物物浓浓度而耐度而耐药药。金葡球菌和。金葡球菌和凝固凝固酶酶阴性葡萄球菌中，耐甲氧西林菌株阴性葡萄球菌中，耐甲氧西林菌株(MRSA(MRSA和和MRSE)MRSE)的的发发生率迅速增多。生率迅速增多。MRSAMRSA全身感染的治全身感染的治疗疗可可单单独独应应用万古霉素，或与磷霉素或或福平合用，用万古霉素，或与磷霉素或或福平合用，在骨、关在骨、关节节感染、心内膜炎或感染、心内膜炎或脑

18、脑膜炎等病例中，万膜炎等病例中，万古霉素的古霉素的组织浓组织浓度可能度可能较较低。低。 4.2肠球菌肠球菌中很少发现产-内酰胺酶菌株，但已有报道在粪肠球菌中已出现由质粒介导的青霉素酶，产酶株对氨苄西林，阿莫西林及哌拉西林等青霉素类抗生素耐药，但对含酶抑制剂的复合制剂及亚胺培南/西司他丁敏感。 4.3大肠埃希氏菌大肠杆菌主要产生质粒介导的-内酰胺酶，是产生ESBL的主要菌种。 4.4肺炎克雷伯杆菌 肺炎克雷伯杆菌以肺炎克雷伯杆菌以产产ESBLESBL而著名。自而著名。自19831983年首次在德国年首次在德国发现产发现产SHV-2SHV-2型型ESBLESBL的鼻炎克雷伯菌后，耐的鼻炎克雷伯菌后

19、，耐药药的克雷伯菌的克雷伯菌在世界各地迅速出在世界各地迅速出现现。北京地区克雷伯杆菌的耐。北京地区克雷伯杆菌的耐药药率也逐年率也逐年增高。此外，肺炎克雷伯菌通常都有染色体介增高。此外，肺炎克雷伯菌通常都有染色体介导导的呈低水平的呈低水平组组成型表达的成型表达的-内内酰酰胺胺酶酶SHV-1(2b)SHV-1(2b)，对对青霉素青霉素类类抗生素都抗生素都耐耐药药。最近学者。最近学者们们在少数克雷伯菌分离株中新在少数克雷伯菌分离株中新发现发现了了对酶对酶抑抑制制剂剂耐耐药药的的C C型型头孢头孢菌素菌素酶酶(1(1群群) )。对对肺炎克雷伯菌肺炎克雷伯菌产酶产酶株性株性质质的的鉴鉴定很重要，可通定很

20、重要，可通过对头孢噻肟过对头孢噻肟和和头孢头孢西丁的西丁的药药敏来区敏来区别别，同，同时对时对两种两种药药耐耐药为药为C C酶酶，可推，可推测对测对第三代第三代头孢头孢菌素及菌素及酶酶抑制抑制剂剂复合制复合制剂剂耐耐药药，临临床上床上应应考考虑虑其他其他药药物如物如亚亚胺培南胺培南/ /西司他丁或西司他丁或头孢头孢吡吡肟肟。若。若细细菌菌对头孢噻肟对头孢噻肟耐耐药药而而对头孢对头孢西西丁敏感丁敏感则为产则为产ESBLESBL株，可考株，可考虑虑用含用含酶酶抑制抑制剂剂的复合制的复合制剂剂。 4.5肠杆菌属、弗氏柠檬酸杆菌、沙雷菌属、普罗威登斯菌属。该类细该类细菌均具有菌均具有C C和和R R基

21、因，因而都具有基因，因而都具有C C诱导诱导表达表达及去阻遏表达的及去阻遏表达的头孢头孢菌素菌素酶酶(1(1群群) )。该类该类野生菌株在野生菌株在无抗生素的情况下，只无抗生素的情况下，只产产生极微量的生极微量的酶酶，接触抗生，接触抗生素后可被素后可被诱导产诱导产生大量的生大量的酶酶，而去除抗生素后，而去除抗生素后产酶产酶水平又恢复至正常。水平又恢复至正常。C C基因自基因自发发突突变变可致可致稳稳定的去定的去阻遏表达而阻遏表达而产产生持生持续续性的高水平性的高水平酶酶。C C不同表达不同表达类类型是否型是否产产生耐生耐药药取决于抗生素取决于抗生素对酶对酶的的稳稳定性，抗生定性，抗生素在低于素

22、在低于MICMIC浓浓度下度下对酶对酶的的诱导诱导能力以及能力以及C C的表达的表达方式等三种因素，方式等三种因素，见见表表3 3。 表表3 3C C头孢头孢菌素菌素酶酶与与-内内酰酰胺抗生素耐胺抗生素耐药药性的关系性的关系氨氨苄苄西西林林及及窄窄谱谱头头孢孢菌菌素素超广超广谱谱( (亚亚胺胺培培南南/ /西西司司他他丁丁) )替莫西替莫西林林第四代第四代头头孢孢菌菌素素头孢头孢菌菌素素/ /头孢头孢西西丁丁对对a ammp pC C头头孢孢菌菌素素酶酶的的不不稳稳定定不不稳稳定定稳稳定定/ /视视菌菌种种而而定定稳稳定定稳稳定性定性相相对对高高于于第第三三代代头头孢孢菌菌素素稳稳定性定性低于

23、低于MMICIC浓浓度度下下的的诱诱导导强强无无( (弱弱诱诱导导剂剂) )强强/ /强强弱弱能力能力可可诱导诱导株株耐耐药药敏感敏感敏感敏感/ /视视菌菌种种而而定定敏感敏感敏感敏感去阻遏去阻遏株株耐耐药药耐耐药药敏感敏感/ /视视菌菌种种而而定定敏感敏感有一定有一定敏敏感感性性对于该类细菌，尤其是测出产诱导酶的菌株，即使药敏结果为敏感，除泌尿系统以外的感染应一定程度地限制超广谱头孢菌素的应用。一旦证实为去阻遏株，除碳青霉烯以外的大多数-内酰胺类抗生素及酶抑制剂复合制剂都无效。对诱导株及去阻遏株可选用亚胺培南/西司地丁、喹诺酮类及氨基糖苷类抗生素治疗。 4.6铜绿假单胞菌铜绿假单胞菌的耐药机

24、制主要是-内酰胺酶介导耐药。铜绿假单胞菌具有可诱导C头孢菌素酶，所以哌拉西林和第三代头孢菌素在治疗由铜绿假单胞菌所致的感染中存在着危险性。亚胺培南/西司他丁无论对诱导或去阻遏表达的铜绿假单胞菌还是有抗菌活性。 铜绿假单胞菌还产生质粒介导酶，主要以PSE-1和PSE-4多见。最近，一些超广谱酶如PER-1，OXA-10，OXA-11 在临床上出现，PER-1可被克拉维酸抑制，后二种酶则不被抑制。需特别注意的是在铜绿假单胞菌中还发现了由可传递性质粒介导的碳青霉烯酶，可引起该菌对亚胺培南/西司他丁、美洛培南和除氨曲南以外的其他-内酰胺类抗生素耐药。 5克服细菌-内酰胺酶介导耐药性的措施克服克服细细菌

25、菌-内内酰酰胺胺酶酶介介导导耐耐药药性可采取以下措施性可采取以下措施(1)(1)开开发发相相对对或或绝对绝对能抵抗能抵抗-内内酰酰胺胺酶酶水解作用水解作用的新型抗菌的新型抗菌药药品；品；(2)(2)应应用含用含酶酶抑制抑制剂剂的复合制的复合制剂剂，其中以其中以-内内酰酰胺胺类类抗生素与抗生素与酶酶抑制抑制剂剂的复合制的复合制剂剂用用于克服于克服-内内酰酰胺胺酶酶所致耐所致耐药药性的前景最性的前景最为为广广阔阔。酶酶抑制抑制剂剂的主要作用是抑制的主要作用是抑制细细菌所菌所产产生的生的-内内酰酰胺胺酶酶，使抗生素不被水解，同使抗生素不被水解，同时时其其对对某些病原菌某些病原菌还还具有一具有一定程度的抗菌活性。定程度的抗菌活性。联联用用酶酶抑制抑制剂剂与与-内内酰酰胺胺类类抗抗生素是克服生素是克服这这种耐种耐药药性的最切性的最切实际实际、最有效的一种、最有效的一种途径；途径； (3)开发特异性-内酰胺酶抑制剂；(4)准确区分ESBL菌株和非ESBL菌株，不仅可指导临床合理用药，以免延误病情和增加医药费用，而且有利于对ESBL菌株的管理，控制其传播、防止暴发流行，这对提高治疗效果和控制医院内感染均有重要意义。