中国临床药理学杂志 第25卷 第1期 2009年1月(总第117期)
抗菌药物临床试验专栏SpecialColumnofClinicalTrialofAntibacterialDrugs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,L Yuan
(InstituteofClinicalPharmacology,FirstHospitalPekingUniversity,Bei-jing100034,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Tel:(010)82802315E-mail:ly5275@sohu.com
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(2009)01-0090-05
Abstract: Recentlytheclinicianwerechallengedforinfectionsduetomultidrug-resistanceAcinetobacterbaumannii,evenpandrugresist-ance.ThisreviewemphasizesonthemechanismsofresistancetoselectedantibioticsinAcinetobacterbaumannii.Keywords:Acinetobacterbaumannii;resistancemechanism;β-lacta-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-bindingpro-teins,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Am-bler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(Am-blerD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
90DOI:10.13699/j.cnki.1001-6821.2009.01.005ChinJClinPharmacolVol.25No.1Jan.2009(SerialNo.117)
(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,也被分离到。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IS-Pa12,这段插入序列,可能同提高其表达相关[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。一些地区分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,菌株分离自巴西。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PseudomonasAlcaligenesIn55044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。1.4 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,来自于苏格兰临床分离的鲍曼不动杆菌,为质粒编码,可以转移,起初被命名为ARI-1(acinetobacterresistanttoimi-penem),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
91中国临床药理学杂志 第25卷 第1期 2009年1月(总第117期)
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(themultidrugandtoxiccompoundextrusionsuper-family)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