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抗菌藥物產(chǎn)生耐藥性,為人類戰(zhàn)勝病原菌提出了一個嚴峻的挑戰(zhàn)。細菌耐藥的機制非常復雜,通常認為涉到以下幾個方面:(1)產(chǎn)生滅活酶和鈍化酶。細菌能產(chǎn)生可破壞抗生素或使之失去抗菌作用的酶,使藥物在作用于菌體前即被破壞或失效。(2)抗菌藥物滲透障礙 [1] 。細菌外層的細胞膜和細胞壁結(jié)構(gòu)對阻礙抗生素進入菌體有著重要作用。膜上有親水性的藥物通過蛋白,稱外膜蛋白,主要有2種:分子較大的為OmpF和分子較小的為OmpC;最近又發(fā)現(xiàn)了第三種蛋白PhoE。外膜蛋白的缺失可導致細菌耐藥性的發(fā)生,在某些細菌的外膜上還有特殊的藥物泵出系統(tǒng),使菌體內(nèi)的藥物濃度不足以發(fā)揮抗菌作用而導致耐藥。(3)藥物使用靶位的改變。菌體內(nèi)有許多抗生素結(jié)合的靶位,細菌可通過靶位的改變使抗生素不易結(jié)合,是耐藥發(fā)生的重要機制。(4)代謝途徑改變。絕大多數(shù)細菌不能利用已有的葉酸及其衍生物,必須自行合成四氫葉酸。腸球菌屬等某些營養(yǎng)缺陷型細菌能利用外源性胸苷或胸腺嘧啶,表現(xiàn)出對磺胺和甲氧嘧啶等藥物的耐藥。
從分子生物學角度認識細菌的耐藥機制,過去主要集中在基因突變的研究中,認為基因突變的積累是細菌產(chǎn)生耐藥性的重要機制。但近年來研究發(fā)現(xiàn),沒有接觸過抗生素的病原菌,對抗生素也具有抗性,耐藥性具有轉(zhuǎn)移的特點。整合子(integron)被認為是抗性基因在水平傳播的重要因子 [3] ,由兩部分組成:5’與3’端保守區(qū)域(conserved segˉments,簡稱CS)以及中間的基因簇,選擇性地整合到整合子上而獲得耐藥性。通過整合子的整合作用,抗性基因之間能夠互相交換,再借助于轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導與接合作用,使得耐藥性在畜禽與畜禽、畜禽與人類、人類與人類之間的病原菌上廣泛傳播,給人類健康造成嚴重威脅。
1 細菌對β-內(nèi)酰胺類抗生素的耐藥機制
β-內(nèi)酰胺類抗生素為高效殺菌劑,對人的毒性極小。其中革蘭陽性細菌產(chǎn)生的耐藥主要通過青霉素結(jié)合蛋白(PBP)的改變介導,而革蘭陰性細菌產(chǎn)生的耐藥則主要通過β-內(nèi)酰胺酶介導。
1.1 PBP改變介導的細菌耐藥 青霉素結(jié)合蛋白(peniˉcillin binding proteins,PBP)位于細菌細胞質(zhì)膜外壁,是細胞壁肽聚糖合成后期具有轉(zhuǎn)肽酶、轉(zhuǎn)糖苷酶及羧基肽酶等作用的一系列酶,也是β-內(nèi)酰胺類抗生素的作用靶點。當β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物與PBP結(jié)合后,PBP便失去酶的活性,使細胞壁的合成受到阻礙,最終造成細胞溶解、細菌死亡 [8] 。β-內(nèi)酰胺類抗生素的抗菌活力,一是根據(jù)與PBP親和性的強弱,二是根據(jù)其對PBP及其亞型的選擇即對細菌的作用特點而決定的。PBP基因的變異,使β-內(nèi)酰胺類抗生素無法與之結(jié)合或結(jié)合能力降低,是形成耐藥的根本原因。PBP改變包括獲得的對抗生素低親和力的PBP和本身發(fā)生修飾導致對抗生素的親和力下降的PBP,前者主要發(fā)生在葡萄球菌中,后者主要發(fā)生在肺炎鏈球菌中。PBP按分子量的不同分為5種,每種又有若干亞型。PBP1A、PBP2X、PBP2B的基因排序已經(jīng)證明1~3個位點基因變異,位點變異造成PBP結(jié)構(gòu)變化,使β-內(nèi)酰胺類抗生素不易與之結(jié)合,使其之間的親和力下降,導致抗菌力低下。
耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)對所有β-內(nèi)酰胺類抗生素均耐藥,其原因是由于獲得了未知起源DNA編碼的新的耐β-內(nèi)酰胺PBP,這種PBP由細菌染色體mecA基因編碼,被命名為PBP2a。mecA基因的表達受多種因素的影響,包括pH、溫度、滲透性、上游調(diào)節(jié)序列和抗生素的誘導。mecA的轉(zhuǎn)錄有3種形式:①非誘導持續(xù)表達型,此型MRSA缺少mecR1-mecI基因和β-內(nèi)酰胺酶質(zhì)粒;②即刻誘導型,此型缺少mecR1-mecI基因而具有β-內(nèi)酰胺酶質(zhì)粒,通過β-內(nèi)酰胺酶的調(diào)控基因來調(diào)控mecA的表達;③延遲表達型,此型MRSA具有mecR1-mecI基因,其耐藥性在甲氧西林誘導后48h才能充分表達,臨床常規(guī)藥敏試驗常誤將此型菌株判斷為敏感,因此具有重要的臨床意義。
1.2 β-內(nèi)酰胺酶介導的細菌耐藥 現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)4種新的臨床上重要β-內(nèi)酰胺酶 [4] :①超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(extended-spectrumβ-lactamases,ESBLs);②金屬β-內(nèi)酰胺酶;③質(zhì)粒介導的AmpCβ-內(nèi)酰胺酶;④OXA型β-內(nèi)酰胺酶。
1.2.1 超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(ESBLs) ESBLs屬于Bush分類法的A組,最早由克雷伯菌屬和大腸埃希菌等腸桿菌科細菌產(chǎn)生,由質(zhì)粒介導,從TEM、SHV突變而來。臨床對β-內(nèi)酰胺類藥物耐藥者包括青霉素類、第三代和第四代頭孢霉素以及氨曲南,但對酶抑制劑敏感。ESBLs種類最多的是TEM族酶(已超過90種)、SHV族酶(已超過25種)和CTX-M族。
TEM族超廣譜β-內(nèi)酰胺酶:TEM-1是革蘭陰性菌最常見的β-內(nèi)酰胺酶。超過90%大腸埃希氏菌對氨芐西林耐藥的原因是由于其產(chǎn)TEM-1。越來越多耐氨芐西林和青霉素的流感嗜血桿菌,淋病奈瑟氏球菌也產(chǎn)TEM-1。TEM-1能水解青霉素和頭孢噻吩、頭孢拉定等第一代頭孢菌素。發(fā)生在個別位點的氨基酸取代對ESBLs表型至關(guān)重要。Glu-104→Lyx,Arg-164→Ser/His,Gly-238→Ser及Glu-240→Lys。
SHV族超廣譜β-內(nèi)酰胺酶:產(chǎn)SHV-1最常見的細菌是肺炎克雷伯桿菌。肺炎克雷伯桿菌質(zhì)粒介導的氨芐西林耐藥的原因超過20%是其產(chǎn)SHV-1。Ser-238→Gey及Lys-240→Glu是SHV型ESBLs的最常見情況。
CTX-M族超廣譜β-內(nèi)酰胺酶。近年來,一個新的質(zhì)粒介導的ESBLs家族—CTX-M(以高度水解頭孢噻肟為特征)的數(shù)量也在不斷增加。這類酶主要由鼠傷寒沙門菌、大腸埃希菌或腸桿菌屬某些種產(chǎn)生,包括CTX型酶和Toho-1,2。CTX-M型酶對頭孢噻肟、頭孢他啶的水解能力比對青霉素強,相對頭孢他啶來說,更優(yōu)先水解頭孢噻肟。盡管這族酶中的一些也能水解頭孢他啶,但通常不引起臨床耐藥。所有CTX-M族酶都有Ser 237 ,提示該位點對其超廣譜酶活性起重要作用。
驅(qū)動ESBLs進化的選擇壓力通常要歸因于氧亞胺β-內(nèi)酰胺類抗生素的使用強度。β-內(nèi)酰胺類抗生素的強選擇壓力不僅對ESBLs基因的編碼區(qū)而且對啟動子、拷貝數(shù)以及其它基因起作用。這些改變可明顯增加菌株的耐藥水平和擴大底物譜。細菌高產(chǎn)ESBLs通常是諸如啟動子上調(diào)突變,可轉(zhuǎn)座因子插入啟動子區(qū)域附近,ESBL基因拷貝數(shù)增加或產(chǎn)生2種不同的ESBLs等原因造成。目前,已發(fā)現(xiàn)不少菌株產(chǎn)ESBL同時伴有AmpC酶去阻遏突變。產(chǎn)ESBL菌株常常也對氨基糖苷類、喹諾酮類等其它類抗菌藥物耐藥。編碼ESBLs的基因常與編碼氨基糖苷類純化酶的基因在同一接合性質(zhì)粒上,因而可以一起在菌株間傳播。這意味著只使用其中一類抗菌藥物便可產(chǎn)生對2類不同藥物耐藥性的共選擇。
1.2.2 金屬β-內(nèi)酰胺酶 屬于Bush分類法的B組,是一組活性部位為金屬離子,且必須依賴少數(shù)金屬離子(主要為Zn 2+ )存在而發(fā)揮催化活性的酶類。大多數(shù)編碼金屬酶的基因序列已被確認,包括來源于脆弱類桿菌的cfiA基因、臘樣芽孢桿菌的Bc-Ⅱ基因、嗜麥芽寡食單胞菌的L-1基因、以及銅綠假單胞桿菌及粘質(zhì)沙雷菌為主的部分革蘭陰性桿菌攜帶的IMP基因和VIM基因。除IMP及VIM外,幾乎所有的金屬酶編碼基因都位于染色體上,其中cfiA基因和L-1基因的表達與藥物誘導有關(guān)。TMP-1基因是目前所有金屬酶基因研究的熱點,介導IMP-1基因水平傳遞的機制已基本明確,即IMP-1基因位于可移動的基因元件———整合子上。一個整合子可捕獲多個基因盒(gene casˉsette),目前已發(fā)現(xiàn)60多種基因盒,大多為耐藥基因,除TMP-1金屬酶基因盒外,還有與β-內(nèi)酰胺類、氨基糖苷類、氯霉素及磺胺類抗菌藥物耐藥有關(guān)的基因盒,新近發(fā)現(xiàn)部分超廣譜β-內(nèi)酰胺酶基因也存在于整合子上,這些基因借助于整合子上的啟動子得以轉(zhuǎn)錄、表達、并可能介導細菌的多重耐藥性。
1.2.3 AmpCβ-內(nèi)酰胺酶 質(zhì)粒AmpC酶可見于克雷伯菌、沙門菌、弗勞地枸櫞酸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌、奇異變形桿菌和大腸埃希菌等,常攜帶大質(zhì)粒,同時編碼對其它抗生素的耐藥性,表現(xiàn)為對第一~三代頭胞菌素、頭霉素、氨基糖苷類及抗假單胞菌青霉素均耐藥,但對碳青霉烯類、四代頭孢和氟喹諾酮類敏感。現(xiàn)已報道的AmpC酶至少有25種,根據(jù)遺傳學關(guān)系,可分為5個家族:①枸櫞酸桿菌起源的LAT-族(包括LAT-1~4、CMY-2~9和BIL-1);②未知起源的FOX-族(包括FOX-1~6、CMY-1、MOX-1~2和CMY-8);③陰溝腸桿菌起源的Entb-族(包括MIR-1、ACT-1);④摩根菌起源的Morg-族(目前僅發(fā)現(xiàn)DHA-1一個酶);⑤蜂房哈夫尼起源的Haf-族(ACC-1)。產(chǎn)CMY-1和MOX-1酶的菌株對頭孢他啶的MICs比頭孢噻肟小,而其它類型的AmpCβ-內(nèi)酰胺酶對頭孢他啶和頭孢噻肟的MICs值相等。
1.2.4 OXA型βˉ內(nèi)酰胺酶 OXA型βˉ內(nèi)酰胺酶以高度水解苯唑西林、氯唑西林、活性被克拉維酸僅輕微抑制為特 征。OXA型酶主要由銅綠假單胞菌產(chǎn)生,產(chǎn)賦予細菌對頭孢他啶等氧亞胺頭孢菌素高水平耐藥,當將其編碼基因轉(zhuǎn)化大腸埃希氏菌時則對氧亞胺頭孢菌素呈微弱耐藥。OXA型酶可被氯離子強烈抑制,100mmol/L的氯離子可以完全抑制OXA型酶的活性。
OXA型酶的耐藥性與整合子有關(guān)。大多數(shù)腸桿菌科細菌和假單孢菌中的OXA型酶位于可轉(zhuǎn)移質(zhì)粒上,質(zhì)粒能攜帶可移動元件———轉(zhuǎn)座子。有些轉(zhuǎn)座子只編碼單個耐藥性,編碼多重耐藥的質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座子常常還有另一基因元件,即整合子。整合子是一個遺傳結(jié)構(gòu),可位于質(zhì)粒、染色體或轉(zhuǎn)座子上,具有整合獨立的耐藥基因盒的能力。基因盒中存在整合子可解釋為什么質(zhì)粒可積累不同的耐藥基因,為什么OXA型酶常與其他抗生素耐藥性關(guān)聯(lián)。
2 細菌對氨基糖苷類抗生素的耐藥機制
氨基糖苷類抗生素因其具有濃度依賴性快速殺菌作用、與β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物產(chǎn)生協(xié)同作用、細菌的耐藥性低、臨床有效和價廉等優(yōu)點,它仍是目前臨床常用藥物,廣泛用于革蘭陰性桿菌所致的敗血癥、細菌性心內(nèi)膜炎和其它嚴重感染。其作用機制是通過抑制細菌細胞膜蛋白質(zhì)的合成并改變膜結(jié)構(gòu)的完整性而發(fā)揮強有力的殺菌作用。對生長繁殖旺盛的細菌,氨基糖苷類通過細菌的細胞外膜擴散后,與其內(nèi)(細胞質(zhì))膜上具有跨膜攝取功能的一種能量依賴性(限速)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)“I相轉(zhuǎn)運”蛋白呈低親和力結(jié)合;敏感細菌與其胞膜相連的核蛋白體30S亞基的高親和力位點上不斷集聚藥物,由此觸發(fā)第二種能量依賴性轉(zhuǎn)運系統(tǒng)“II相轉(zhuǎn)運”而明顯加速藥物在細胞內(nèi)的集聚,抑制細菌蛋白質(zhì)合成,破壞細胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu),導致細菌內(nèi)容物外漏直至細菌死亡 [8] 。細菌對氨基糖苷類抗生素產(chǎn)生耐藥性的機制牽涉到以下幾個方面:
2.1 藥物攝取的減少 氨基糖苷類藥物主要通過寡核系統(tǒng)轉(zhuǎn)運至體內(nèi),寡核結(jié)合蛋白(oligopeptide binding protein,OPPA)是寡核轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的重要組成部分,而大腸埃希氏菌耐卡那霉素突變株的OPPA數(shù)目明顯減少,有的突變株甚至不含OPPA。前者是因為在翻譯水平上OPPA發(fā)生了OPˉPA合成的減少,后者則是由于編碼OPPA的基因OPPA發(fā)生了無義突變。
2.2 酶的修飾鈍化作用 這是細菌對氨基糖苷類抗生素發(fā)生耐藥的主要機制。氨基糖苷類藥物修飾酶催化氨基糖苷類藥物氨基或羥基的共價修飾,使得氨基糖苷類藥物與核糖體的結(jié)合減少,促進藥物攝取EDP-II也被阻斷,因而導致耐藥。根據(jù)反應(yīng)類型,氨基糖苷類藥物修飾酶有N-乙酰轉(zhuǎn)移酶(N-acetyltransferases,AAC)、0-核苷轉(zhuǎn)移酶(0-nucleotidyltransferase,ANT)和0-磷酸轉(zhuǎn)移酶(0-phosphoˉtransferases,APH)。這些酶的基因決定族即使在沒有明顯遺傳關(guān)系的細菌種群間也能傳播。AAC以乙酰輔酶A為供體,乙酰化氨基糖苷類藥物的1、3、6′、2′位氨基,而APH和ANT兩者均以ATP為供體,APH作用于氨基糖苷類藥物的3位和4位、3″和6位-OH,ANT作用于氨基糖苷類藥物的2″、4″位和3″位、6位、9位-OH使之磷酸化,從而使氨基糖苷類藥物鈍化。
2.3 核糖體結(jié)合位點的改變 鏈霉素作用于核糖體30S亞基,導致基因密碼的錯讀,引起mRNA翻譯起始的抑制和異常校讀。大量研究表明編碼S12核糖體蛋白的rplS基因及編碼16S rRNA的rrs基因突變都會使核糖體靶位點改變,使細菌對鏈霉素產(chǎn)生顯著水平的耐藥。S12蛋白是30S亞基中的一個組分,主要控制鏈霉素與30S亞基的結(jié)合,它可以穩(wěn)定由16S rRNA所形成的高度保守的假節(jié)結(jié)構(gòu),Rpsl中氨基酸的置換將會影響16S rRNA的高級結(jié)構(gòu),導致對鏈霉素的耐藥,而16S rRNA結(jié)構(gòu)的改變又破壞了16S rRNA與鏈霉素的相互作用。
3 細菌對大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的耐藥機制
大環(huán)內(nèi)酯類抗生素主要通過與細菌核糖體結(jié)合,抑制細菌蛋白質(zhì)合成,而發(fā)揮抗菌作用。細菌核糖體由大亞基(50S)、小亞基(30S)構(gòu)成,亞基中mRNA及蛋白質(zhì)的改變,可引起與抗菌藥物親和力的變化,而產(chǎn)生耐藥性。
3.1 靶粒修飾 大環(huán)內(nèi)酯類抗生素產(chǎn)生耐藥常常因為獲得了erm基因(紅霉素耐藥的甲基化酶),erm基因編碼產(chǎn)生的酶能將23S rRNA上一個特異性腺嘌呤殘基N6位雙甲基化,甲基化改變了核糖體的構(gòu)象,通過使抗生素結(jié)合位點發(fā)生重疊而降低對抗生素的親和力。核蛋白體的甲基化亦導致對大環(huán)內(nèi)酯類和林可霉素交叉耐藥。
對各種臨床菌株運用核酸序列分析和DNA-DNA雜交技術(shù)至少可以得到9種不同的erm基因,其中部分還有交叉性。可將臨床分離株劃分為4個雜交群:ermA、erˉmAM、ermC、ermF。不同雜交群產(chǎn)生的甲基化酶的氨基酸序列高度一致,提示它們可能來源于一個共同的親代耐藥株。
3.2 抗生素滅活與活性泵出 [7] 靶粒修飾是對結(jié)構(gòu)不同的抗生素的耐藥,抗生素的酶滅活僅導致對結(jié)構(gòu)相同藥物的耐藥。從口服紅霉素的胃腸炎患者身上可分離到對紅霉素高度耐藥的腸桿菌,這些耐藥株通過產(chǎn)生紅霉素酯酶或通過2-磷酸轉(zhuǎn)移酶催化的磷酸化反應(yīng)破壞大環(huán)內(nèi)酯類藥物的酯環(huán)。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)由ereA和ereB基因編碼的酯酶I和II,在對紅霉素高度耐藥的腸桿菌中亦發(fā)現(xiàn)ereA和ereB的復合物(編碼rRNA甲基化酶)。另有約20%的肺炎鏈球菌和相當數(shù)量的化膿性鏈球菌對大環(huán)內(nèi)酯類藥物耐藥,其耐藥機制不是酶滅活作用,而是存在編碼產(chǎn)生抗生素泵出系統(tǒng)的mefE和mefA決定因子。金黃色葡萄球菌和部分凝固酶陰性葡萄球菌中msrA基因騙碼產(chǎn)生一種具有轉(zhuǎn)運功能的蛋白,導致對大環(huán)內(nèi)酯類抗生素耐藥。
4 細菌對喹諾酮類抗菌藥物的耐藥機制
喹諾酮類藥物的作用機制主要是通過抑制DNA拓撲異構(gòu)酶而抑制DNA的合成,從而發(fā)揮抑菌和殺菌作用。細菌DNA拓撲異構(gòu)酶有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,分2大類:第一類有拓撲異構(gòu)酶Ⅰ、Ⅲ,主要參與DNA的松解;第二類包括拓撲異構(gòu)酶Ⅱ、Ⅳ,其中拓撲異構(gòu)酶Ⅱ又稱DNA促旋酶,參與DNA超螺旋的形成,拓撲異構(gòu)酶Ⅳ則參與細菌子代染色質(zhì)分配到子代細菌中。但拓撲異構(gòu)酶Ⅰ和Ⅲ對喹諾酮類藥物不敏感,喹諾酮類藥物的主要作用靶位是DNA促旋酶和拓撲異構(gòu)酶Ⅳ。革蘭陰性菌中DNA促旋酶是喹諾酮類的第一靶位,而革蘭陽性菌中拓撲異構(gòu)酶Ⅳ是第一靶位 [6] 。
DNA促旋酶通過暫時切斷DNA雙鏈,促進DNA復制轉(zhuǎn)錄過程中形成的超螺旋松解,或使松弛DNA鏈形成超螺旋空間構(gòu)型。喹諾酮類藥物通過嵌入斷裂DNA鏈中間,形成DNA-拓撲異構(gòu)酶-喹諾酮類3者復合物,阻止DNA拓撲異構(gòu)變化,妨礙細菌DNA復制、轉(zhuǎn)錄、以達到殺菌目的。
4.1 作用靶位的改變 編碼組成DNA促旋酶的A亞單位 和B亞單位及組成拓撲異構(gòu)酶Ⅳ的parC和parE亞單位中任一亞基的基因發(fā)生突變均可引起喹諾酮類的耐藥性。在所有的突變型中,以gryA的突變?yōu)橹鳎饕獮門hr-83→Ile,Ala和Asp-87→Asn,Gly,Thr。兩者約占75%以上,而其它的突變型罕見。GyrA雙點突變僅發(fā)生在喹諾酮類高度耐藥的菌株中,這是因為gyrA上的83和87位的氨基酸在提供喹諾酮類結(jié)合位點時具有重要的作用。而gyrB的突變株則較gyrA的突變少見,主要為Glu-470→Asp,Ala-477→Val和ser-468→Phe。parC的突變主要為Ser-87→Leu,Trp。但值得注意的是所有存在parC改變的發(fā)生是在gyrA突變之后才發(fā)生的,在同時具有g(shù)yrA和parC突變的菌株中,以gryA上的Thr-83→Ile和parC上的Ser-87→Leu類型為最多見。parE的突變型為Asp-419→Asn、Ala-425→Val,但現(xiàn)在parE出現(xiàn)突變極為罕見(3/150)。
4.2 膜通透性改變 喹諾酮類藥物與其它抗菌藥物一樣,依靠革蘭陰性菌的外膜蛋白(OMP)和脂多糖的擴散作用而進入細菌體內(nèi),外膜蛋白與脂多糖的變異均可使細菌攝取藥物的量減少而導致耐。已發(fā)現(xiàn)多種喹諾酮耐藥性外膜突變株如norB、norC、nfxC、nfxB和多種抗生素耐藥的marA等。大腸埃希氏菌通透喹諾酮類藥物的孔蛋白主要為OmpF和OmpC。在喹諾酮類藥物作用下,發(fā)生變異而缺失OmpF的菌株,藥物不能進入細胞出現(xiàn)耐藥性,且常與四環(huán)素、氯霉毒等抗生素交叉耐藥。
5 細菌對糖肽類抗生素的耐藥機制
糖肽類抗生素(萬古霉素和肽可霉素)被用作治療耐甲氧西林金黃色葡萄球菌MRSA)和耐甲氧西林表皮葡萄菌(MRSE)等多種耐藥G + 菌株感染的首選藥物,曾一度被譽為人類對付頑固性耐藥細菌的最后一道防線。糖肽類抗生素主要作用于細胞壁(UDP-胞壁酸五肽)前體D-丙氨酸-D-丙氨酸,以阻斷肽聚糖合成中的轉(zhuǎn)糖基酶、轉(zhuǎn)肽酶及D,D-羧肽酶的作用,從而阻斷了細胞壁的合成,而導致細菌死亡。革蘭陰性菌因糖肽類抗生素不能穿透細胞膜而天然耐藥。隨著耐萬古霉素腸球菌(vancomycin-resistant enteˉrococcus,VRE)的出現(xiàn),抗生素的最后一道防線正面臨著崩潰。VRE不但對萬古霉毒耐藥,而且其耐藥因子能轉(zhuǎn)移給其它G + 菌株(如MRSA和MRSE等) [2] 。這種獲得性耐藥的主要表型是VanA和VanB型。
5.1 VanA型耐藥因子 VanA型主要存在于糞腸球菌和屎腸球菌,對其耐藥機制研究得比較清楚。VanA型耐藥因子是一個基因簇,包括抗性基因和調(diào)節(jié)基因(能調(diào)節(jié)抗性基因的表達,屬于雙元件調(diào)控系統(tǒng))兩部分。抗性基因由vanH基因的P R 啟動子啟動子轉(zhuǎn)錄。VanA型的基本耐藥機制是:當VRE所在環(huán)境中有萬古霉素等糖肽類抗生素存在時,位于膜上的VanS蛋白接受信號后發(fā)生自我磷酸化而激活,并將信號傳遞給細胞質(zhì)中VanR蛋白使其活化。活化的VanR蛋白的DNA結(jié)合域與調(diào)節(jié)基因vanR和抗性基因vanH的啟動子P R 和P H 的調(diào)節(jié)區(qū)相結(jié)合,從而激活抗性基因和調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄活性,使其大量表達。表達產(chǎn)物在脫氫酶VanH和連接酶VanA作用下形成D-Ala-D-Lac二羧肽,取代D-Ala-D-Ala二肽前體參與VRE的細胞壁合成,就這樣VRE形成的細胞壁肽聚糖前體小肽就以D-Ala-D-Lac作為末端,從而極大地降低了各種以D-Ala-D-Ala為靶點的抗生素的親和力,使VRE產(chǎn)生耐藥性 [5] 。
5.2 VanB型耐藥因子 VanB型耐藥型主要存在于糞腸球菌和屎腸球菌,具有較高的萬古霉耐藥性,其耐藥機制和VanA型類似。VanB型耐藥因子也是一個基因簇,包括耐藥基因和調(diào)節(jié)基因。抗性基因由vanY B 、vanW、vanH B 、vanB和vanX B 等5個基因組成,調(diào)控基因分別由vanR B 和vanS B 組成。抗性基因由vanY B 基因的P YB 啟動子啟動,調(diào)控基因由vanR B 基因的P RB 啟動子啟動。vanB、vanX B 、vanY B 、vanW、vanR B 和vanH B ,編碼的vanH B ,是脫氫酶,其功能與vanH類似,能催化丙酮酸生成D-乳酸;vanB和連接酶vanA一樣,連接D-Ala和D-Lac形成D-Ala-D-Lac二羧肽,取代細胞中的D-Ala-D-Ala二肽前體;VanX B 和VanX一樣是二肽酶,水解D-Ala-D-Ala二肽前體:VanX B 和VanY功能類似,是一種D,D-羧肽酶,能將五肽前體C端的D-Ala切除;VanW屬于VanB型所特有,其功能還不太清楚。調(diào)節(jié)基因vanR B ,vanS B 和VanA型的調(diào)節(jié)基因功能類似,同樣能調(diào)控VanB型抗性基因的表達。
VanA型耐藥性由轉(zhuǎn)座子Tn1546及其類似的轉(zhuǎn)座子介導,VanB型耐藥因子可以通過接合作用發(fā)生轉(zhuǎn)移。
6 結(jié)束語
抗菌藥物為人類的健康生存和發(fā)展作出了巨大的貢獻。然而隨著新的抗菌藥物開發(fā)速度的減低,而細菌耐藥性常為不可逆,抗菌藥物耐藥性成為需要緊急采取行動的全球性問題。深入了解藥物的作用機制及其相關(guān)的耐藥機制對研制新的有效的抗菌藥物是非常必需的。通過對目前已有的抗菌藥物的化學結(jié)構(gòu)進行改造,或合理的聯(lián)合用藥,避免抗菌藥物的濫用,對防治日益嚴重的感染、控制耐藥菌株的傳播大有裨益。
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