抗生素碳青霉烯耐藥菌株的研究進展

抗生素碳青霉烯耐藥菌株的研究進展

碳青霉酶是指至少含有一-羥色胺或三-羥色胺的-內(nèi)酰胺酶，包括從a、b和d中分類的三種酶。其中B類為金屬β-內(nèi)酰胺酶(metallo-beta-lactamases,MBL),簡稱金屬酶,屬于Bush分類中的第3組,按來源可分為天然金屬酶和獲得性金屬酶。前者由染色體編碼,后者多數(shù)由質(zhì)粒編碼,主要見于銅綠假單胞菌、不動桿菌和腸桿菌科細菌;A、D類為絲氨酸酶,分別屬于Bush分類中的第2f和2d亞組,A類酶主要見于腸桿菌科細菌,D類酶(OXA型酶)主要見于不動桿菌。由產(chǎn)碳青霉烯酶菌株感染造成的暴發(fā)流行,有時使治療陷入無藥可用的境地,給臨床抗感染治療帶來了極大的挑戰(zhàn)。所以,碳青霉烯酶已引起人們重視。碳青霉烯酶的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系1.炭疽芽孢桿菌的致病性是1個異基因家族,不同的酶相互之間的1級結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出低水平的序列相似性,但三維結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高水平的相似性,綜合起來有以下4個主要特征:能水解青霉素類、頭孢菌素類和碳青霉烯類抗生素;對鋅離子有依賴性;對螯合劑敏感;對單環(huán)β-內(nèi)酰胺類抗生素敏感。1)天然金屬酶:天然金屬酶通常是由細菌為了適應生存環(huán)境而產(chǎn)生,行使特定的生物學功能。攜帶此型基因的細菌一般無致病性,目前報道,僅有嗜麥芽窄食單胞菌和炭疽芽孢桿菌引起宿主致病。2)獲得性金屬酶:自從1988年Bush將含金屬離子的β-內(nèi)酰胺酶定義為金屬酶以后,迄今共發(fā)現(xiàn)了5個不同基因家族的獲得性金屬酶,即IMP(25型)、VIM(23型)、SIM-1、SPM-1和GIM-1。①IMP家族:IMP家族多數(shù)由IMP-1突變產(chǎn)生[1]。酶動力學研究顯示,IMP型酶具備典型的金屬酶特征,即對青霉素類、頭孢菌素類和碳青霉烯類具有不同程度的水解活性,但幾乎不水解氨曲南,也不被β-內(nèi)酰胺酶抑制劑所抑制。與IMP-1同源性較高的IMP-3～IMP-7、IMP-10,相互之間的同源性為90%～99%,其中IMP-3、IMP-6和IMP-10型金屬酶氨基酸序列與IMP-1相比,僅有1～2個氨基酸替代。IMP-9型金屬酶氨基酸序列與IMP家族其他成員一致性為78%～91%。IMP-2、IMP-8、IMP-13和IMP-16型金屬酶氨基酸序列一致性較高,與IMP-1同源性為84%～88%。酶動力學研究顯示,與IMP-1相比,IMP-2、IMP-8和IMP-13對頭孢西丁、頭孢他啶、頭孢吡肟及亞胺培南的水解活性相似,但對氨芐西林、羧芐西林、頭孢噻啶肟及美羅培南明顯不同;IMP-16型金屬酶同其他IMP型金屬酶功能上的主要區(qū)別是缺乏對頭孢西丁的水解活性,對亞胺培南的酶動力學參數(shù)kcat/Km值很低(0.36μM-2.d類碳青霉烯酶oxa-331985年英國學者首先在耐亞胺培南的鮑曼不動桿菌中發(fā)現(xiàn)具有水解碳青霉烯類抗生素活性的D類碳青霉烯酶OXA-23。到1998年,產(chǎn)OXA型碳青霉烯酶的鮑曼不動桿菌已遍布全世界。OXA基因可位于質(zhì)?；蛘呷旧w上,目前,在所有OXA型β-內(nèi)酰胺酶中至少有47種為碳青霉烯酶3.es、kpc、imi、shv-32和sfc-1的氨基酸序列A類碳青霉烯酶少見,但近年在腸桿菌科細菌中報道這類酶逐年增多。A類碳青霉烯酶基因位于染色體或者質(zhì)粒上,可能是1個異基因家族,包括GES、KPC、SME、IMI/NMC-A、SHV-38和SFC-16個家族,他們之間的氨基酸序列同源性為32%～70%。A類碳青霉烯酶可以水解青霉素類、早期頭孢菌素類、氨曲南和碳青霉烯類,對亞胺培南的水解活性強于美羅培南,可被β-內(nèi)酰胺酶抑制劑他唑巴坦、克拉維酸抑制。近年對GES、SME、IMI/NMC-A、SHV-38和SFC-1型碳青霉烯酶的研究少有進展。值得注意的是KPC型碳青霉烯酶在其他競爭菌株中的生長近10年,有關(guān)碳青霉烯酶的報道逐漸增多,特別是在銅綠假單胞菌、鮑曼不動桿菌和肺炎克雷伯菌中。產(chǎn)碳青霉烯酶的細菌波及范圍廣泛,在某些國家和地區(qū)有暴發(fā)流行的趨勢改良霍奇試驗由于各種碳青霉烯酶的耐藥異質(zhì)性,迄今為止,尚無公認的方法或國際權(quán)威機構(gòu)推薦方法可以進行所有碳青霉烯酶表型檢測,這給臨床檢測及抗生素的選擇帶來困惑。2009年,美國臨床實驗室標準化研究所(ClinicalandLaboratoryStandardsInstitute,CLSI)推薦改良霍奇試驗作為腸桿菌科細菌產(chǎn)碳青霉烯酶的表型確證試驗隨著分子生物學的發(fā)展尤其是聚合酶鏈反應技術(shù)的問世,從基因水平進行檢測和分析碳青霉烯酶,不僅可以準確、快速檢出碳青霉烯酶基因,還可以對耐藥基因進行定位,這有利于對產(chǎn)碳青霉烯酶細菌的耐藥機制以及流行病學研究,目前認為是較成熟的方法。隨著碳青霉烯酶新型別的不斷發(fā)現(xiàn),需要設(shè)計更多碳青霉烯酶基因的特異性引物,僅利用當前設(shè)計的引物有可能對新型碳青霉烯酶基因漏檢。此外,盡管該方法準確可靠,但存在操作步驟繁瑣、費用高及需要特殊儀器等缺點,而不能用于常規(guī)檢測。產(chǎn)碳青霉烯酶細菌耐藥藥物碳青霉烯類抗生素仍是目前最有效的β-內(nèi)酰胺類抗生素,由碳青霉烯酶介導的耐藥仍占少數(shù)。然而,碳青霉烯酶尤其是金屬酶的種類和數(shù)量近年不斷增多,引起的耐藥性更加廣泛、后果更加嚴重,對產(chǎn)碳青霉烯酶細菌的治療目前尚無特別有效的藥物。因此,臨床實驗室需要建立1種快速、準確