质粒介导的喹诺酮类药物耐药机制研究进展

夏利宁，南海辰，底丽娜

（新疆农业大学动物医学学院，新疆 乌鲁木齐830052）

肠杆菌科细菌对喹诺酮类药物耐药性日益加重，以往喹诺酮类的耐药研究多集中在染色体介导的靶位改变、膜通透性降低、外排泵亢进机制，质粒介导的喹诺酮类耐药鲜见报道。近年来出现一种质粒介导的喹诺酮耐药（plasmid-mediated-quinoloneresistance，PMQR）因子，是一种新的喹诺酮耐药机制。到目前为止发现3大类（qnr，aac（6′）-Ib-cr和qepA或oqxAB）由质粒介导的喹诺酮耐药类型。这些由质粒介导的耐药基因可以在菌间进行水平传播，使其他细菌获得新的遗传物质而主动产生耐药性，加大细菌耐药性传播的风险。本文就新出现的喹诺酮耐药机制综述如下。

1 qnr介导的喹诺酮耐药机制

1998年在美国阿拉巴马州伯明翰医学研究中心，Martínez-Martínez等首次报道从一株肺炎克雷伯氏菌中获得一个可转移喹诺酮类耐药性的质粒pMG252，他们将质粒携带的引起对喹诺酮类药物耐药的基因命名为qnr（Quinolone resistance，后来被命名为qnrA）。研究发现qnr基因可在不同细菌中迅速水平传播，它的存在还能加速细菌的染色体促旋酶和拓扑异构酶的喹诺酮耐药决定区（Quinolones resistance determining region，QRDR）的位点突变，使得含有qnr的菌株更加容易对喹诺酮药物产生更严重的耐药[1]。而且qnr基因常与其他多种耐药基因共同整合，限制了临床治疗相关细菌感染时选药或联合用药的范围。

qnr基因的新进展 随着新的qnr基因的发现，世界各地学者在人、动物及环境中发现不同的基因亚型种类，目前已知的qnrS有4个亚型，qnrB有23个亚型，qnrA有6个亚型[2]，2010年，周明明等人在海藻希瓦菌中发现一种新的qnrA7基因亚型[3]，2013年邵宜波等发现了qnrB24新亚型[4]，2013年杨晓燕等人首次从铜绿假单胞菌中发现qnrA1基因[5]，2013年Adachi等人首次在水生环境中检测出qnrS1[6]，2012年Mokracka等人在欧洲首次检测出qnrD[7]，随着人们的重视，可能以后将有更多的亚型被发现。

2 aac（6′）-Ib-cr的首次发现及其作用机制

2006年，哈佛医学院的Hooper等在研究qnrA介导的喹诺酮类耐药性时发现有些含qnrA的接合子对环丙沙星的MIC值为1mg/L，较其他结合子高4倍，进一步通过基因敲除试验，证实这种较高水平的耐药性是由与qnrA位于同一质粒上的氨基糖苷乙酰转移酶的变异基因aac（6′）-Ib-cr编码的灭活酶引起的。aac（6′）-Ib基因属于aac（aminoglycoside acetyltransferase，编码乙酰转移酶）基因，能使细菌对卡那霉素、阿米卡星和妥布霉素氨基糖苷类药物产生耐药。而aac（6′）-Ib存在cr变异后，即可产生一种新的喹诺酮耐药机制[8]。氨基糖苷乙酰转移酶介导的喹诺酮类耐药机制的发现意义重大，它推翻了以往常理认为喹诺酮类为全合成药物不会被灭活酶水解的观点，且首次发现细菌产生的灭活酶可同时作用于两种不相关的抗菌药物。自2006年首次发现aac（6′）-Ib-cr基因以来，林居纯等从2003-2010年间中国多省的部分养殖场食品动物源沙门菌中检测出aac（6′）-Ib-cr基因[9]，迄今有美国、斯洛文尼亚、阿根廷、丹麦、法国、英国、中国、埃及和西班牙等10多个国家报道了该基因的流行情况。是目前进行PMQR因子检测研究中检出率最高的基因，既可以位于染色体上，又可以位于质粒上，是危害最严重的耐药基因，2012年Ruiz E在染色体上亦检测出该基因[10]。

3质粒介导喹诺酮外排系统oqxAB和qepA的首次发现及其作用机制

传统认为在革兰阴性菌中，多数喹诺酮耐药外排基因是属于介导多药转运的RND（resistancenodulation-cell division）泵出系统家族。编码该系统的基因多数为内源性，且位于染色体上。目前，发现两种新的质粒介导喹诺酮外排转运系统，分别是OqxAB和QepA。

3.1 OqxAB外排系统 2003年Sorensen等从猪粪分离的大肠杆菌中发现能够介导耐喹乙醇药物的质粒pOLA52。之后的深入研究发现其耐药机制为质粒上编码的一个多药外排泵，称之为OqxAB。它属于RND外排系统家族。除了介导对喹乙醇的耐药外，还介导对其他药物如氯霉素的耐药。在acrA基因缺失的大肠杆菌中，pOLA52能够使该菌对萘啶酸和环丙沙星的MIC提高8倍到16倍。Hansen等对丹麦和瑞士1995年至1998年间556株年代大肠杆菌进行OqxAB检测，检出OqxA。Kim等从人源性的大肠杆菌中检出质粒介导的OqxAB基因，并在肺炎克雷伯氏菌的染色体中检出OqxAB基因，并发现该基因不同表达水平会导致细菌对喹乙醇的耐药性存在差异，2012年Literak I在欧洲检测越冬杂食的白嘴鸦粪便亦检测出该基因，说明动物粪便可能造成耐药的传播[11]。

3.2 QepA外排系统 2007年日本学者Yamane在日本兵库县从人源大肠杆菌中发现携带新型外排蛋白QepA（quinolone efflux protein A，QepA）的质粒pHPA。这个质粒介导氨基糖苷类、氟喹诺酮类和广谱的β-内酰胺类药物的耐药。QepA由511个氨基酸构成，为质子依赖型外排蛋白，由14个跨膜片段组成，属于主要易化超家族（major facilitator superfamily，MFS）。同年法国学者也发现qepA基因，他们发现菌株ECO1540与受体菌相比，包含质粒p IP1206的接合子对亲水性喹诺酮类药物（如环丙沙星和诺氟沙星）的耐药水平高10倍，而对疏水性喹诺酮类药物的MIC差异不大；当有泵抑制剂存在时，接合子对环丙沙星或诺氟沙星的耐药水平迅速降低。进一步的研究发现质粒上的qepA基因介导了上述变化。在发现qepA基因后，2008年法国学者又发现了和QepA蛋白相比有两个氨基酸改变的变异体，命名为QepA2，它同QepA（后来重命名为QepA1）一样能够介导对喹诺酮类药物的耐药。

目前，对qepA基因的检出报道不多，但近期的研究表明，该基因正在全世界范围内开始流行，2012年HassanW M在埃及首次检测出qepA[12]。目前研究表明，qepA基因在人和动物来源的菌株中均有存在，通过食物链，人类很可能获得此种耐药基因。尽管qepA的流行率目前较低，考虑到ISCR3C的存在和质粒的联合选择及共同转移的可能性，必须对这些多药耐药细菌进行更多的监控，并谨慎的使用抗生素。

这些（qnr基因，氨基糖苷乙酰转移酶的变异基因（aac（6′）-Ib-cr）和喹诺酮外排蛋白QepA或OqxAB），由质粒介导的耐药因子主要分布在肠杆菌科细菌中，尤其是肺炎克雷伯氏菌和大肠杆菌。

4 结束语

目前，全球很多地区在肠杆菌中都检出PMQR因子。细菌携带PMQR因子会导致喹诺酮类药物在临床治疗失败，或必须加大剂量才能发挥药效，其结果使细菌进一步对喹诺酮类药物完全耐药。此外，可能导致喹诺酮类药物的替代品失效，相关新基因的出现可能会在未来几年内陆续被检出，就如aac（6'）-Ib基因一样，最初介导细菌对氨基糖苷类药物耐药，但发生-cr变异后，同时对喹诺酮类药物也耐药。提示在目前这种人医和动物临床抗菌药物选择性压力下，还应当考虑现存耐药基因的进化趋势。变异的氨基糖苷乙酰转移酶的出现，让我们重新认识到了微生物顽强的适应能力。

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