AmpC β-内酰胺酶致细菌耐药机制的研究进展

唐婧娴 综述，黄永茂 审校

随着医学水平的不断进步，抗菌药物被广泛应用于临床，特别是广谱β-内酰胺类抗菌药物的大量使用，导致越来越多耐药菌株的产生，给临床治疗带来极大挑战。而含AmpC β-内酰胺酶的耐药菌株则是其中的代表之一［1］。自1973 年第一株AmpC β-内酰胺酶被发现至今，产AmpC酶的耐药菌株的病例不断被报道。此类菌株对第一至第三代头孢菌素、头霉素、氨曲南耐药，外膜蛋白丢失的菌株甚至出现对碳青霉烯类抗菌药物的耐药，且不被克拉维酸等β-内酰胺酶抑制剂所抑制，给临床抗菌治疗带来非常大的困难。本文对AmpC β-内酰胺酶的生物学特性、分类的研究进展作一综述。

1 AmpC β-内酰胺酶生物学特性

AmpC β-内酰胺酶又称头孢菌素酶，是由革兰氏阴性杆菌产生的不被克拉维酸抑制的“丝氨酸”头孢菌素酶，属于C类酶，相当于Richmond-Sykes class I，BJM group 1［2］类酶。多数肠杆菌属、沙雷氏菌属、枸缘酸菌属、摩根氏菌属均可产生AmpC β-内酰胺酶。初次是1967 年由Henwessey 在一种阴沟肠杆菌中发现的可诱导的β-内酰胺酶，即目前所知的染色体介导的AmpC酶。此后，各种质粒介导的AmpC酶又在全世界范围内发现［3］。AmpC 酶的作用机制目前还没有完全明确，它的出现与细胞壁肽聚糖循环相关，由存在于多种革兰氏阴性杆菌中的amp操纵子所控制，由结构基因ampc 基因所编码，至少有ampr、ampd、ampg 和ampe 四个不连锁的调节基因参与了AmpC酶的表达。各种AmpC酶诱导剂的使用如头孢西丁、头孢孟多、亚胺培南、克拉维酸等均可以诱导AmpC酶的大量产生。随着超广谱β-内酰胺类抗菌药物的大量使用，自然状态下的野生菌株发生着高频率的去抑制突变，表现为敏感的野生型菌群中出现了去抑制突变而高产AmpC酶的耐药菌株。目前，产AmpC酶的菌株对第一至第三代头孢菌素、氨基糖苷类、头霉素、氨曲南均表现较高的耐药率，部分外膜蛋白丢失的菌株甚至出现对碳青霉烯类抗生素耐药。

2 AmpC β-内酰胺酶的分类

2.1 染色体介导的AmpC 酶 染色体介导的AmpC酶根据产酶水平的高低可分为诱导高产酶、持续高产酶和持续低产酶，而根据ampc 基因是否具有诱导性分为诱导型AmpC 酶和结构型AmpC 酶。目前已知的介导机制包括以下三种：（1）ampc基因的拷贝数增加；（2）衰减子区域序列突变导致ampc 基因转录增加；（3）获得插入序列中含有强启动子。

诱导型高产酶即正常条件下产少量酶，而当有诱导作用的β内酰胺类抗生素存在的条件下（如头孢西丁、头孢孟多、亚胺培南等），AmpC 酶的产量明显增加100～1000倍。AmpC酶的诱导合成依赖ampr基因的调节。ampr 基因的缺失突变会使AmpC 酶丧失诱导特异性，但此时ampc 基因的表达水平会比非诱导基础状态提高2～3 倍。因此ampr 基因在非诱导状态作为ampc 基因转录的抑制因子，而在诱导状态下却成为ampc 基因的激活因子。ampr 基因在ampd 基因的调控下从激活子状态变为抑制子状态，从而抑制ampc基因的表达。当ampd基因发生突变后，产生有缺陷的ampd蛋白，失去抑制作用而使ampr基因处于激活状态，从而导致ampc 基因的大量表达［4］。而ampg 基因编码产生AmpC 酶影响细胞壁肽，使其转化为诱导AmpC 酶产生的胞浆信号分子［5］。ampg 在有β-内酰胺诱导剂存在时，向胞浆内传递诱导信号，诱导AmpC 酶的大量合成，而ampg 的缺失将抑制酶的诱导合成。

结构型AmpC 酶即大肠埃希菌呈现出与诱导型AmpC酶不同的表达模式-结构调节。大肠埃希菌野生株携带的ampc基因由于缺乏ampr基因的调控，而不具有诱导表达能力［6］。AmpC酶在大肠埃希菌中的表达是由ampc基因上游一个弱启动子以及转录衰减子序列进行调控，致使野生株大肠埃希菌低水平表达AmpC酶，但当染色体弱启动子突变为强启动子或衰减子突变使其稳定性减低，可导致ampc mRNA 的过度表达，从而引起AmpC 酶的大量增加。而ampc 基因拷贝数的增加和获得的插入序列中含有强启动子等因素，也可以引起AmpC酶的高产［7］。

2.2 质粒介导的AmpC 酶 AmpC 酶不仅可由染色体介导，还能通过质粒介导。并且通过质粒复制、结合子、转座子［8］、整合子［9］移位，在同种属和不同种属的革兰氏阴性菌之间进行传播，引起耐药菌株的大范围暴发流行［10］。现质粒介导的AmpC 酶在世界各地不同国家之间有不同的分布类型。质粒介导的AmpC 酶在分子结构上与染色体介导的AmpC 酶有一定的同源性（37%～99%），而不同质粒介导的AmpC酶之间也有一定的同源性。有研究表明，来源于同一菌种的AmpC 酶的同源性高，而来源于不同菌种的AmpC 酶的同源性低［11］。质粒介导的AmpC 酶在底物与抑制剂特性上与染色体介导的AmpC酶相似。

质粒介导的AmpC 酶主要存在于因缺乏AmpC酶结构基因或调节基因而不具诱导性染色体编码AmpC 酶细菌中，常在大肠埃希氏菌［12］、肺炎克雷伯菌、产酸克雷伯菌、产气肠杆菌、沙门菌及奇异变形杆菌中持续高水平表达。据其遗传学关系及氨基酸序列的同源性，可分为：弗劳地枸橼酸杆菌群、肠杆菌属群、摩氏摩根菌群、蜂房哈夫尼亚菌群、气单胞菌群、起源未定菌群等。质粒介导的AmpC 酶具有AmpC酶典型生化特性和抗药性，但其水解底物范围更广，耐药质粒往往同时携带氨基糖甙类、氯霉素、磺胺甲氧卞氨嘧啶、四环素等抗生素的耐药基因，常呈现多重耐药的特点。有研究发现，外膜蛋白缺失的菌株，若同时表达质粒介导的AmpC酶，甚至可以产生对碳青霉烯类抗菌药物的耐药［13］。

位于质粒上的AmpC 酶基因大小不等。一些质粒可同时含有几种类型的β-内酰胺酶基因。该酶多见于经常使用抗菌药物，特别是头孢西丁、拉氧头孢、头孢替坦、头孢美唑和碳青霉烯类抗菌药物的重症细菌感染者，尤其是经历过手术等侵入性操作、糖尿病、白细胞减少或肿瘤患者的细菌感染，经常使用免疫抑制剂治疗的患者（肝脏、肾脏移植）、免疫缺陷的患者的细菌感染，以及感染发生前预防性应用抗生素的患者。这些质粒往往同时携带有广谱酶如SHV-1、TEM-1，甚至同时携带有超广谱酶的情况也非常多见。

AmpC酶的产生对临床用药造成了极大的挑战，特别是质粒介导的AmpC 酶，其横向传播和突变，引起耐药菌株的大范围暴发流行，给临床合理使用抗生素敲响了警钟。合理的使用第三代头孢菌素和根据药敏实验选用抗生素，是减少高产AmpC酶菌株引发耐药的关键。对AmpC酶耐药机制的熟悉和理解，不仅能有效的指导临床合理用药，也能为新药的开发提供必要的基础。

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