细菌耐药性的生物化学机制

崔道林++陈春丽++张帆

摘要：1929年英国伟大的微生物学家弗莱明发现了青霉素，金黄色葡萄球菌对其非常的敏感，挽救了无数人的生命。随着抗生素的广泛使用，越来越多的细菌对其产生了耐药性。本文就细菌耐药性的生物化学机制的分类进行了分析。

关键词：细菌耐药性；化学机制；抗生素

中图分类号：Q5-33 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）23-0161-02

一、通过产生酶，来分解或修饰药物

由于不恰当地使用抗生素，造成细菌产生大量的酶类来破坏抗生素或使抗生素失去活性。这些酶类主要包括两大类：灭活酶和修饰酶。

灭活酶能破坏抗生素的固有结构，从而使抗生素不能结合细胞内的靶位点，从而使细菌产生耐药性。在临床上最常见有β-内酰胺酶，它能破坏β-内酰胺类抗生素的β-内酰胺环。在大肠杆菌、链球菌、葡萄球菌中还可分离到红霉素酯酶，来破坏脂环，水解红霉素使之失活。修饰酶是指能通过乙酰化作用、磷酸化作用、核苷化作用等来灭活抗生素。修饰酶有四大类：乙酰转移酶（AAC），磷酸转移酶（APH），核苷转移酶（AAD），甲基化酶[1]。临床上分离得到的耐氨基糖苷类抗生素的菌株，如金黄色球菌和肠球菌可产生大量的修饰酶，使细菌对氨基糖苷类药物产生耐药性。

二、改变细胞膜和细胞壁的通透性

细胞膜和细胞壁通透性的改变被认为是产生多重耐药性的主要原因[2]，细胞表面的亲水蛋白，如OmpF，OmpC，PhoE等[2]，关系着亲水性药物的进出。亲水蛋白的正常存在，有利于亲水性的药物通过，而阻碍了疏水性药物的进入。如革兰阴性菌对疏水性的甲氧西林产生耐药性。如铜绿假单胞菌失去特异性外膜蛋白D2后对亚胺培南发生耐药[3]。

三、药物泵出系统

在一些细菌的外膜上还有一些特殊的药物泵出系统，可以将进入菌体内的药物分子泵出细胞外，来降低药物在细胞内的浓度而导致细菌对药物的耐药性[4]。这是临床上细菌对四环素、大环内酯类抗生素耐药的主要机制，也是金黄色葡糖球菌对喹诺酮类药物耐药的主要机制，铜绿假单胞菌对氯霉素、萘啶酸、环丙沙星、四环素等多种抗生素产生耐药，与铜绿假单胞菌外膜上的OprK蛋白的过量表达有着直接的关系[5]。通过铜绿假单胞菌oprK突变株的实验证明，铜绿假单胞菌对氯霉素、萘啶酸、环丙沙星、四环素等多种抗生素非常敏感。

四、改变药物的靶位点

药物通过结合细菌内的靶位点来抑菌或杀灭细菌，一旦靶位点的空间结构发生改变，药物就不能够结合细菌体内的靶位点，这样细菌就对该药物产生了耐药性[6]。不同种类的抗生素在细菌体内的靶位点是不同的，如β-内酰胺类抗生素，在细胞内的靶位点为青霉素结合位点（PBP），PBP的种类很多，青霉素与头孢菌素都是和PBP结合，但PBP种类不同，故发生的效应也不同；氨基糖苷类抗生素，在细菌体内的靶位点为核糖体30s小亚基，抑制mRNA的转录和蛋白质的合成，从而导致细菌的死亡；喹诺酮类抗生素，在细菌体内的靶位点为DNAⅡ型拓扑异构酶，抑制了细菌DNA的复制、修复和重组；大环内酯类抗生素，在细菌体内的靶位点为核糖体50s大亚基的23s单位，抑制肽酰基酶，影响细菌蛋白质的合成；四环素类抗生素，在细菌体内的靶位点为核糖体30s，抑制蛋白质的合成；糖肽类抗生素，在细菌内的靶位点为D-丙氨酸-D丙氨酸，阻碍细菌细胞壁的合成；氯霉素和林可酰胺类抗生素，在细菌体内的靶位点为核糖体50s亚基，抑制蛋白质的合成；磺胺类药物，在细菌体内的靶位点为二氢叶酸还原酶，抑制四氢叶酸的合成，四氢叶酸是一碳单位的载体，从而影响了细菌核酸的合成。

当大量耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）出现时，属于糖肽类的万古霉素对MRS变现为敏感，但是很快就发现了大量的抗万古霉素的MRS，原因与细胞内的39kD蛋白的形成有关，阻碍了万古霉素与D-丙氨酸-D丙氨酸的结合。近年来，细菌对喹诺酮类药物产生了严重的耐药性，编码DNA螺旋酶的gyrA基因发生了突变，造成其A亚基结构发生改变，从而造成喹诺酮类药物作用的靶位点发生了改变。

五、蛋白质翻译后修饰（PTM）

PTM能增强基因组的编码能力，从而能产生大量的多种类蛋白质，从而增加细胞内调控网络的复杂性。PTM的种类繁多，其中可逆的蛋白质的磷酸化不但是最广泛的传导信号，而且是一个中央处理的调节细胞生命活动的每一个方面，例如包括生长、代谢、运动、分裂、分化和免疫能力，以及较高的生物体的学习和记忆的行为。提高蛋白质中半胱氨酸的磷酸化翻译后修饰可以降低细菌的毒力和对药物的抗性，常见的作用于细菌细胞壁的药物如万古霉素和头孢曲松可以降低转录因子SarA和MgrA中半胱氨酸的磷酸化。

参考文献：

[1]Shaw，K.J.，et al.，Molecular genetics of aminoglycoside resistance genes and familial relationships of the aminoglycoside-modifying enzymes. Microbiol Rev，1993. 57（1）：138-63.

[2]Kumar，A. and H.P. Schweizer，Bacterial resistance to antibiotics：active efflux and reduced uptake. Adv Drug Deliv Rev，2005. 57（10）：1486-513.

[3]Gehring，K.B. and H. Nikaido，Existence and purification of porin heterotrimers of Escherichia coli K12 OmpC，OmpF，and PhoE proteins. J Biol Chem，1989. 264（5）：2810-5.

[4]del Mar Casal，M.，et al.，[Antimicrobial resistance in clinical patterns of Pseudomonas aeruginosa].Rev Esp Quimioter，2012. 25（1）：37-41.

[5]Ozer，B.，et al.，Efflux pump genes and antimicrobial resistance of Pseudomonas aeruginosa strains isolated from lower respiratory tract infections acquired in an intensive care unit. J Antibiot （Tokyo），2012. 65（1）：9-13.

[6]Hamzehpour，M.M.，et al.，OprK and OprM define two genetically distinct multidrug efflux systems in Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother，1995. 39（11）：2392-6.

作者简介：崔道林（1979-），男，山东成武人，研究生，助教，研究方向：细菌耐药性。

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