结核分枝杆菌耐药机制研究进展

王秀媛

作者单位：301800 天津，天津市宝坻区中医医院检验科

结核病是一种传染性疾病，其病原菌为结核分枝杆菌。临床上常应用抗生素来治疗该疾病。近年来，抗生素的广泛应用和不合理使用，导致耐药结核菌株的出现。耐药结核菌株的产生和播散，已成为21世纪结核病控制难题之一。因此，需深入了解结核杆菌耐药机制，并作出相应的药物调整，以遏制耐药结核病的蔓延[1]。结核分枝杆菌和其他细菌一样具有复杂的耐药机制，可分为固有性耐药和获得性耐药。本文就结核分枝杆菌的耐药机制综述如下。

1 固有性耐药机制

1.1 结核分枝杆菌细胞壁渗透性下降 分枝菌酸、阿拉伯半乳聚糖和细胞壁黏肽三种成分共同组成结核分枝杆菌的细胞壁。细胞壁内类脂质含量非常高，使亲水性抗生素进入细胞壁间隙较慢，这一物理屏障成为结核分枝杆菌第一道抵制药物的防线。细胞壁渗透性下降，药物不容易通过高疏水性细胞壁间隙，这样就降低了药物的有效性，成为结核分枝杆菌耐药机制中最常见的一种[2]。

1.2 药物外排泵 外排泵属于细胞重要功能性膜蛋白，是代谢链组成的重要部分，当有药物进入细胞时，外排泵充分发挥外排作用，将药物从胞内排除。研究发现，外排泵在分枝杆菌耐药机制中发挥重要作用：当药物进入胞内时，外排泵会将胞内药物泵出胞外，这样胞内药物浓度显著降低，可能不能达到发挥作用的有效浓度，无法对分枝杆菌的生长等生理过程进行抑制，从而导致细菌耐药性的产生[3]。以蛋白氨基酸同源性为划分依据，药物外排泵可分为多个类型。目前已发现的外排泵类型主要有易化超家族、耐受小节分裂区家族、ATP结合盒超家族、小耐多药性家族等[4]。

2 获得性耐药机制

2.1 异烟肼 异烟肼是酰肼类药物，其主要作用机制是对结核杆菌菌壁分枝菌酸的生物合成进行抑制，通过抑制该反应导致细菌的疏水性、增殖性和耐酸性均丧失，使细胞无法适应外部环境，导致细胞最终破裂、死亡。此外，异烟肼的另一作用机制为可以结合细菌胞内的一些辅酶，导致辅酶不能很好地发挥生理作用，致使细菌D N A和R N A的合成被干扰，从而达到杀菌目的。与结核分枝杆菌耐异烟肼有着密切关系的基因包括kasA、katG、inhA、ndh等。

katG基因表达的过氧化氢酶-过氧化物酶可氧化异烟肼药物前体为异烟酸，后者可与enoyl-A C P还原酶发生反应，阻止结核杆菌合成胞壁枝菌酸，导致细胞壁破裂。当katG基因发生点突变、部分缺失、碱基对插入等时，过氧化氢酶-过氧化物酶活性降低或缺失，异烟肼活化障碍，是导致异烟肼耐药的主要原因[5]。第315位密码子位点突变多为苏氨酸、天冬酰胺、异亮氨酸、精氨酸代替苏氨酸；第463位密码子突变多表现为亮氨酸代替精氨酸突变为亮氨酸。此外还可见k a t G基因第104位精氨酸、第108位组氨酸、第148位亮氨酸等突变[6]。

inhA基因编码enoyl-ACP还原酶，后者是异烟肼的作用靶点。活化的异烟肼通过N A D H辅助因子与inhA酶的活性部位相结合，导致该酶失活，分枝菌酸生化合成途径受阻。当inhA基因发生突变时，可通过降低异烟肼与N A D H的亲和力导致异烟肼耐药。i n h A基因突变率较高位点主要在280位、94位、90位。inhA基因的突变频率低于katG基因，且产生较低的异烟肼耐药性[7]。inhA基因突变还会引起与异烟肼结构相近的抗结核药物乙硫异烟肼产生耐药性变化[8]。

2.2 利福平 利福平主要通过于结核杆菌依赖DNA的RNA聚合酶β亚单位(rpoB）作用而发挥抗结核作用，阻断细菌的转录过程，使用细菌死亡。大约90%～95%的利福平耐药菌株存在rpob基因突变。该基因突变可降低R N A聚合酶的稳定性，使利福平不能与结核杆菌的rpoB结合，导致结核杆菌对利福平耐药。

r p o b基因突变95%发生在密码子第507～533位点，突变类型包括点突变、缺失或插入等，以第531位亮氨酸、色氨酸代替丝氨酸，第526位酪氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、脯氨酸代替组氨酸最为常见。531位和526位密码子突变是导致利福平高水平耐药的主要原因。rpoB基因其他位点也可发生突变，如第511、516、518、522位点，但发生频率低于第531和526位，且导致利福平和利福喷丁低水平耐药[9]。研究表明，RNA聚合酶的其他亚基也可发生突变，并可能通过改变分枝杆菌细胞壁的渗透屏障引起利福平耐药，仍需进一步深入研究[10]。

2.3 吡嗪酰胺 吡嗪酰胺在结核杆菌菌体内的吡嗪酰胺酶作用下，转化为吡嗪酸而发挥抗菌作用。此外，吡嗪酰胺的化学结构类似于烟酰胺，可影响脱氢酶，抑制结核杆菌利用氧的过程，从而导致细菌的正常代谢受阻，细菌死亡。多项研究结果均支持，结核分枝杆菌耐吡嗪酰胺的主要原因与吡嗪酰胺酶的编码基因pncA突变有关[11]。pncA基因包含561个碱基，点突变较常见，突变位点繁多，较为分散，多达50多个突变位点可能与吡嗪酰胺耐药有关，但主要集中在第3～17位、132～142、61～85等[12]。

2.4 链霉素 链霉素的抗菌作用主要是与结核分枝杆菌核糖体的30s亚单位相结合，干扰细菌m R N A的翻译，从而阻碍蛋白质。其中，r p s L基因主要编码核糖体蛋白S12，第43和88位密码子是其主要突变位点，由精氨酸代替赖氨酸；rpsL基因中第43位密码子的突变频率最高，且往往导致高水平耐药。Rrs基因主要编码16SrRNA，第491、512、519位点是其主要突变位点[13]。然而，有约三分之一的低水平耐链霉素菌株中，rpsL和rrs基因并没有发生突变，提示链霉素耐药可能还有其他基因共同参与[14]。

2.5 乙胺丁醇 乙胺丁醇属阿拉伯糖类似物，其作用机制是与阿拉伯糖基转移酶进行结合，进而影响阿拉伯甘露聚糖和阿拉伯半乳聚糖的合成，最终导致细胞壁合成受到影响，细胞内出现酸积累，随着积累增多导致细胞死亡。因阿拉伯糖基转移酶对结核分枝杆菌内存在，故乙胺丁醇也成为抗结核的重要药物。近年来发现结核杆菌对乙胺丁醇也出现耐药性，对其耐药机理进行分析发现，阿拉伯糖基转移酶的编码基因embABC操纵子过分表达点或突变导致药物失去作用位点是主要的耐药机制[15]。

2.6 喹诺酮类 喹诺酮类药物主要通过抑制结核分枝杆菌的活性，从而停止D N A复制。D N A回旋酶由gyrA和gyrB基因编码，这两种基因突变不利于喹诺酮类药物与D N A回旋酶的结合，引起耐药性。gyrA基因往往导致中至高度耐药，gyrB基因突变主要引起低水平耐药。gyrA基因的突变位点主要集中在第90、91、94位密码子。但仍有高达58%的对喹诺酮耐药的结核杆菌菌株未出现g y r A、g y r B基因突变，其耐药机制有待进一步研究。

3 展望

结核病的病原菌为结核分枝杆菌，临床对于该疾病的治疗主要为抗生素类药物治疗，但随着抗菌药物的广泛使用，细菌耐药性是目前临床面临的一项重大难题。细菌耐药性的出现为疾病治疗带来了巨大的考验。针对结核病，耐药结核菌株的出现，特别是耐多药菌株和广泛耐药菌株的出现给疾病的预防、治疗带来更多困难，目前针对耐药机制的研究已经有了初步进展，也为耐药机制的进一步研究和研发针对耐药机制的特效药物提供了指导和方向，对疾病预防和治疗具有重要意义。但结核菌耐药机制多变且复杂，目前并未完全掌握其机制，仍需更进一步研究。