金黄色葡萄球菌与大肠埃希菌常见耐药基因对抗生素耐药性的研究进展

甘 宇，梁妙翎

（贵港市中西医结合骨科医院检验科 广西 贵港 537100）

人类诊治细菌导致的疾病，由依靠自身免疫力到广泛使用各类抗生素，虽然疾病治愈率极大提高，但细菌对抗生素耐药性也日趋严重。细菌耐药菌株产生的直接后果是降低抗生素疗效，增加治疗成本；缩短新药使用周期，加大新药研发成本，最终导致有疗效的抗生素减少，对健康构成威胁。目前，细菌耐药已成为全球性问题，几乎所有细菌都有耐药菌株，多种抗菌药物都能被细菌耐药基因抵抗或破坏[1-4]。本文就金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌常见耐药基因的结构与功能、及其介导的耐药机制等方面做以下综述。

1.细菌耐药基因的起源与传导

细菌是在自然界中广泛存的单核微生物，要在长期相互竞争的环境里生存，必然产生一些自我保护的措施，耐药基因就是细菌自我保护的生存措施之一。长期不合理使用抗生素，进一步促使细菌产生多样化的耐药基因，在2011年，仅美国一个国家，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）就造成了超过8万例的侵袭性感染[5]。自然环境里，有耐药基因的菌株只是少数，但近年来，人类的各种生产活动大幅度增长，人员流动增多，有耐药基因的细菌也随之四处扩散，给人类健康带来损害。因此，细菌耐药菌株的传播与人类活动有着密切关系；减少耐药性细菌的产生已成为全人类共识。

2.金黄色葡萄球菌常见耐药基因的基本结构与功能、耐药机制

金黄色葡萄球菌耐药最常见的是MRSA，从2005年中国细菌耐药性监测开始以来，我国的局部区域的MRSA检出率在40%以上[6]。

2.1 MRSA对β内酰胺类抗生素耐药主要由耐药基因mecA介导，经研究发现mecA基因存在于葡萄球菌染色体中一个可移动元件SCCmec上，这个元件由不同的整合子、转座子等组成，分别编码不同的耐药基因[7-8]。MRSA获得基因mecA后，编码出PBP2a是其耐甲氧西林的主要基础。编码PBP和PBP2a的基因与调控因子具有同源性。PBP2a的生成与BLA（β-内酰胺酶）的诱导呈相关性，mecA受其邻近的mecRI-mecI调控，当β-内酰胺类抗菌药物诱导后，抗菌药物结合到MecRI感受器的应激区域上，MecRI被激活，去除MecI对mecA的抑制作用，mecA开始表达，生成大量的PBP2a, PBP2a对β-内酰胺类药物的亲和力很低，对几乎所有的β-内酰胺类耐药，细菌从而产生耐药性。

2.2 MRSA对大环内酯类抗生素耐药主要由耐药基因ermA、ermC介导，基因erm是编码核糖体甲基化酶的基因，能改变细菌核糖体50 S亚基23 S rRNA，使特定的核苷酸残基甲基化，使之与大环内酯类抗生药物结合靶位发生改变，减少结合，使抗菌药物对50 S核糖体的亲和力极大降低而表现出耐药性。国内有报道，对MRSA进行大环内酯类抗菌药物耐药基因检测，发现ermA和ermC基因占65%以上[9]。夏雯[10]等报道，erm基因介导的MRSA对大环内酯类耐药以ermA、ermC类型最为常见，其基因表达的甲基化酶是对大环内酯类耐药的主要酶类。

2.3 MRSA对四环素类抗生素耐药，主要由tetM基因参与，该基因介导编码核糖体保护蛋白，能阻碍四环素类药物与细菌核糖体结合而耐药，闵长艳等[11]报道的MRSA的耐药基因检测中发现，四环素耐药菌株检测到的tetM基因占总检出率最多。反映了tetM基因是四环素类药物耐药产生的主要因素。

2.4 MRSA对氨基糖甙类抗生素耐药，是该耐药菌株含有对氨基糖苷类抗菌药物修饰酶（AME）的耐药基因，其介导的耐药以三类修饰酶为主[12]，（1）乙酰转移酶、（2）磷酸转移酶、（3）核苷转移酶，激活后将氨基糖苷类抗菌素的游离氨基乙酰化、游离羟基磷酸化、游离羟基核苷化，通过以上途径，AME改变了抗菌药物的原有分子结构，从而导致抗生素失去活性，细菌产生耐药。氨基糖苷类抗生素的分子结构存在着诸多相似，因此常出现此类抗生素的相互交叉耐药现象。对氨基糖苷类耐药的MRSA进行基因检测，其中以aac（6’）-aph（2”）基因最为重要，是MRSA对氨基糖苷类抗菌药物产生耐药的主要因素[13]。

MRSA均为多重耐药性，除自身携带多种耐药基因外，还可在接触其他细菌后，通过质粒交换，获得额外的耐药因子[14-15]。因此，有些药物敏感试验在实验室纯培养条件下是敏感，抗菌药物在人体内却是耐药。临床医生应谨慎选用抗菌药物，减少耐药细菌增加。

3.大肠埃希菌常见耐药基因的基本结构与功能、耐药机制

大肠埃希菌耐药最常见的是产超广谱β内酰胺酶（ESBLs）菌株。由于头孢菌素在临床上大量使用，使得ESBLs菌株在我国广泛传播[16]。大肠埃希菌产ESBLs菌株的基因型主要分为TEM型、SHV型、CTX-M型、OXA型。不同地域和医院，因使用抗生素有所差别，产ESBLs型菌株发生率也大不一样。

3.1 TEM基因型ESBLs，首先发现于希腊患者Temoniera的血培养中分离获得的大肠埃希菌，因此命名为：TEM型。TEM型ESBL是由广谱酶TEM-1基因位点发生变异，使得多个氨基酸发生改变，主要改变点在104位Glu/Lys；164位Arg/Ser、His；238位Gly/Ser；240位Glu/Ser，因此形成一系列有差异的酶蛋白，至今已发现了199种亚型。这些突变引起了耐药性和等电点的改变，使得TEM型各亚型的ESBLs酶能水解对应β内酰胺类抗生素（如青霉素类和氧亚氨基头孢菌素），其出现主要是抗生素不合理使用，细菌生存性选择的结果。该基因由质粒介导，主要引起细菌对β内酰胺类抗生素耐药[17-18]。

3.2 SHV基因型ESBLs,能水解头孢噻吩的巯基，并以英文Sulphadryl varible的缩写SHV而命名。首个SHV型ESBLs发现于德国，属于SHV-2型，经发现SHV的亚型已有一百多种，SHV型ESBLs的PI值在7.0～8.2之间。各亚型是在SHV-1型的基因位点突变的基础上，使得1～7个氨基酸改变，主要改变点在238位Gly/Ser；240位Glu/Lys，因不同位点的氨基酸被取代，而形成的一系列酶蛋白衍生物，可水解各类广谱头孢菌素（如头孢他啶、头孢噻肟等）和单环β内酰胺类抗生素（如氨曲南等），从而使细菌产生耐药性，并且该基因由质粒介导，具有快速转导耐药基因的能力[19-20]。

3.3 CTX-M型ESBLs，因其能高效水解头孢噻肟（Cefotaxime），故以名称缩写命名为CTX-M，一般由291个氨基酸残基组成，分子质量28 ku, PI值介于7.4～9.0。1990年首先在德国发现携带有CTX-M型ESBLs大肠埃希菌，现有150多种亚型。依照基因序列的同源性分组，可分为四个大组：第一组包括CTX-M-1,3；第二组包括CTX-M-2,4,5,6,7和Toho-1；第三组为Toho-2和CTX-M-9；第四组CTX-M-8。此酶的237位丝氨酸残基、276位精氨酸残基对水解头孢噻肟起重要作用。其他位点的氨基酸残基如169位Gln/Leu/Met/Cys/Pro、77位Val/Ala、119位Leu/Phe、240位Gly/Asp等，由于这些位点的氨基酸替换，对CTX-M型ESBLs的能水解各类广谱头孢菌素起显著作用[21-22]。

3.4 OXA型ESBLs,对苯唑西林（Oxacillin）、氯唑西林（Cloxacillin）有很强的水解能力，故以此为名OXA酶，依据其基因序列分为12个组，OXA-23、OXA-24/40、OXA-48、OXA-51、OXA-58、OXA-134a、OXA-143、OXA-211、OXA-213、OXA-214、OXA-229和OXA-235，各组内又存在众多亚型号，各组ESBLs之间同源性很低。因为基因位点发生突变，位点的氨基酸被替换，使得OXA型ESBLs对苯唑西林和氯唑西林的水解作用很强，对于头孢菌素类的水解能力低于青霉素类，OXA酶还能够诱导大肠埃希菌外排泵的高表达，具有主动外排的机制，能够将进入菌体的药物排出，减少抗菌素活性，形成耐药机制[22]。

3.5 AmpC酶介导的耐药，AmpC酶属β内酰胺酶Ambler分子结构分类法中的C类和Bush Jacoby Medeiros功能分类法中第一群，能水解头孢菌素、且不被克拉维酸所抑制，分为染色质介导型和质粒介导型。在大肠埃希菌发现的AmpC酶主要由质粒介导[23]，产AmpC酶菌株的耐药常表现为多重耐药和交叉耐药，不仅对β-内酰胺类抗生素耐药，对氟喹诺酮类、磺胺类及氨基苷类抗菌药物也耐药。有研究表明，质粒携带的遗传信息能赋予宿主菌某些生物学形状，有利于细菌在特定的环境条件下生存，它是多种抗生素耐药基因的携带载体[24-25]，这些质粒上基因主要是通过接合、转导和转化等方式在菌株之间进行水平传播，临床上出现的高产AmpC酶大肠埃希菌株多是因为获得携ampC基因质粒，使得不同菌株获得耐药性。

4.小结与展望

近年，越来越多的多重耐药菌株的不断报道，这说明环境的改变，促进了细菌进化，人员的流动性，又增大了各种菌类相互接触的机会，细菌种群间的各种耐药基因通过染色体遗传（如染色体遗传、基因介导、染色体突变介导等）和质粒介导（如转化、转导、接合、易位或转座等）的方式，是使之获得了多重耐药的决定性因素。既往研究表明，多种耐药基因的共存不仅可增强耐药性，也可扩大耐药谱，只要诱导剂（抗菌素）出现，就激发出相应的耐药性[26-27]。因此，减少耐药菌株的产生和阻止传播刻不容缓，加强细菌耐药监测并准确检出耐药菌株及时上报；医务人员要合理使用抗菌药物，严格执行消毒隔离制度，从源头上消除产生耐药菌株的各项因素。