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鲍曼不动杆菌耐药机制的研究进展

2021.5.21
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

【摘要】鲍曼不动杆菌引起的医院和社区感染日益增多且耐药性严重,给临床治疗带来严重挑战。它有多重耐药机制,现已出现泛耐药荫株。其在世界各地的蔓延已对全球构成威胁。本文对近年来国内、外有关不动杆菌的耐药机制相关资料进行归纳,以期根据耐药机制,采取相应的措施,控制医院感染,抑制不动杆菌感染的蔓延。

       【关键词】鲍氏不动杆菌;抗药性.; 交叉感染

 

       鲍曼不动杆菌是医院和社区感染的重要病原菌。其感染的危险因素包括危、急、重症患者。功能低下。用广谱抗菌药物或皮质类固醇治疗、器官插管、长时间的机械通气等。不动杆菌属对湿热、紫外线、化学消毒剂和外界环境有较强抵抗力。该菌可引起血流感染、肺炎、软组织或伤口感染、插管相关感染、尿路感染等。感染的致死率可达30%,是危、急、重症感染者的重要杀手。

       鲍曼不动杆菌易发生多重耐药且已出现泛耐药菌株,已有“革兰阴性杆菌中的MRSA”之称。其耐药机制复杂且多种耐药机制共存。大体上包括:1)设菌的基因组较大,可容纳下众多的携有多种耐药基冈的移动元件,如质粒、整合子、转座子、插入序列等。2)膜耐药。如外膜蛋白丢失从而造成通透性下降以及主动外排系统形成使细菌内有效浓度减少。3)细菌形成的生物被膜的耐药屏蔽作用。4)药物靶位如青霉素结合蛋白(PBPs)的变异导致与药物亲和力降低。5)产生多种灭活酶,如β-内酰胺酶中的金属酶、AmpC酶、碳青霉烯酶、超广谱β-内酰胺酶等。氨基糖苷类修饰酶、氯霉素水解酶以及氟喹诺酮类耐药基因。多重耐药株均为数种机制共存。现就此方向的进展综述如下。

鲍曼不动杆菌的基因组较大:可容纳多种耐药基因移动元件

       近期测得该菌的基因组为3.98 Mb,有3830个开发读码框架,易于接受外源性基因。这使得此菌对环境有极强的适应性且可容纳大量携有的耐药基因移动元件。以I 类整合子最为常见。在整合子5’保守端有编码整合酶基因及启动子,中间的基因盒可携多种不同性质的耐药基因。可导致多重耐药。3’端为sul I (耐磺胺基因)和qacE△1(耐消毒剂耐药基因)。细菌获得qacE△1基因并表达可将季铵类化合物(如新洁尔灭、苯扎溴铵、苯扎氯铵、度水芬)、双胍类化合物(洗必泰等)、腙类化合物、碱性染料等排出菌体。周月清等等检测鲍曼不动杆菌qacE△1基因的携带率为90.0%。

       国外的研究表明,鲍曼不动杆菌的基因组中有AbaR1耐药岛,含45个耐药基因。一株多重耐药株的耐药岛有74个耐药基因,其中含32个外排基因。已在此菌中发现转座子携带的I 类整合子,也发现菌中的插入序列IS Abal,可过表达Ampc 酶和OXA 51/69酶。鲍曼不动杆菌较大的基因组是其易出现多重耐药的结构基础。

产生多类药物的灭活酶或修饰酶

      1.β-内酰胺酶  此菌具有或可获得编码各类β-内酰胺酶的基因:1)A类酶:此菌可产生以TEM-1酶为代表的多种超广谱酶,以CTX-M-2为代表的CTX-M型酶。以SHV-12为代表的SHV酶。常见的酶还包括SHV-12、PER-1、VEB-1等,多为超广谱酶。国内外报道已很多,不再赘述。2)B类酶:主要为耐碳青霉烯的金属酶(MBLs)。此酶的活性依赖锌离子的存在,故名金属酶。IMP类金属酶在此菌中已发现有IMP-1、IMP-2、IMP-4、IMP-6、IMP-6。此外还发现有VIM-2型种SIM-1型金属酶等。3)C类酶:代表酶为不动杆菌来源的头孢菌素酶(acinetobacter-derived cephalosporitinases,ADCs),另外还有DHA-1型酶等。侯天文等等发现此菌携有blaDHA-1基因,同时还有bla TEM-1型基因。其DⅡA-1型AmpC 酶是一种质粒介导的头孢菌素酶,与摩氏摩根菌染色体AmpC 酶氨基酸序列一致率达98.17%~99.10%。首次发现的产DHA-1型AmpC 酶细菌是1992年自沙特阿拉伯Dhaham 医院一个患者大便标本中分离的肠炎沙门菌。产质粒介导的AmpC 酶革兰阴性杆菌临床可选用第4代头孢菌素和碳青酶烯类药疗。4)D类酶:即Bush分类的2D类酶。OXA-23型酶是第1个从鲍曼不动杆菌中分离出来的D类碳青霉烯酶blaOXA-23基因位于质粒或者染色体上。目前在耐碳青霉烯的鲍曼不动杆菌中已经发现了20余种OXA酶,主要有位于质粒的OXA-23、OXA-58,位于染色OXA-24、OXA-25、OXA-26、0XA-40和可自然出现的类似OXA-51/69酶的OXA-64、OXA-65、OXA-66、OXA-68、OXA-70、OXA-71、OXA-78、OXA-79、OXA-80、OXA-82,并且新的酶仍不断被发现。OXA酶首先与药物底物相互作用形成复合体或组成一个短暂的酰基酶中问体,继而γ-O丝氨酸位点攻击β-内酰胺环碳酰基的碳原子,随后中间体迅速脱酰基化释放出完整的酶和一个开环的产物。据钱洁等分析,OXA-23不是导致鲍曼不动杆菌耐碳青霉烯的唯一因素,而是由多种碳青霉烯酶共同作用并联含其他机制(例如外排泵的过度表达、外膜蛋白的变异引起的药物通透性降低)共同导致的高水平耐药。

       2.氨基糖苷类修饰酶(AMEs)   AMEs分为乙酰转移酶(AAC)、核苷转移酶(ANT)和磷酸转移酶(APH)3大类共50余种,可修饰氨基糖苷类的特定基团,降低或丧失对靶似核糖体的亲和力。此类基因借助于整合子、转座子、质粒等可移动性遗传元件在同种或不同种细菌间传播。酶的修饰作用导致了高水平耐药。现已从鲍曼不动杆菌中检出aac(3)-I、aac(3)-Ⅱ,aac(3)-Ⅲ、aac(3)-Ⅳ、aac(6’)-I、aad A1、aad B、ant(2”)-I、ant(3“)-I、aph A1、aph A6等多种修饰酶基因。多为数种基因同时存在。不同国家和地区细菌的修饰酶基因分布有很大差异,如美国以ant(2”)、aac(3)、aac(6’)最为常见,而日本则以aac(6’)多见。氨基糖苷类抗菌药物与β-内酰胺类药物合用过去曾作为治疗此菌感染的一线药物。然而近年国内的分子生物学研究发现。它可以通过获得氨基糖苷类修饰酶免受氨基糖苷类药物攻击。

       3.四环素的耐药酶  此菌耐四环素的基因TetA和TetB基因与它的外排作用有关。它的TetM基因有保护核糖体免受四环索类药物攻击的作用,可同时使多西环素,米诺环素失效。新型四环素类药物Tigecycline可抵抗酶的作用,是对抗此菌有希望的药物。

       4.氯霉素酰基转移酶(catB)   可钝化氯霉素而且氯霉索外排基因(cmll)可增强外排泵的作用,从而造成对氯霉素的耐药。据史伟峰等报道,该院鲍曼不动杆菌对氯霉素的耐药率高达92.7%。

喹诺酮类药物的耐药机制

       以DNA旋转酶A亚单位基因(gyrA)及拓扑异构酶Ⅳ的C亚单位基因(parC)发生突变为重要途径。史伟峰等研究表明20株对环丙沙星耐药的鲍曼不动杆菌gyrA密码子均由TCA→TTA,使氨基酸由Ser83→Leu。氟喹诺酮类药物作用于细菌的DNA回旋酶(Ⅱ型拓扑异构酶)和Ⅳ型拓扑异构酶,阻断了细菌的生长和分裂,起到杀菌作用。当编码DNA回旋酶gyrA基因和编码Ⅳ型拓扑异构酶的parC 基因发生突变时,细菌产生耐药。GyrA的基因突变多数发生在氨基酸密码子第67~106位,因此该区也被称为喹诺酮耐药决定区(QRDR)。国内对喹诺酮类药物的耐药机制研究大多集中在gyrA基因突变。而对parC 基因突变较少报道。gyrA基因突变发生的确切顺序各家报道不一,其中gyrA的Ser83→Leu是公认的第1个突变点。在研究中发现,所有耐药株除存在该位点突变外,还存在Ala88→Thr 新突变点;在parC 的测序分析中,未发现Ser80→Let突变。

生物被膜的药物屏蔽作用

       细菌生物被膜(BBF)是细菌为适应自然环境、有利于生存而特有的生命现象,系指细菌吸附于惰性物体如生物医学材料或机体黏膜表面后,分泌多糖基质、纤维蛋白、脂蛋白等多糖蛋白复合物,使细菌相互粘连并将其自身克隆聚集缠绕其中形成的膜样物。其中的藻酸盐多糖可吸附部分抗菌药物;同时,许多易于固定在BBF多糖蛋白复合物上的细菌产生的水解酶等也吸附其上而水解或钝化一部分抗菌药物,从而使渗入菌体的抗菌药物明显减少,达不到抑菌、杀菌浓度,而使药物失效。另外,多糖蛋白复合物还可以延缓大多数抗菌药物的扩散。有研究表明,某些抗生索可诱导BBF内细菌产生β-内酰胺酶的水平显著升高,而使细菌显示出高度的耐药性。鲍曼不动杆菌可形成生物膜,使其耐药性增强。14和15元环大环内酯类药物如克拉毒索、罗红霉素、地红毒素、氟红霉素、阿奇霉索等可抑制生物膜的形成,可提高喹诺酮类药物刘BBF的渗透性和对被膜下细菌的杀菌活性。

药物作用靶位的改变和外膜蛋白的缺失

       已有研究表明鲍曼不动杆菌膜上的青霉素结合蛋白(PBPs)可因基因变异而改变,如PBP2的表达减低,使青霉素和头孢类药物无结合位点而难以进入菌体。对多重耐药的鲍曼不动杆菌研究发现其可有22、33、37、44、47、43 kDa的外膜蛋白缺失。这类耐药机制常与其他机制共同形成多重耐药。

外排系统的重要作用

       鲍曼不动杆菌可形成药物的外排泵使进入菌体的药物浓度明显减低而失效。外排系统(acinctobacter drug cfflux,Adc)就是由不动杆菌发现的。此菌的外排泵以Adc ABC为主。其结构与耐药结节分化(resistance nodulation division,RND)的三联多药外排系统相似,由AdeA(ORF4),AdeB(ORF5),AdeC(ORF6)组成,分别位于细菌的细胞膜内、膜上和膜外。此系统可排出多种底物,有氨基糖甙类、氟喹诺酮类、四环素类、米诺霉素、氯霉素、红霉素、甲基苄胺啼啶等。但对利福平、磺胺、阿莫西林、头孢他啶没有排除作用。此外。还发现有AdeDE系统,可使对喹诺酮类、哑胺培南、庆大霉素、奈替米星、阿米卡星等的敏感性减低。日本发现此菌的AdeM系统可能是多药及毒物外排(multidrug and toxic compound extrusion,MATE)系统的成员,可使对喹诺酮类、庆大霉索、柔红霉素、阿霉素等的敏感性减低。另有发现AbxM外排系统的报道。

       鲍曼不动杆菌如此复杂的耐药机制常使临床对感染者,尤其是重症患者可选用的药物非常有限。常用药物包括阿米卡星、亚胺培南、美罗培南、头孢他定和喹诺酮类。曾有的推荐治疗方案包括:单用美罗培南或亚胺培南;联合使用喹诺酮类种阿米卡星;或联合使用喹诺酮类和头孢他定。多黏菌素是治疗鲍曼不动杆菌感染的有效药物。但因其肾毒性和神经毒性而限制了临床应用。Tigecycline可能是一种有希望的药物。

       对于泛耐药株,在体外的抑菌试验证明多黏菌素和亚胺培南及与利福平间有协同作用,此三者合用也有协同作用。黏菌素与利福平间,亚胺培南与氨苄西林-舒巴坦间、利福平与氨苄西林-舒巴坦间有协同作用,可依患者情况选用。在临床上以用利福平与黏菌素并用较多。


作者信息: 李新1 综述  王金良2 审校

1.天津中医大学附属第一医院 2.天津市公安医院


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