鮑曼不動(dòng)桿菌的多重耐藥性與主動(dòng)外排系統(tǒng)

劉嘉，申恒巧，劉漢清

(1.江蘇建康職業(yè)學(xué)院，南京210029;2.山東省淄博市婦幼保健院，255029;3.南京中醫(yī)藥大學(xué)，210029)

鮑曼不動(dòng)桿菌(Acinetobacter baumannii)是目前臨床上常見(jiàn)的非發(fā)酵革蘭陰性致病菌，其在免疫力低下的患者中，可以引起嚴(yán)重的感染，進(jìn)而導(dǎo)致肺炎、傷口感染、敗血癥、腦膜炎、中耳炎、泌尿系感染等多種疾?。?］。根據(jù)最新國(guó)際醫(yī)院感染控制聯(lián)盟(International Nosocomial Infection Control Consortium，INICC)資料顯示［2］，鮑曼不動(dòng)桿菌醫(yī)院感染日益增多，僅次于金黃色葡萄球菌和大腸埃希菌，并且呈現(xiàn)多重耐藥現(xiàn)象，對(duì)許多臨床常用的抗菌藥物耐藥。GORDON等［3］總結(jié)了鮑曼不動(dòng)桿菌的特點(diǎn):①具有強(qiáng)的生存力和抵抗力;②廣泛耐藥和多重耐藥;③具有高定植率和傳染性。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究證實(shí)鮑曼不動(dòng)桿菌的多重耐藥性與其存在的能量依賴(lài)性主動(dòng)外排系統(tǒng)相關(guān)，其中耐藥結(jié)節(jié)分化(resistance nodulation division，RND)超家族、易化子超家族(major facilitator super family，MFS)和多藥及毒物外排(multi-drug and toxic compound extrusion，MATE)家族是鮑曼不動(dòng)桿菌中最重要的主動(dòng)外排系統(tǒng)［4-5］。自2001年和2004年分別發(fā)現(xiàn)鮑曼不動(dòng)桿菌的第一個(gè)RND外排系統(tǒng)AdeABCr73及其雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)AdeRSE81以來(lái)，又陸續(xù)在不動(dòng)桿菌中發(fā)現(xiàn)了AdeIJK、Tet和AbeM外排系統(tǒng)［3］。筆者就鮑曼不動(dòng)桿菌的多重耐藥性與這些主動(dòng)外排系統(tǒng)的關(guān)系綜述如下。

1 多重耐藥性與易化子超家族

MFS超家族是一個(gè)古老的進(jìn)化產(chǎn)物，存在于細(xì)菌及真核生物中，可轉(zhuǎn)運(yùn)糖類(lèi)、生理代謝物及藥物，是目前已知最龐大的糖類(lèi)和藥物的轉(zhuǎn)運(yùn)體家族。MFS超家族是由400多個(gè)氨基酸殘基組成的12～14個(gè)跨膜α-螺旋結(jié)構(gòu)，跨膜區(qū)(transmembrane section，TMS)存在許多高度保守的氨基酸序列，該區(qū)在其結(jié)構(gòu)維持和功能發(fā)揮上有重要作用。

MFS類(lèi)外排系統(tǒng)依賴(lài)質(zhì)子泵動(dòng)力把鮑曼不動(dòng)桿菌內(nèi)的藥物排到胞外，且通常與RND超家族和MATE家族形成轉(zhuǎn)運(yùn)共同體，完成對(duì)多種抗菌藥物的外排［6］。MFS家族中與鮑曼不動(dòng)桿菌多重耐藥性聯(lián)系最緊密的是Tet外排系統(tǒng)，Tet是鮑曼不動(dòng)桿菌對(duì)四環(huán)素耐藥的主要機(jī)制之一。編碼Tet外排泵的基因有8種，其中，tetA～tetE存在于革蘭陰性菌，tetP僅限于梭菌屬，tetK和tetL則存在于革蘭陽(yáng)性菌中。MARTI等［7］研究證實(shí)與鮑曼不動(dòng)桿菌耐藥有關(guān)的Tet外排系統(tǒng)主要是TetA和TetB，TetA主要與鮑曼不動(dòng)桿菌對(duì)四環(huán)素的耐藥有關(guān)，而TetB主要與鮑曼不動(dòng)桿菌對(duì)四環(huán)素和米諾環(huán)素的耐藥有關(guān)，但這2個(gè)外排系統(tǒng)都不會(huì)導(dǎo)致鮑曼不動(dòng)桿菌對(duì)新型抗菌藥物甘氨酰環(huán)素的耐藥。其檢測(cè)了79株耐四環(huán)素鮑曼不動(dòng)桿菌的tetA和tetB基因發(fā)現(xiàn)，66%菌株攜帶tetB基因，而只有13.6%的菌株攜帶tetA基因。RIBERA等［8］發(fā)現(xiàn)在鮑曼不動(dòng)桿菌中，編碼Tet外排蛋白的基因與編碼阻遏蛋白的基因常同時(shí)存在，這個(gè)系統(tǒng)受到環(huán)境中四環(huán)素的調(diào)控。當(dāng)環(huán)境中不存在四環(huán)素時(shí)，阻遏蛋白可阻止結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄;當(dāng)環(huán)境中存在四環(huán)素-Mg2+復(fù)合物時(shí)，可與阻遏蛋白結(jié)合，從而改變其構(gòu)象，啟動(dòng)結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致四環(huán)素耐藥。

2 多重耐藥性與耐藥結(jié)節(jié)分化超家族

RND超家族是革蘭陰性桿菌中最重要的主動(dòng)外排系統(tǒng)之一，其是由內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、膜融合蛋白(membrane fusion proteins，MFP)和外膜通道蛋白(outer membrane protein，OMP)組成的三聯(lián)復(fù)合體。RND家族介導(dǎo)的主動(dòng)外排是以質(zhì)子跨膜濃度梯度作為外排動(dòng)力的，即排出一個(gè)藥物分子的同時(shí)一個(gè)H+進(jìn)入胞內(nèi)［9］。目前，研究較多的與鮑曼不動(dòng)桿菌的多重耐藥性相關(guān)的RND家族的主動(dòng)外排系統(tǒng)有AdeABC、AdeIJK 及 AdeRS 3 種［6］。

2.1 AdeABC主動(dòng)外排系統(tǒng) AdeABC外排系統(tǒng)是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的與鮑曼不動(dòng)桿菌多重耐藥性密切相關(guān)的RND家族成員，其過(guò)度表達(dá)與氨基苷類(lèi)抗菌藥物、β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗菌藥物、氯霉素、琥乙紅霉素、四環(huán)素和溴乙錠耐藥有關(guān)［10］。AdeABC外排系統(tǒng)是由 AdeA、AdeB和AdeC共同組成的三聯(lián)體，其中AdeA是膜融合蛋白，AdeB是外排蛋白，AdeC是外膜通道蛋白。在外排過(guò)程中，AdeA起協(xié)調(diào)作用，可使細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)膜與細(xì)胞外膜更接近，并穩(wěn)定OMP的結(jié)構(gòu)。AdeB則從細(xì)胞內(nèi)膜或細(xì)胞質(zhì)中攝取底物，通過(guò)AdeC(OMP)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外。

adeABC基因位于鮑曼不動(dòng)桿菌的染色體基因組中，其按照adeA，adeB，adeC的順序排列，他們朝同一方向轉(zhuǎn)錄，分別編碼 AdeA、AdeB和 AdeC蛋白。adeABC基因無(wú)論在敏感或耐藥株中均普遍存在，但在敏感菌株中卻不表達(dá)。關(guān)于adeABC基因與鮑曼不動(dòng)桿菌多重耐藥關(guān)系的研究已有不少，林麗等［11］檢測(cè)了112株鮑曼不動(dòng)桿菌臨床分離株的基因分布，在83.9%(94/112)的菌株檢測(cè)到adeABC基因，其中多重耐藥株占81.9%(77/94)，顯示出adeABC基因介導(dǎo)的AdeABC系統(tǒng)是導(dǎo)致鮑曼不動(dòng)桿菌臨床分離株多重耐藥的重要主動(dòng)外排系統(tǒng)。NEMEC等［12］分析了116株對(duì)奈替米星耐藥的鮑曼不動(dòng)桿菌耐藥基因的表達(dá)，結(jié)果顯示有105株adeA及adeB表達(dá)呈陽(yáng)性，而adeC的陽(yáng)性表達(dá)率只有42.2%(49/116)。進(jìn)而認(rèn)為，adeC并非耐藥的實(shí)質(zhì)因素，當(dāng)其缺失時(shí)，AdeAB可能利用其他外膜成分實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的外排。

2.2 AdeRS調(diào)節(jié)系統(tǒng) AdeRS屬于雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)，AdeS和AdeR的關(guān)系與反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白和感應(yīng)激酶非常相似，AdeS可以感應(yīng)環(huán)境條件的變化，活化(磷酸化)或鈍化(去磷酸化)AdeR蛋白，進(jìn)而控制AdeABC外排系統(tǒng)的表達(dá)。MARCHAND等［13］經(jīng)抗菌藥物誘導(dǎo)耐藥的試驗(yàn)菌株中發(fā)現(xiàn)，正是由于位于adeA基因上游的調(diào)節(jié)基因adeR和adeS的基因突變，使外排泵基因adeABC表達(dá)，從而導(dǎo)致細(xì)菌的多重耐藥。他們對(duì)鮑曼不動(dòng)桿菌BM4454的adeR、adeS基因分別進(jìn)行插入失活，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鮑曼不動(dòng)桿菌恢復(fù)了對(duì)氨基苷類(lèi)藥物的敏感性，其進(jìn)一步的研究表明，adeR基因的116位Pro(脯氨酸，P)轉(zhuǎn)變成Lea(亮氨酸，L)以及adeS基因的153位Thr(蘇氨酸，T)轉(zhuǎn)變成Met(蛋氨酸，M)均可導(dǎo)致AdeABC系統(tǒng)高水平表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致多重耐藥。RUZIN等［14］在adeS基因前有插入序列ISAba1，使得adeABC過(guò)度表達(dá)，導(dǎo)致鮑曼不動(dòng)桿菌對(duì)替加環(huán)素的MIC 增加至4 μg·mL-1。

2.3 AdeIJK主動(dòng)外排系統(tǒng) AdeIJK外排系統(tǒng)是由膜融合蛋白AdeI、外排蛋白AdeJ和外膜蛋白AdeK組成的三聯(lián)復(fù)合體，分別由 adeI、adeJ、adeK基因編碼。AdeIJK與AdeABC外排系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能相似，AdeI蛋白促進(jìn)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)膜與細(xì)胞外膜的融合，AdeJ從細(xì)胞內(nèi)膜或細(xì)胞質(zhì)中攝取底物，通過(guò)AdeK轉(zhuǎn)運(yùn)到胞外。AdeIJK對(duì)β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素、氯霉素、四環(huán)素、氟喹諾酮類(lèi)抗菌藥物和利福平等都有外排作用，且其過(guò)量表達(dá)對(duì)宿主具有毒性。DAMIER-PIOLLE等［15］認(rèn)為AdeIJK外排系統(tǒng)的表達(dá)可能并不受特定調(diào)節(jié)，而受整體水平的調(diào)控。AdeIJK可能比AdeABC有更重要的生理學(xué)作用，可能與鮑曼不動(dòng)桿菌固有耐藥部分相關(guān)。已有研究表明，鮑曼不動(dòng)桿菌的耐藥株和相對(duì)敏感株同時(shí)存在AdeIJK，但多重耐藥株明顯高于相對(duì)敏感株，提示AdelJK可能與鮑曼不動(dòng)桿菌固有耐藥相關(guān)［11］。

3 多重耐藥性與多藥及毒物外排家族

MATE家族是一個(gè)新的次級(jí)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族，此類(lèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)氨基葡糖、陽(yáng)離子染料、多種抗菌藥物和藥物都有轉(zhuǎn)運(yùn)作用。與鮑曼不動(dòng)桿菌多重耐藥性有關(guān)的MATE家族外排系統(tǒng)是AbeM。AbeM蛋白和Tet一樣，是由質(zhì)子介導(dǎo)的多藥外排系統(tǒng)，其由448個(gè)氨基酸組成，富含疏水氨基酸殘基，并有12個(gè)疏水性結(jié)構(gòu)域。SU等［16］通過(guò)核酸序列比對(duì)發(fā)現(xiàn)AbeM蛋白與NorM(功能描述最好的MATE家族成員)具有同源性，并發(fā)現(xiàn)AbeM蛋白與銅綠假單胞菌PAO1株的PmpM蛋白、非01群霍亂弧菌的VcmA蛋白、大腸埃希菌的Ydh蛋白和流感嗜血菌的HmrM蛋白分別有39%，39%，37%，34%的一致性和77%，76%，76%，75%的相似性。研究還比較對(duì)了adeM基因插入失活前后的藥物敏感性最低抑菌濃度(MIC)值，突變株對(duì)諾氟沙星、氧氟沙星、環(huán)丙沙星、慶大霉素、三氯生、吖啶黃、柔紅霉素、多柔比星、若丹明6G、溴化乙啶的MIC都降低了1/4以上;而對(duì)阿米卡星、紅霉素、氯霉素、甲氧芐啶降低了1/2。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著全球范圍內(nèi)出現(xiàn)的鮑曼不動(dòng)桿菌對(duì)亞胺培南耐藥性例數(shù)的增加，臨床抗菌藥使用已面臨著巨大的威脅，鮑曼不動(dòng)桿菌也逐漸成為危害極大的“超級(jí)細(xì)菌”。鮑曼不動(dòng)桿菌的耐藥機(jī)制非常復(fù)雜，除了與主動(dòng)外排系統(tǒng)相關(guān)外，還牽涉到整合子，滅活酶、鈍化酶，外膜通透性改變等，到目前為止還有許多機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。筆者認(rèn)為，對(duì)于藥學(xué)工作者而言，目前主要的研究任務(wù)應(yīng)集中在兩個(gè)方面，即:①外排蛋白和抗菌藥之間的相互作用機(jī)制及具體調(diào)節(jié)通路;②新一代外排泵抑制藥的篩選和開(kāi)發(fā)。總之，未來(lái)抗菌藥物設(shè)計(jì)原則應(yīng)該考慮到外排系統(tǒng)的影響，同時(shí)需藥物外排泵抑制藥和能量抑制藥聯(lián)合應(yīng)用，發(fā)揮抗菌藥物的最大效能，以提升鮑曼不動(dòng)桿菌對(duì)抗菌藥物的敏感性。

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