AmpC β-內(nèi)酰胺酶致細菌耐藥機制的研究進展

唐婧嫻 綜述，黃永茂 審校

隨著醫(yī)學(xué)水平的不斷進步，抗菌藥物被廣泛應(yīng)用于臨床，特別是廣譜β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物的大量使用，導(dǎo)致越來越多耐藥菌株的產(chǎn)生，給臨床治療帶來極大挑戰(zhàn)。而含AmpC β-內(nèi)酰胺酶的耐藥菌株則是其中的代表之一［1］。自1973 年第一株AmpC β-內(nèi)酰胺酶被發(fā)現(xiàn)至今，產(chǎn)AmpC酶的耐藥菌株的病例不斷被報道。此類菌株對第一至第三代頭孢菌素、頭霉素、氨曲南耐藥，外膜蛋白丟失的菌株甚至出現(xiàn)對碳青霉烯類抗菌藥物的耐藥，且不被克拉維酸等β-內(nèi)酰胺酶抑制劑所抑制，給臨床抗菌治療帶來非常大的困難。本文對AmpC β-內(nèi)酰胺酶的生物學(xué)特性、分類的研究進展作一綜述。

1 AmpC β-內(nèi)酰胺酶生物學(xué)特性

AmpC β-內(nèi)酰胺酶又稱頭孢菌素酶，是由革蘭氏陰性桿菌產(chǎn)生的不被克拉維酸抑制的“絲氨酸”頭孢菌素酶，屬于C類酶，相當(dāng)于Richmond-Sykes class I，BJM group 1［2］類酶。多數(shù)腸桿菌屬、沙雷氏菌屬、枸緣酸菌屬、摩根氏菌屬均可產(chǎn)生AmpC β-內(nèi)酰胺酶。初次是1967 年由Henwessey 在一種陰溝腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的可誘導(dǎo)的β-內(nèi)酰胺酶，即目前所知的染色體介導(dǎo)的AmpC酶。此后，各種質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC酶又在全世界范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)［3］。AmpC 酶的作用機制目前還沒有完全明確，它的出現(xiàn)與細胞壁肽聚糖循環(huán)相關(guān)，由存在于多種革蘭氏陰性桿菌中的amp操縱子所控制，由結(jié)構(gòu)基因ampc 基因所編碼，至少有ampr、ampd、ampg 和ampe 四個不連鎖的調(diào)節(jié)基因參與了AmpC酶的表達。各種AmpC酶誘導(dǎo)劑的使用如頭孢西丁、頭孢孟多、亞胺培南、克拉維酸等均可以誘導(dǎo)AmpC酶的大量產(chǎn)生。隨著超廣譜β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物的大量使用，自然狀態(tài)下的野生菌株發(fā)生著高頻率的去抑制突變，表現(xiàn)為敏感的野生型菌群中出現(xiàn)了去抑制突變而高產(chǎn)AmpC酶的耐藥菌株。目前，產(chǎn)AmpC酶的菌株對第一至第三代頭孢菌素、氨基糖苷類、頭霉素、氨曲南均表現(xiàn)較高的耐藥率，部分外膜蛋白丟失的菌株甚至出現(xiàn)對碳青霉烯類抗生素耐藥。

2 AmpC β-內(nèi)酰胺酶的分類

2.1 染色體介導(dǎo)的AmpC 酶 染色體介導(dǎo)的AmpC酶根據(jù)產(chǎn)酶水平的高低可分為誘導(dǎo)高產(chǎn)酶、持續(xù)高產(chǎn)酶和持續(xù)低產(chǎn)酶，而根據(jù)ampc 基因是否具有誘導(dǎo)性分為誘導(dǎo)型AmpC 酶和結(jié)構(gòu)型AmpC 酶。目前已知的介導(dǎo)機制包括以下三種：（1）ampc基因的拷貝數(shù)增加；（2）衰減子區(qū)域序列突變導(dǎo)致ampc 基因轉(zhuǎn)錄增加；（3）獲得插入序列中含有強啟動子。

誘導(dǎo)型高產(chǎn)酶即正常條件下產(chǎn)少量酶，而當(dāng)有誘導(dǎo)作用的β內(nèi)酰胺類抗生素存在的條件下（如頭孢西丁、頭孢孟多、亞胺培南等），AmpC 酶的產(chǎn)量明顯增加100～1000倍。AmpC酶的誘導(dǎo)合成依賴ampr基因的調(diào)節(jié)。ampr 基因的缺失突變會使AmpC 酶喪失誘導(dǎo)特異性，但此時ampc 基因的表達水平會比非誘導(dǎo)基礎(chǔ)狀態(tài)提高2～3 倍。因此ampr 基因在非誘導(dǎo)狀態(tài)作為ampc 基因轉(zhuǎn)錄的抑制因子，而在誘導(dǎo)狀態(tài)下卻成為ampc 基因的激活因子。ampr 基因在ampd 基因的調(diào)控下從激活子狀態(tài)變?yōu)橐种谱訝顟B(tài)，從而抑制ampc基因的表達。當(dāng)ampd基因發(fā)生突變后，產(chǎn)生有缺陷的ampd蛋白，失去抑制作用而使ampr基因處于激活狀態(tài)，從而導(dǎo)致ampc 基因的大量表達［4］。而ampg 基因編碼產(chǎn)生AmpC 酶影響細胞壁肽，使其轉(zhuǎn)化為誘導(dǎo)AmpC 酶產(chǎn)生的胞漿信號分子［5］。ampg 在有β-內(nèi)酰胺誘導(dǎo)劑存在時，向胞漿內(nèi)傳遞誘導(dǎo)信號，誘導(dǎo)AmpC 酶的大量合成，而ampg 的缺失將抑制酶的誘導(dǎo)合成。

結(jié)構(gòu)型AmpC 酶即大腸埃希菌呈現(xiàn)出與誘導(dǎo)型AmpC酶不同的表達模式-結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)。大腸埃希菌野生株攜帶的ampc基因由于缺乏ampr基因的調(diào)控，而不具有誘導(dǎo)表達能力［6］。AmpC酶在大腸埃希菌中的表達是由ampc基因上游一個弱啟動子以及轉(zhuǎn)錄衰減子序列進行調(diào)控，致使野生株大腸埃希菌低水平表達AmpC酶，但當(dāng)染色體弱啟動子突變?yōu)閺妴幼踊蛩p子突變使其穩(wěn)定性減低，可導(dǎo)致ampc mRNA 的過度表達，從而引起AmpC 酶的大量增加。而ampc 基因拷貝數(shù)的增加和獲得的插入序列中含有強啟動子等因素，也可以引起AmpC酶的高產(chǎn)［7］。

2.2 質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC 酶 AmpC 酶不僅可由染色體介導(dǎo)，還能通過質(zhì)粒介導(dǎo)。并且通過質(zhì)粒復(fù)制、結(jié)合子、轉(zhuǎn)座子［8］、整合子［9］移位，在同種屬和不同種屬的革蘭氏陰性菌之間進行傳播，引起耐藥菌株的大范圍暴發(fā)流行［10］?，F(xiàn)質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC 酶在世界各地不同國家之間有不同的分布類型。質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC 酶在分子結(jié)構(gòu)上與染色體介導(dǎo)的AmpC 酶有一定的同源性（37%～99%），而不同質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC酶之間也有一定的同源性。有研究表明，來源于同一菌種的AmpC 酶的同源性高，而來源于不同菌種的AmpC 酶的同源性低［11］。質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC 酶在底物與抑制劑特性上與染色體介導(dǎo)的AmpC酶相似。

質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC 酶主要存在于因缺乏AmpC酶結(jié)構(gòu)基因或調(diào)節(jié)基因而不具誘導(dǎo)性染色體編碼AmpC 酶細菌中，常在大腸埃希氏菌［12］、肺炎克雷伯菌、產(chǎn)酸克雷伯菌、產(chǎn)氣腸桿菌、沙門菌及奇異變形桿菌中持續(xù)高水平表達。據(jù)其遺傳學(xué)關(guān)系及氨基酸序列的同源性，可分為：弗勞地枸櫞酸桿菌群、腸桿菌屬群、摩氏摩根菌群、蜂房哈夫尼亞菌群、氣單胞菌群、起源未定菌群等。質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC 酶具有AmpC酶典型生化特性和抗藥性，但其水解底物范圍更廣，耐藥質(zhì)粒往往同時攜帶氨基糖甙類、氯霉素、磺胺甲氧卞氨嘧啶、四環(huán)素等抗生素的耐藥基因，常呈現(xiàn)多重耐藥的特點。有研究發(fā)現(xiàn)，外膜蛋白缺失的菌株，若同時表達質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC酶，甚至可以產(chǎn)生對碳青霉烯類抗菌藥物的耐藥［13］。

位于質(zhì)粒上的AmpC 酶基因大小不等。一些質(zhì)粒可同時含有幾種類型的β-內(nèi)酰胺酶基因。該酶多見于經(jīng)常使用抗菌藥物，特別是頭孢西丁、拉氧頭孢、頭孢替坦、頭孢美唑和碳青霉烯類抗菌藥物的重癥細菌感染者，尤其是經(jīng)歷過手術(shù)等侵入性操作、糖尿病、白細胞減少或腫瘤患者的細菌感染，經(jīng)常使用免疫抑制劑治療的患者（肝臟、腎臟移植）、免疫缺陷的患者的細菌感染，以及感染發(fā)生前預(yù)防性應(yīng)用抗生素的患者。這些質(zhì)粒往往同時攜帶有廣譜酶如SHV-1、TEM-1，甚至同時攜帶有超廣譜酶的情況也非常多見。

AmpC酶的產(chǎn)生對臨床用藥造成了極大的挑戰(zhàn)，特別是質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC 酶，其橫向傳播和突變，引起耐藥菌株的大范圍暴發(fā)流行，給臨床合理使用抗生素敲響了警鐘。合理的使用第三代頭孢菌素和根據(jù)藥敏實驗選用抗生素，是減少高產(chǎn)AmpC酶菌株引發(fā)耐藥的關(guān)鍵。對AmpC酶耐藥機制的熟悉和理解，不僅能有效的指導(dǎo)臨床合理用藥，也能為新藥的開發(fā)提供必要的基礎(chǔ)。

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