細(xì)菌耐藥性的生物化學(xué)機制

崔道林++陳春麗++張帆

摘要：1929年英國偉大的微生物學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)了青霉素，金黃色葡萄球菌對其非常的敏感，挽救了無數(shù)人的生命。隨著抗生素的廣泛使用，越來越多的細(xì)菌對其產(chǎn)生了耐藥性。本文就細(xì)菌耐藥性的生物化學(xué)機制的分類進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：細(xì)菌耐藥性；化學(xué)機制；抗生素

中圖分類號：Q5-33 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）23-0161-02

一、通過產(chǎn)生酶，來分解或修飾藥物

由于不恰當(dāng)?shù)厥褂每股?，造成?xì)菌產(chǎn)生大量的酶類來破壞抗生素或使抗生素失去活性。這些酶類主要包括兩大類：滅活酶和修飾酶。

滅活酶能破壞抗生素的固有結(jié)構(gòu)，從而使抗生素不能結(jié)合細(xì)胞內(nèi)的靶位點，從而使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。在臨床上最常見有β-內(nèi)酰胺酶，它能破壞β-內(nèi)酰胺類抗生素的β-內(nèi)酰胺環(huán)。在大腸桿菌、鏈球菌、葡萄球菌中還可分離到紅霉素酯酶，來破壞脂環(huán)，水解紅霉素使之失活。修飾酶是指能通過乙?；饔?、磷酸化作用、核苷化作用等來滅活抗生素。修飾酶有四大類：乙酰轉(zhuǎn)移酶（AAC），磷酸轉(zhuǎn)移酶（APH），核苷轉(zhuǎn)移酶（AAD），甲基化酶[1]。臨床上分離得到的耐氨基糖苷類抗生素的菌株，如金黃色球菌和腸球菌可產(chǎn)生大量的修飾酶，使細(xì)菌對氨基糖苷類藥物產(chǎn)生耐藥性。

二、改變細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的通透性

細(xì)胞膜和細(xì)胞壁通透性的改變被認(rèn)為是產(chǎn)生多重耐藥性的主要原因[2]，細(xì)胞表面的親水蛋白，如OmpF，OmpC，PhoE等[2]，關(guān)系著親水性藥物的進(jìn)出。親水蛋白的正常存在，有利于親水性的藥物通過，而阻礙了疏水性藥物的進(jìn)入。如革蘭陰性菌對疏水性的甲氧西林產(chǎn)生耐藥性。如銅綠假單胞菌失去特異性外膜蛋白D2后對亞胺培南發(fā)生耐藥[3]。

三、藥物泵出系統(tǒng)

在一些細(xì)菌的外膜上還有一些特殊的藥物泵出系統(tǒng)，可以將進(jìn)入菌體內(nèi)的藥物分子泵出細(xì)胞外，來降低藥物在細(xì)胞內(nèi)的濃度而導(dǎo)致細(xì)菌對藥物的耐藥性[4]。這是臨床上細(xì)菌對四環(huán)素、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素耐藥的主要機制，也是金黃色葡糖球菌對喹諾酮類藥物耐藥的主要機制，銅綠假單胞菌對氯霉素、萘啶酸、環(huán)丙沙星、四環(huán)素等多種抗生素產(chǎn)生耐藥，與銅綠假單胞菌外膜上的OprK蛋白的過量表達(dá)有著直接的關(guān)系[5]。通過銅綠假單胞菌oprK突變株的實驗證明，銅綠假單胞菌對氯霉素、萘啶酸、環(huán)丙沙星、四環(huán)素等多種抗生素非常敏感。

四、改變藥物的靶位點

藥物通過結(jié)合細(xì)菌內(nèi)的靶位點來抑菌或殺滅細(xì)菌，一旦靶位點的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，藥物就不能夠結(jié)合細(xì)菌體內(nèi)的靶位點，這樣細(xì)菌就對該藥物產(chǎn)生了耐藥性[6]。不同種類的抗生素在細(xì)菌體內(nèi)的靶位點是不同的，如β-內(nèi)酰胺類抗生素，在細(xì)胞內(nèi)的靶位點為青霉素結(jié)合位點（PBP），PBP的種類很多，青霉素與頭孢菌素都是和PBP結(jié)合，但PBP種類不同，故發(fā)生的效應(yīng)也不同；氨基糖苷類抗生素，在細(xì)菌體內(nèi)的靶位點為核糖體30s小亞基，抑制mRNA的轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)的合成，從而導(dǎo)致細(xì)菌的死亡；喹諾酮類抗生素，在細(xì)菌體內(nèi)的靶位點為DNAⅡ型拓?fù)洚悩?gòu)酶，抑制了細(xì)菌DNA的復(fù)制、修復(fù)和重組；大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，在細(xì)菌體內(nèi)的靶位點為核糖體50s大亞基的23s單位，抑制肽?；?，影響細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成；四環(huán)素類抗生素，在細(xì)菌體內(nèi)的靶位點為核糖體30s，抑制蛋白質(zhì)的合成；糖肽類抗生素，在細(xì)菌內(nèi)的靶位點為D-丙氨酸-D丙氨酸，阻礙細(xì)菌細(xì)胞壁的合成；氯霉素和林可酰胺類抗生素，在細(xì)菌體內(nèi)的靶位點為核糖體50s亞基，抑制蛋白質(zhì)的合成；磺胺類藥物，在細(xì)菌體內(nèi)的靶位點為二氫葉酸還原酶，抑制四氫葉酸的合成，四氫葉酸是一碳單位的載體，從而影響了細(xì)菌核酸的合成。

當(dāng)大量耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）出現(xiàn)時，屬于糖肽類的萬古霉素對MRS變現(xiàn)為敏感，但是很快就發(fā)現(xiàn)了大量的抗萬古霉素的MRS，原因與細(xì)胞內(nèi)的39kD蛋白的形成有關(guān)，阻礙了萬古霉素與D-丙氨酸-D丙氨酸的結(jié)合。近年來，細(xì)菌對喹諾酮類藥物產(chǎn)生了嚴(yán)重的耐藥性，編碼DNA螺旋酶的gyrA基因發(fā)生了突變，造成其A亞基結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而造成喹諾酮類藥物作用的靶位點發(fā)生了改變。

五、蛋白質(zhì)翻譯后修飾（PTM）

PTM能增強基因組的編碼能力，從而能產(chǎn)生大量的多種類蛋白質(zhì)，從而增加細(xì)胞內(nèi)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。PTM的種類繁多，其中可逆的蛋白質(zhì)的磷酸化不但是最廣泛的傳導(dǎo)信號，而且是一個中央處理的調(diào)節(jié)細(xì)胞生命活動的每一個方面，例如包括生長、代謝、運動、分裂、分化和免疫能力，以及較高的生物體的學(xué)習(xí)和記憶的行為。提高蛋白質(zhì)中半胱氨酸的磷酸化翻譯后修飾可以降低細(xì)菌的毒力和對藥物的抗性，常見的作用于細(xì)菌細(xì)胞壁的藥物如萬古霉素和頭孢曲松可以降低轉(zhuǎn)錄因子SarA和MgrA中半胱氨酸的磷酸化。

參考文獻(xiàn)：

[1]Shaw，K.J.，et al.，Molecular genetics of aminoglycoside resistance genes and familial relationships of the aminoglycoside-modifying enzymes. Microbiol Rev，1993. 57（1）：138-63.

[2]Kumar，A. and H.P. Schweizer，Bacterial resistance to antibiotics：active efflux and reduced uptake. Adv Drug Deliv Rev，2005. 57（10）：1486-513.

[3]Gehring，K.B. and H. Nikaido，Existence and purification of porin heterotrimers of Escherichia coli K12 OmpC，OmpF，and PhoE proteins. J Biol Chem，1989. 264（5）：2810-5.

[4]del Mar Casal，M.，et al.，[Antimicrobial resistance in clinical patterns of Pseudomonas aeruginosa].Rev Esp Quimioter，2012. 25（1）：37-41.

[5]Ozer，B.，et al.，Efflux pump genes and antimicrobial resistance of Pseudomonas aeruginosa strains isolated from lower respiratory tract infections acquired in an intensive care unit. J Antibiot （Tokyo），2012. 65（1）：9-13.

[6]Hamzehpour，M.M.，et al.，OprK and OprM define two genetically distinct multidrug efflux systems in Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother，1995. 39（11）：2392-6.

作者簡介：崔道林（1979-），男，山東成武人，研究生，助教，研究方向：細(xì)菌耐藥性。

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