喹諾酮耐藥基因oqxAB研究進展

尉鴻飛　趙靜宜　劉新利　牟曉東

摘要：oqxAB基因是近年來新發(fā)現(xiàn)的一種質粒介導的喹諾酮耐藥基因。綜述了oqxAB基因的發(fā)現(xiàn)、分子結構、作用機理及基因分布現(xiàn)狀，研究了oqxAB基因在細菌耐藥過程中的作用，為畜牧養(yǎng)殖、水產養(yǎng)殖、臨床診斷和環(huán)境檢測提供了科學依據。

關鍵詞：oqxAB基因；喹諾酮；細菌耐藥性

中圖分類號：S851 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）18-4249-03

喹諾酮類藥物是一類化學合成的抗菌藥，具有高效、廣譜、低毒等特點，被廣泛用于臨床診斷、水產養(yǎng)殖及畜牧養(yǎng)殖中。隨著喹諾酮類藥物的廣泛使用，藥物選擇壓力導致細菌產生耐藥性[1]，特別是腸桿菌科細菌對喹諾酮類藥物的耐藥率逐年增加[2]，尤其是亞洲地區(qū)，耐藥率超過50%[3]。細菌對喹諾酮類藥物的耐藥機制分為染色體介導的垂直耐藥和質粒介導的獲得性耐藥。染色體介導的耐藥性主要包括：①藥物作用靶位（DNA促旋酶及拓撲異構酶Ⅳ）的突變；②細胞膜通透性降低或藥物外排泵高表達而導致的細菌細胞內藥物減少[4]。質粒介導的獲得性耐藥可導致細菌對喹諾酮的敏感性降低，并能在不同細菌種屬間水平傳播，危害更大。

1998年，Martinez-Martinez等[5]發(fā)現(xiàn)第一個質粒介導的喹諾酮耐藥（Plasmid-mediated quinolone resistance，PMQR）基因。迄今，已在世界范圍內不同種屬細菌質粒中發(fā)現(xiàn)了PMQR基因，包括3種不同的作用機制：第一種是可與藥物作用靶位特異性結合的Qnr蛋白[6]；第二種是使藥物失活的乙?；窤ac（6）-Ib-cr[7]；第三種是藥物外排泵蛋白QepA或OqxAB[8-10]。目前，qnr基因、aac（6）-Ib-cr基因和qepA基因在病原菌中廣泛存在，已經引起了人們的關注。但是，oqxAB基因一直以來未引起人們重視，近幾年來，才被認為是PMQR的一種機制。

1 oqxAB基因的發(fā)現(xiàn)

喹乙醇作為一種動物促生長劑曾廣泛應用于畜禽及水產養(yǎng)殖，其具有抗菌作用和蛋白同化作用，能提高飼料轉化率，適宜于動物增肥[11]。2003年，丹麥科學家Sorensen等[12]從豬堆肥分離的大腸桿菌中鑒定出一個可介導喹乙醇耐藥性的接合質粒，命名為pOLA52。2004年，Hansen等[13]從pOLA52質粒序列中發(fā)現(xiàn)了喹乙醇耐藥基因oqxAB，該基因編碼一種耐藥節(jié)結化細胞分化家族（Resistance-nodulation-division family，RND）外排泵蛋白。2008年，Norman等[14]完成了對pOLA52質粒DNA序列測定，并對其進行了注釋。由于它能降低細菌對喹諾酮類藥物的敏感性，2009年，Strahilevitz等[6]將其歸屬于PMQR中。oqxAB基因在缺乏acrA基因的大腸桿菌中能夠特異表達，可使喹諾酮類藥物萘啶酮酸、氟甲喹、環(huán)丙沙星和諾氟沙星對大腸桿菌的最低抑菌濃度分別提高8、32、32和64倍[15]。

2 oqxAB基因的作用機理

OqxAB蛋白是由位于同一個操縱子上的oqxA基因和oqxB基因編碼的，屬于革蘭氏陰性菌的RND家族外排泵蛋白。這種外排泵能將細菌細胞質和細胞膜中不需要的物質，如喹諾酮類藥物排出體外。Sato等[16]使用染色體喹諾酮耐藥決定區(qū)（Quinolone resistance-determining regions，QRDRs）不突變的大腸桿菌進行對照試驗，結果表明，oqxAB可促使氟喹諾酮耐藥性的產生。作為外排泵，oqxAB可介導菌株對喹惡啉、氯霉素、卡巴多司、喹諾酮（萘啶酸、氟甲喹、諾氟沙星、環(huán)丙沙星）、甲氧芐啶、消毒劑和季胺化合物（苯扎氯銨、溴棕三甲銨）、三氯苯氧氯酚的敏感性降低，對SDS的耐受性提高[15]。

3 oqxAB基因的分子結構

oqxAB基因對由oqxA和oqxB兩個基因組成。oqxAB位于大腸桿菌IncX1型接合質粒pOLA52中，該質粒序列全長51 602 bp（GenBank No. EU370913），含有68個推測基因，平均GC含量為46.3%。但是oqxAB基因GC含量為59%，遠高于pOLA52的平均GC含量，更接近肺炎克雷伯菌MGH78578的基因組平均GC含量（57%），與該菌染色體片段同源性高達99%。在pOLA52質粒中，oqxA、oqxB基因位于一段5.1 kb的DNA片段上，基因上下游存在IS26插入序列，構成了復合轉座子Tn6010。作為轉座子Tn6010的一部分，轉錄調節(jié)子orf68與oqxAB在表達上的聯(lián)系還有待進一步的研究[14]。

此外，oqxAB基因受到許多調節(jié)基因的控制，表達量會發(fā)生變化。Majumdar等[17]研究報道在肺炎克雷伯氏菌中，rarA基因的過表達可增加acrAB和oqxAB基因的表達量促使細菌產生低水平的多重耐藥表型。Veleba等[18]的研究表明oqxAB基因的表達與oqxR基因的調節(jié)有密切聯(lián)系。

4 oqxAB基因的分布現(xiàn)狀

研究表明，oqxAB基因在動物及環(huán)境分離細菌中均有發(fā)現(xiàn)。來自韓國和中國的調查顯示，有0.4%和6.6%的臨床大腸桿菌含有oqxAB基因[19，20]，超過75%的臨床肺炎克雷伯菌含有該基因[21]。Wang等[22]從中國動物園的靈長類動物分離細菌中進行PMQR基因檢測，結果表明15%的菌株攜帶有oqxAB基因，在所檢測的PMQR基因中流行性較高。在中國，每年有97 000 t的抗生素被用于動物養(yǎng)殖[23]，抗生素在家禽、家畜養(yǎng)殖中的大量使用極大地促進了肉類產品中耐藥菌的產生。Xu等[24]對北京、廣東、內蒙古和西安等地的各大超市、肉制品直銷市場的肉制品中分離細菌，檢測顯示超過20%（68/332）的菌株攜帶有PMQR基因，其中高達97%（66/68）的PMQR陽性菌株攜帶有oqxAB基因。中國廣東地區(qū)的調查顯示[25]，高達39%（97/250）的食品動物源大腸桿菌含有oqxAB基因。而在中國香港地區(qū)首次報道了該地區(qū)在食用豬肉分離株沙門氏菌中檢測到oqxAB基因[26]，該菌所含的oqxAB基因來源于質粒pOLA52，通過IS26插入序列介導轉移到該菌的染色體中。oqxAB基因在沙門氏菌中的傳播，將降低細菌對氟喹諾酮類藥物（治療沙門氏菌感染的特效藥）的敏感性，促使耐藥菌的產生和傳播。此外，尚未見國內有關水體動物源分離菌株中oqxAB基因的報道。調查表明，oqxAB基因比其他PMQR基因在食品動物源或肉制品分離菌中更為廣泛流行，且已經開始在不同來源的細菌（尤其是食用動物來源的細菌）中傳播，這將進一步增加耐藥菌株的產生，同時增加對臨床、食用動物等細菌感染的控制和治療難度，也為耐藥菌株從食品動物傳播提供了媒介，嚴重影響公眾健康。

5 oqxAB基因與其他耐藥基因的共存現(xiàn)象

oqxAB基因與其他PMQR基因存在共存現(xiàn)象[27]。莊娜等[28]從中國廣東地區(qū)各養(yǎng)殖場分離的菌株中檢測到，oqxAB基因與qnrB、qnrS和aac（6）-Ib-cr基因都有共存現(xiàn)象。oqxAB基因和質粒編碼超廣譜β-內酰胺酶（Extended-Spectrum β-lactamases，ESBLs）基因以及AmpC型β-內酰胺酶基因之間的關聯(lián)性傳播越來越引起關注。Park等[29]的研究表明24.4%的產ESBL肺炎克雷伯菌可發(fā)生oqxAB基因的細菌間水平轉移。Liu等[25，30]的研究表明oqxAB基因可與rmtB、blaDHA-1或與aac（6）-Ib-cr、blaCTX-M-24共存于同一個質粒上，并能夠成功水平轉移。環(huán)境中存在藥物選擇壓力時，將有利于選擇出這3種相關耐藥基因并進行傳播擴散[31，32]。

6 小結

自oqxAB基因發(fā)現(xiàn)以來，人們對它的認識不斷加深。雖然oqxAB基因只能導致低水平的喹諾酮耐藥，但其在人、畜、環(huán)境之間的交替?zhèn)鞑ゼ捌渑cbla基因及其他基因的共存性和在不同菌屬中的傳播性，將導致多重耐藥細菌在臨床、食品動物和環(huán)境中增加。雖然在臨床菌株中，oqxAB基因流行性較低，但在畜禽甚至是靈長類動物中卻廣泛流行甚至超過預期，這對于公眾健康構成了潛在的威脅。因此，應該加強oqxAB基因在臨床、環(huán)境尤其是食品動物中的檢測，減少抗生素在畜牧養(yǎng)殖中的濫用。同時，更應加強oqxAB基因在水體動物中的流行性調查，從而彌補這一盲區(qū)。積極探索oqxAB基因在細菌耐藥進程中的作用，為畜牧養(yǎng)殖、水產養(yǎng)殖、臨床診斷和環(huán)境檢測提供科學依據。

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