肺炎鏈球菌耐藥相關基因的研究進展

張少毅

【摘要】肺炎鏈球菌是一種主要引起肺炎的病原菌，近年來抗生素濫用導致國內(nèi)外均出現(xiàn)肺炎鏈球菌臨床菌株對青霉素、紅霉素、四環(huán)素等耐藥，而且喹諾酮類藥物耐藥性也呈逐年升高的趨勢，耐2種以上藥物的肺炎鏈球菌也頻繁出現(xiàn)，基因突變被認為是目前耐藥形成的主要原因。本文主要就大環(huán)內(nèi)酯類抗生素和β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥相關基因以及二元信號傳導系統(tǒng)影響耐藥性形成進行闡述。闡明肺炎鏈球菌對抗生素的耐藥分子機制，對于臨床藥物的選擇以及把握抗生素作用靶點都具有指導意義。

【關鍵詞】肺炎鏈球菌；耐藥性；基因突變；二元信號系統(tǒng)

1、肺炎鏈球菌對大環(huán)內(nèi)酯類和β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥分子機制

臨床上抗生素藥物不規(guī)則使用以及用量的增加是造成耐藥菌株出現(xiàn)的主要原因，肺炎鏈球菌對大環(huán)內(nèi)酯類抗生素耐藥機制主要包括抗生素作用靶點改變、主動外排、修飾酶的產(chǎn)生使藥物失活等。對β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥機制主要包括產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶產(chǎn)生使藥物水解、細菌細胞膜通透性改變、細菌表面青霉素結合蛋白（penicillin-binding proteins，PBPs）突變等。erm基因編碼23SRNA甲基化酶，使核糖體相關酶發(fā)生甲基化，進而使核糖體作用的靶位發(fā)生改變，此機制能夠引起對多種藥物的交叉耐藥。因肺炎鏈球菌不產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶，因此β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥與β-內(nèi)酰胺酶無關，又革蘭陽性菌細胞壁呈較大網(wǎng)狀支架結構，因而膜通透性改變對肺炎鏈球菌耐藥性影響很小。研究發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌表面結合蛋白（PBPs）的突變常常導致耐藥的產(chǎn)生，其中pbp2x、pbp2b和pbp1a基因突變與對青霉素的耐藥性密切相關，而且pbp2x聯(lián)合pbp2b突變常導致低水平耐藥；pbp2x、pbp2b和pbp1a同時突變導致高水平耐藥，有趣的是，只有在pbp1a突變的前提下才能夠啟動pbp2x聯(lián)合pbp2b突變耐藥機制[7]。

2、紅霉素耐藥基因erm、mef

大環(huán)內(nèi)酯類抗菌藥物主要作用于肺炎鏈球菌23S核糖體， erm基因表達后其編碼的23SrRNA甲基化酶使抗菌藥物作用的靶位發(fā)生甲基化，藥物作用親和力下降產(chǎn)生紅霉素高水平耐藥。而mefA基因表達會使細菌主動外排作用增強，抗菌藥物將在其泵動力作用下被排出，導致紅霉素耐藥。研究顯示， erm和mef兩種基因任一基因的表達或共同表達均可致紅霉素耐藥。而且erm（B）和mef（A）基因的共同表達易于出現(xiàn)多重耐藥，具有erm（B）和mef（A）基因的分離株的重組率在統(tǒng)計學上高于其他的分離株，這兩種基因的同時出現(xiàn)可能與高重組率相關，這也可能是多重耐藥的肺炎鏈球菌分離株頻繁出現(xiàn)的原因之一，但是也證明了erm（B）和mef（A）基因的攝取與菌株突變的頻率沒有相關性，另外，在除了環(huán)丙沙星的大多數(shù)抗菌藥物中突變菌株比非突變株不表現(xiàn)出高耐藥率。相反，具有erm（B）和mef （A）基因的肺炎鏈球菌分離株比僅具有mef（A）基因和紅霉素敏感株表現(xiàn)高的重組率，也比僅具有erm（B）基因的分離株的重組率高。

3、pbps基因

青霉素結合蛋白PBPs普遍存在于各種病原菌表面，在細胞壁合成過程中主要起到轉肽基作用，其次還具有羧肽基作用。PBPs酶活性可因與β-內(nèi)酰胺類抗生素共價結合使其親和力下降甚至喪失，細胞壁合成受阻，使細菌無法承受高滲壓力而崩解后死亡。近年來，對細菌細胞膜的深入研究發(fā)現(xiàn)，青霉素結合蛋白是β-內(nèi)酰胺類抗生素作用的靶酶，青霉素結合蛋白（PBPs）共有6個亞單位，即PBP1a、PBP1b、PBP2a、PBP2b、PBP2x和PBP3。β-內(nèi)酰胺類抗生素通過與PBPs上的酶活性位點絲氨酸親核基因發(fā)生共價結合，產(chǎn)生酰胺酶復合物，從而細菌的細胞分裂作用受到抑制。研究結果表明耐藥菌株pbp2x、pbp2b和pbp1a存在廣泛變異，譜型和敏感菌株多有不同，因此肺炎鏈球菌耐藥主要與pbp1a、pbp2b、pbp2x變異有關。

4、二元信號傳導系統(tǒng)（TCSS）

生物細胞的生命活動過程中不斷與環(huán)境信號進行交換，其中信號傳導系統(tǒng)是細胞接受信息并做出反應的物質(zhì)基礎。細菌信號傳導系統(tǒng)由跨膜的傳感器蛋白（sensor protein，SP）和位于胞漿中的反應調(diào)節(jié)蛋白（response regulator protein，RRP）組成，磷酸化或去磷酸化激活后可與靶基因啟動子區(qū)DNA結合，上調(diào)或下調(diào)靶基因表達水平。肺炎鏈球菌CiaH為SP，CiaR為RRP，組成一個完整的TCSS；肺炎鏈球菌的二元信號調(diào)節(jié)系統(tǒng)影響β-內(nèi)酰胺類藥物的敏感性、自溶作用、抑菌素的產(chǎn)生、感受態(tài)的形成、在宿主中的定植和毒性。在自然狀態(tài)下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的二元信號系統(tǒng)有CiaH/CiaR二元信號系統(tǒng)其磷酸化和去磷酸化將對其下游的靶分子起到調(diào)控作用，CiaR磷酸化水平低下時細菌耐藥性明顯增強[10]。Pkn2也是肺炎鏈球菌SP，但至今尚未發(fā)現(xiàn)其RRP。研究資料顯示，二元信號系統(tǒng)是肺炎鏈球菌的一種與PBPs突變無關、由Pkn2及CiaH/CiaR介導PBPs表達下調(diào)的β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥新機制。

6、展望

目前的研究認為感受態(tài)是肺炎鏈球菌的重要生理特征，感受態(tài)的形成與細菌生長、毒力因子生成、孢子形成、耐藥性產(chǎn)生、質(zhì)粒整合、基因轉化等都有密切關系。感受態(tài)相關基因是在感受態(tài)形成中才大量表達的特殊基因，它與感受態(tài)形成密切相關。我們已經(jīng)在轉錄水平上了解到感受態(tài)相關基因comE被激活后可啟動包括自身操縱子在內(nèi)的多基因表達，多個基因的共同表達使細菌處于感受態(tài)狀態(tài)后使細菌內(nèi)部外部基因發(fā)生轉化，然而至今我們?nèi)圆磺宄鞍譪omE激活后，下游基因表達和轉化抑制作用由哪些基因控制，因此需要我們進一步對相關基因進行進一步研究。

【參考文獻】

[1]沈麗珍，張愛鳴， 陳素菜，等.肺炎鏈球菌的感染分布與耐藥性分析[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志，2013， 12： 046.

[2]樊歡，孫愛華，夏肖萍，等.肺炎鏈球菌comD/E/C 基因重組表達及ComD/C與β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥的相關性[J].浙江大學學報：醫(yī)學版， 2009， 38（3）： 276-282.