耐碳青霉烯類抗生素的研究進展

花 璇，耿志欣，崔 倩，周 影，裴 兵

（南京醫(yī)科大學(xué)附屬宿遷第一人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)檢驗科，江蘇 宿遷 223800）

碳青霉烯類抗生素是一類抗菌譜廣、抗菌活性強的β-內(nèi)酰胺類抗生素。由于內(nèi)酰胺酶的穩(wěn)定性和低毒性，碳青霉烯類抗生素已成為治療嚴重細菌感染的最重要的抗菌藥物之一[1]，其他抗菌藥物包括亞胺培南、帕尼培南、美羅培南等，而且很多碳青霉烯類抗生素衍生物還處于研發(fā)階段[2]。碳青霉烯類抗生素對需氧菌和厭氧菌有很強的抗菌作用，幾乎殺死革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌，抗菌譜幾乎覆蓋臨床所有常見的致病菌[3]。然而，隨著該類抗生素在臨床治療中的大劑量和不合理應(yīng)用，碳青霉烯類耐藥病原菌已普遍存在，這給臨床用藥帶來很大困擾。產(chǎn)生碳青霉烯酶被認為是病原菌對碳青霉烯類抗生素耐藥的最重要機制?；诖?，本文綜述了碳青霉烯及其基因型的現(xiàn)狀及其進展，現(xiàn)報道如下。

1 碳青霉烯酶的分類

碳青霉烯酶按照Ambler分子分類結(jié)構(gòu)分為 A、B、D三類[4]：A類為絲氨酸蛋白酶，基因型為GES、KPC、IMI/NMC-A、SME、SHA-38和SFC-1，共6種[5]；B類為金屬酶，分為IMP、VIM、GIM、SPM、SIM、NDM-1基因型；D類為OXA酶，由blaOXA等位基因編碼。A、B和D均可引起質(zhì)粒或染色體介導(dǎo)的耐藥性水平或垂直擴散，從而導(dǎo)致耐藥菌株的傳播。

1.1 A類酶碳青霉烯酶 碳青霉烯是1980年偶然發(fā)現(xiàn)的一種酶，自1996年美國首次發(fā)現(xiàn)碳青霉烯耐藥肺炎克雷伯菌以來，出現(xiàn)了多種耐藥菌株[6]。A類酶共6種，分別為：KPC、GES、SME、IMI/NMC-A、SHA-38和 SFC-1。KPC和GES通常位于質(zhì)粒上，而IIMI/NMC-A和SME在染色體上很常見，其他類型則位于質(zhì)粒和染色體上。上述6組酶在在水解碳氫酶烯類抗生素的活性上存在較大差異。

①KPC酶：KPC酶是A類碳青霉烯酶中最常見的酶型，分為多個基因型。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)22種KPC亞型[7]，其中最為普遍和流行的是KPC-2型和KPC-3型。KPC-2甚至能夠水解克拉維酸、舒巴坦和他唑巴坦等幾種常用的β-內(nèi)酰胺酶抑制劑，其編碼基因多由質(zhì)粒介導(dǎo)，且能夠在不同病原菌（特別是腸桿菌）間廣泛傳播。KPC-2基因不僅存在于碳青霉烯類耐藥細菌中，而且與超廣譜β-內(nèi)酰胺酶基因存在于同一細菌和質(zhì)粒中，導(dǎo)致對包括碳青霉烯類抗生素在內(nèi)的β-內(nèi)酰胺酶普遍耐藥。自2007年國內(nèi)發(fā)現(xiàn)首例產(chǎn)KPC-2酶的肺炎克雷伯菌以來，在肺炎克雷伯菌中發(fā)現(xiàn)了新的突變類型[8]。KPC-3型在西方國家流行，例如意大利曾多次爆發(fā)產(chǎn)KPC-3酶的肺炎克雷伯菌[9]。

②GES酶：GES酶于2000年首次被發(fā)現(xiàn)，以前認為GES酶水解碳青霉烯的能力非常低，可被碳青霉烯類抗菌藥物亞胺培南抑制。但是GES酶的獨特之處是，通過單點變異可以將其水解譜擴展到碳青霉烯類。blaGES基因容易發(fā)生突變，目前已確定為40個亞型。GES酶水解譜也不斷擴大，從原先的超廣譜β-內(nèi)酰胺酶逐漸進化為碳青霉烯酶[10]，GES酶最初被認為是ESBL，但在目前已知的24種酶中，GES-2、-4、-5、-6、-11、-14和-18實際上是碳青霉烯酶[11]。在世界范圍內(nèi)已檢測到腸桿菌科GES-4、-5、-6是GES酶，并具有碳青霉烯酶活性。

③SME/IMI/NMC-A 3組酶：SME/IMI/NMC-A 3組酶可廣泛水解底物，包括青霉素、部分頭孢菌素、氮曲南和碳青霉烯類等。在粘質(zhì)沙雷菌中發(fā)現(xiàn)SME酶，3種變體均由染色體編碼[12]。1982年在英國的兩個粘質(zhì)沙雷菌中首次檢測到SME-1酶，變種SME-2和SME-3在北美已被報道[13]。blaSME基因在粘質(zhì)沙雷菌中似乎并不普遍，這些基因更有可能只存在于該物種的某亞種序列中。IMI酶和NMC-A酶形成2個亞群，NMC-A與IMI-1的氨基酸一致性高達97%，此兩者與SME-l的氨基酸一致性約為70%。1996年最先在北美的陰溝腸桿菌中發(fā)現(xiàn)IMI酶[14]，IMI碳青霉烯酶較罕見，迄今為止只報道了6個變種,其中IMI-1到IMI-6，以腸桿菌屬居多。blaIMI-1基因位于染色體上，YU等[15]在我國陰溝腸桿菌中提取的腸桿菌質(zhì)粒上發(fā)現(xiàn)了一種點突變衍生物blaIMI-2。blaIMI基因的表達由blaIMI-r基因編碼的LysR轉(zhuǎn)錄子調(diào)控，該調(diào)控子與blaIMI相鄰。1990年臨床分離的陰溝腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的NMC-A酶，在分離出該菌株之前，病人接受過亞胺培南治療。NMC-A酶由染色體編碼，攜帶blaNMC-A基因的I臨床菌株均含有一個鄰近的nmc-R基因，NmcR調(diào)節(jié)子影響連接的bla基因，與SmsR調(diào)節(jié)子和AmpD一樣，在NMC-A酶表達的調(diào)節(jié)中起重要作用[16]。該酶與IMI-1和IMI-2的區(qū)別在于有8個氨基酸被取代，并具有類似IMI型酶的Lys-R調(diào)節(jié)劑。

④SFC-1酶：SFC-1酶最先從S.fonticola中鑒定出來其基因編碼為染色體編碼，SFC-1在S. fonticola并不普遍。迄今為止，它只從葡萄牙的一個S.fonticola環(huán)境隔離物中分離出來。SFC-1與其他A類碳青霉烯酶相關(guān)，特別是與來自 K.pneumoniae的 KPC-2(64% 同源 )、NmcA(60%)、IMI-1(60%)和SME-1(59%)。在blaSFC-1基因上游未發(fā)現(xiàn)推測的Lys-R型調(diào)控基因，而在blaNmcA、blaSME-1和blaIMI-1基因上游則存在這樣的調(diào)控基因[17]。

⑤SHV-38酶：SHV-38酶能水解廣譜頭孢菌素、頭孢噻肟或頭孢他啶，比氨芐青霉素的水解率高10%，第1個具有亞胺培南水解活性的SHV-38酶來自2001年法國巴黎臨床分離的肺炎克雷伯菌，其基因為染色體編碼。與廣譜的、自然存在的β-內(nèi)酰胺酶SHV-1相比，其在146位點發(fā)生了纈氨酸（Valine）替換丙氨酸的變異。2011年，TOLLENTINO等[18]在巴西發(fā)現(xiàn)了另1株產(chǎn)生SHV-38的肺炎克雷伯菌臨床分離株。

1.2 B類酶碳青霉烯酶（MBLs） 目前發(fā)現(xiàn)的所有金屬酶均含有鋅離子活性中心。此類酶具有水解碳青霉烯類抗生素的能力，其活性不受克拉維酸、舒巴坦等酶抑制劑的影響但易受乙二胺四乙酸（EDTA）和其他二價陽離子的抑制。最常見[19]的MBLs為NDM、VIM和IMP。

①VIM酶：VIM酶最早于1997年在意大利的一株耐碳青霉烯的銅綠假單胞菌臨床分離株中被發(fā)現(xiàn)。到目前為止[20]，已報道了40多種變種，此類酶已經(jīng)成為世界上最流行的質(zhì)粒介導(dǎo)的MBLs之一。VIM酶主要由銅綠假單孢菌產(chǎn)生，其次是大腸桿菌、肺炎克雷伯菌和腸桿菌科的陰溝桿菌。攜帶blaVIM的大腸桿菌和肺炎克雷伯菌的傳播主要是多克隆的，在歐洲、亞洲和美洲的許多國家已經(jīng)報道了攜帶這些酶的分離株的零星發(fā)生或引起重大暴發(fā)。2008年首次在1株肺炎克雷伯菌中檢測到NDM，該菌株導(dǎo)致1名印度裔瑞典患者的尿路感染[21]。自那以后NDM迅速傳播已在多個國家被發(fā)現(xiàn)，主要見于腸桿菌科,特別是大腸桿菌和肺炎克雷伯菌中，不動桿菌屬中也有少量發(fā)現(xiàn)。NDM是blaNDM-1基因的產(chǎn)物，在過去的幾年里，通過改變1個或2個不同位置的殘基，已經(jīng)進化出17個新的NDM-1變種，攜帶此類基因的病原菌的增多對醫(yī)生治療感染病人提出巨大挑戰(zhàn)。目前[22]，產(chǎn)NDM的CRE在全球均有報道。我國報道了NDM-1產(chǎn)生的碳青霉烯耐藥陰溝腸桿菌在河南省的高發(fā)病率，在2011年6月至2013年5月期間收集的11株不重復(fù)的耐碳青霉烯類陰溝腸桿菌中，有8株（72.7%）被鑒定為NDM-1陽性，雖暫未形成大規(guī)模流行，但仍需警惕[23]。

②IMP酶：1988年，Osano等首先在日本分離的黏質(zhì)沙雷菌檢出IMP-1，編碼基因定位于染色體上，IMP主要分布在我國東部沿海地區(qū)和日本。目前[24]，blaIMP已經(jīng)在世界范圍內(nèi)傳播開來，共發(fā)現(xiàn)了40多種變體。與blaVIM一樣，blaIMP被發(fā)現(xiàn)為整合在Ⅰ類整合子中的基因盒，除了第Ⅰ類整合子外，在第3類整合子上也偶有發(fā)現(xiàn)blaIMP基因盒。這些整合子通常位于轉(zhuǎn)座子和偶聯(lián)質(zhì)粒中，使其能夠水平傳播。

1.3 D類酶碳青霉烯酶（OXA酶） D類碳青霉烯酶也被定義為氧西林酶，其中大多數(shù)對包括碳青霉烯類在內(nèi)的β-內(nèi)酰胺類抗生素具有低水解活性，碳青霉烯類只有與其他耐藥機制協(xié)同作用才能成為高水平耐藥，但苯唑西林的水解活性很強。到目前為止[25]，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)OXA酶有400多種，OXA-48在β-內(nèi)酰胺類抗生素的水解中起著重要作用。OXA型碳青霉烯酶編碼基因大多存在于I型整合子和轉(zhuǎn)座子中，或位于質(zhì)粒和染色體上，這導(dǎo)致OXA型碳青霉烯酶在各種菌株中廣泛傳播。大多數(shù)OXA型酶只在某些地區(qū)小規(guī)模流行，由于它們?nèi)菀鬃儺?，新的類型出現(xiàn)得更快，所以要注意加強防范。D類碳青霉烯酶最早發(fā)現(xiàn)于鮑曼不動桿菌，是鮑曼不動桿菌中最重要的酶。鮑曼不動桿菌根據(jù)氨基酸同源性可分為8組，其中以O(shè)XA-23、OXA-24、OXA-51和OXA-58基因為主。OXA-51基因存在于鮑曼不動桿菌染色體上的固有基因。OXA-23基因是介導(dǎo)中國鮑曼不動桿菌耐藥性的主要基因[26]。

2 總結(jié)與展望

碳青霉烯類抗生素作為臨床抗感染治療的一線藥物，正面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。碳青霉烯類細菌是對碳青霉烯類抗生素耐藥的主要微生物。碳青霉烯類耐藥菌可攜帶多種碳青霉烯類基因，并可同時攜帶ESBLs酶基因和整合酶基因，從而對碳青霉烯類和多種β-內(nèi)酰胺酶產(chǎn)生耐藥性。同時，耐藥基因可以在不同的菌株、菌種和菌屬間傳遞，造成耐藥性的傳播。醫(yī)院內(nèi)交叉感染也是其對多種抗生素產(chǎn)生耐藥性的主要原因之一。

碳青霉烯類抗生素作為臨床抗感染治療的一線藥物正面臨著嚴峻的考驗。產(chǎn)碳青霉烯酶細菌是耐碳青霉烯類抗生素的主要微生物，耐碳青霉烯類抗生素的細菌因能攜帶多個碳青霉烯酶基因，并且可同時攜帶ESBLs酶基因和整合酶基因等，造成對碳青霉烯酶及多種β-內(nèi)酰胺酶的耐藥；同時，耐藥基因可以在不同菌株、菌種和菌屬間傳遞，造成耐藥性的傳播，醫(yī)院內(nèi)交叉感染也是造成其對多種抗生素耐藥的主要原因之一[27]。近年來臨床上多重耐藥菌的檢出不斷增多，臨床醫(yī)師更應(yīng)謹慎、合理地使用抗菌藥物，選擇敏感藥物并密切關(guān)注耐藥情況的變化，從而采取有效的控制措施，防止耐藥基因蔓延，以便更好地控制細菌感染，戰(zhàn)勝這些“超級細菌”。