・54・WbrldNotes
on
Antibiotics,2009,、,01.30,No.2
鲍曼不动杆菌对碳青霉烯类耐药机制研究进展
李春综述王中新。,沈继录审校
(安徽医科大学第一附属医院检验科,合肥230022)
摘要:鲍曼不动杆菌是一种常见的院内感染菌,由于碳青霉烯类在临床上的经常使用,细菌对碳青霉烯类耐药率逐年增高。其耐药机制涉及因素较多,其中主要是产生碳青霉烯酶、膜孔道蛋白缺失、药物主动外排和青霉素结合
蛋白改变等。耐药性的产生通常是由其中一种或几种机制共同作用导致。在耐药性的传播方面,质粒和整合子可能起
到一定作用,但可能还是以克隆株的水平传播为主。
关键词:鲍曼不动杆菌,碳青霉烯类;耐药机制中图分类号:R378
文献标识码:A
文章编号:1001-875l(2009)02-0054-05
ResearchAdVancesin
Carbapenem—resistant】Ⅵechanismof
AcjhetoJbac幻rjbIau脚annjj
LI
Ch皿,WANGZhong—xin’,SHEN
Ji-lu
(D印a彻l即t
ofclinical
l籼舳Ⅸmc觚ta伍“atedhospitalofAIllluiM础caIUnive糟咄Hefei230032,China)
6a啪aIm矗isa咖ical
nosocomialinfectionpamogen.Withthe舶quently
use
Abstract:Acine幻bac蠡er
ofcarb印enems
c抽apenem—resistaIltAc面e幻6act玎ba啪an面fisincre嬲ingrapidly.I招d川g-resistant
mechanismsincluIdcprodllctionofc响apen啪鹊e,lossesofporinp|.oteinsandchangesofpenicillin-bindingpmtci璐,舔
seVeralwell嬲theexist∞ceofe伍uxp啪ps.Ac面ef06acter6a眦凹脚讲isresistanttocarbap∞铡啮u鲫allymrou曲one
iIlclinicsettings,theprevalenceof
or
mechanisms.Pl勰mid锄dinte掣onmaybe勰sociatedwimt11e仃anslnissionofdnlg—resist姐ce.MoreoVer'也ehorizontal
咖smissionofmecloned
Key
s仃ains
maybe
a
dominantf.actorindm哥resistance.
mechanism
words:Acinefohact盯6a啪am耐;carbapencI】畸;dnlg—resist柚t
鲍曼不动杆菌是一类不发酵糖类、氧化酶阴性、没有动力的革兰阴性细菌。它广泛存在于自然界和人体表面,由于对湿热、紫外线和化学消毒剂有较强的抵抗力,可在医院环境中长期生存,在机
欧洲、北美、巴西、中国、台湾、香港、日本和韩
国等地区分离出的多重耐药鲍曼不动杆菌对美罗培
南耐药率在连续几年的递增情况…(表1)。张雪云等【21报道辽宁省人民医院200l一2003年分离鲍曼不动杆
菌对亚胺培南耐药率的动态观察结果为5.4%,7.7%和
体抵抗力下降或免疫功能受损时易引起各种感染,
包括肺炎、尿路感染、插管相关感染、菌血症等,是目前引起医院内感染的重要病原菌。随着抗生素广泛应用所产生的选择性压力,不动杆菌对临床常
13.O%。崔颖鹏等【3】报道中山大学第一附属医院2002—2004年分离的鲍曼不动杆菌对亚胺培南的耐药率
分别为21.1%,17.3%和8.8%,3年的平均耐药率为15.2%。王辉等【41报道中国10家教学医院数据显示,碳青霉烯类耐药率从2003的年4.5%升至2004年的18.2%,多重耐药菌株从2003年的33%升至2004年
用药物的耐药性正在逐年上升,特别是不动杆菌对
碳青霉烯的高耐药率。目前鲍曼不动杆菌对碳青霉烯类药物耐药机制研究已成为全球热点。
1991年首先在美国发现耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌(cRAB),随后报道了多起由耐亚胺培南鲍曼不动杆菌引起的医院暴发流行。国外有学者统计出了
的48%。朱德妹等【5】报道2006年上海地区鲍曼不动杆
菌对亚胺培南的耐药率为17.0%。可见全球和国内医
院感染鲍曼不动杆菌对碳青霉烯类的耐药率已经达
收稿日期:2008.10-3l
作者简介:李春,在读硕士研究生,主要从事细菌耐药性研究。
王中新,本文通讯作者.副教授,E-mil:aywzhx87@yahoo.com.∞
万方数据
国外医药抗生素分册2009年第30卷第2期到相当高的程度,而且还有递增的趋势。
据文献【6】报道鲍曼不动杆菌对碳青霉烯耐药的
主要分子机制有:①产生碳青霉烯酶,②膜孔道蛋
白缺失,③药物主动外排泵的过度表达;④青霉素
结合蛋白改变等。
表l鲍曼不动杆菌对美罗培南耐药状况
表l
Merop曲伽resistaIlcepmfile
ofAcine幻6ac出er
ba咖删豇a
1碳青霉烯酶
1.1
B类碳青霉烯酶在鲍曼不动杆菌耐药中的作用
鲍曼不动杆菌可以产B类金属p一内酰胺酶
(MBLs),MBLs可水解青霉素、头孢菌素和碳青霉烯类抗生素,且不被D一内酰胺霉抑制剂所抑制,成
为治疗的一个重要难题。研究发现B类MBLs主要有
VIM、IMP和SIM型3类,其中VIM和IMP型家族现已发现各有lO几种亚型。在日本、意大利、葡萄牙
和我国香港地区均已报道过产VIM或IMP型酶的鲍
曼不动杆菌株。2002年韩国首次报道了产VIM一2型MBLs的不动杆菌‘71。2006年赵旺胜等㈣从南京市几家医院分离的耐碳青霉烯鲍曼不动杆菌中发现VIM和IMP的基因,尤其是检测到其中有2株产VIM酶,
属中国内地首次报道。这说明碳青霉烯酶的地域分
布以及产生菌属存在一定的差异。1988年日本首次在铜绿假单胞菌中发现IMP型MBLs,现已分布到
全球各个地方,最早是远东在鲍曼不动杆菌中发现
IMP型MBLs,IMP型MBLs通常位于鲍曼不动杆菌的
l类整合子中。发现的亚型有IMP—l,IMP一2,IMP-4,
IMP一5,IMP一6和IMP.1l[9,101。英国发现的一型IPM型MBLs是病人从巴西感染后传过去的,日本发现的几种IMP型MBLs与香港早前报道的相同。IMP型MBLs产生的对碳青霉烯耐药现已成为韩国和太平洋岛国严峻的问题。2005年Lee等【111在CRAB中检测到
万方数据
・55・
SIM—l蛋白,它是B1亚族的新成员,位于I类整合
子中,含有3个基因盒(am3,cafB3和aadAJ),对碳
青霉烯酶有较强的水解活性。广谱的SIM・1型MBL与IMP.12拥有69%的同源性,与IMP-9拥有64%的同源性。
1.2
D类碳青霉烯酶在鲍曼不动杆菌耐药中的作用
D类或oxA型碳青霉烯酶属丝氨酸蛋白酶,通
常能水解苯唑西林、甲氧西林等。自从1993年首次报道水解碳青霉烯类抗生素的oxA型碳青霉烯酶以来,已相继报道在分离的耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌中发现了几种可水解碳青霉烯的OxA酶,如oxA一
23,oXA-24,OXA-25,oXA一26,oXA一27,OXA-40,
OxA一5l,OxA一58,OxA一69等。这些丝氨酸酶的某些氨基酸残基的替代,使其可以微弱水解亚胺培南。D类碳青霉烯酶可以分成4组:第l组包括oxA一23,oxA-27和OxA-49,氨基酸同源性99%I第2组oXA一24,OXA-25,OXA一26和OXA一40,氨基酸同源性98%。前两组之间的氨基酸同源性为60%l第3组由OXA-51,oXA一64到OXA一66,OXA一68到OXA-71,oXA一75到OXA-78,OXA-83,oXA一84,oXA-86到
oXA一89,OXA.9
1,OXA一92,oXA・94,OXA一95组成
【12】,与前2组氨基酸同源性<63%,oxA一51与同组其他酶的氨基酸同源性达98%一99%;第4组有oxA一58和OxA一96,与前3组的氦基酸同源性<50%【13】。
据报道国内大约有80%的CRAB是由于产生OxA一23型碳青霉烯酶,OxA-23可能是鲍曼不动杆
菌耐药的主要原因。王辉等【14l研究发现,北京和广
州地区4家医院分离的CRAB绝大多数是因为产生OxA一23型碳青霉烯酶。zhou等【15】从浙江大学第一附
属医院2003.08—2004-12期间暴发的CRAB中,全部
检测到6JaoxA彩和bJaox“s基因。方平等【161在临床分离的CRAB发现0xA一23型酶,未发现IMP和VIM型p-内酰胺酶和oxA-24型酶。陆春雨[171等研究发现北京地区CRAB与oXA・23、PER-l和AmpC酶密切相关。
国外流行的CRAB主要也是产生oxA一23型酶。Koh等118】研究发现新加坡总医院cRAB有91%携带6JaoxA.23基因。Villegas等【19】于2005从纽约市7家医院获得66株CRAB,全部检测到bJaoxA-23和6JaoxA.5l基
因。并且首次报道了6JaoxM,在美国南部广泛传播。
韩国Jeon等也发现CRAB与6JaoxA.23相关。值得注意
的是Qi等【20】对美国芝加哥西北纪念医院临床微生物实验室分离的耐药菌分析发现从2004—2007年随
着A型鲍曼不动杆菌在该院逐渐流行,对亚胺培南的耐药率也在逐年增高。基因检测与表型分析发现
・56・6JaoxA彩和6JaoxA40基因与亚胺培南的耐药相关,但与美罗培南的耐药不相关,美罗培耐的耐药可能还存在其他机制,例如膜蛋白缺失或外排泵等。希腊学者【211报道了由bJaoxA-58介导的CRAB流行,同时还发现oXA一5l酶水解活性较弱,bJaoxA.5-基因天然存在于所有的鲍曼不动杆菌中。Hu等f22】在cRAB中发现bJaoxA.5l和6JaoxA-66基因,也证实bJaoxA.5l基因几乎存在所有鲍曼不动杆菌中。
尽管许多文献报道OxA酶的水解活性比较弱,但在不动杆菌对碳青霉烯类耐药机制中至关重要。
研究发现在6JaoXA基因的上游通常有段插入序列,可
以增强bJaoxA基因的表达,因此有学者在研究6妇oxA基因同时也对插入序列进行深入研究。王辉【14】等和zhou等【15】都在CRAB中发现bJaoxA_23上游含有IsA6aj
插入序列。Corvec等㈣在CRAB中发现bJaoxA.23的
上游含有ISAbaJ和IsAba4插入序列。Bertini等在
CRAB中发现IS26一ISA6a2_bJao)【A.58_ISA蚰3模块,
Is26、IsAba2、ISAba3对bJaoxA-58的表达起重要的作用。Hu等【22】发现CRAB中的bJao】【A-66/6JaoxA-51.1址。上游存在ISAbaJ插入序列,IsAB中的bJao)(A.66/bJao)cA-5l-like上游不存在IsA6aJ插入序列。据统计发现通常仅在cRAB中可以检测到这些插入序列中的一种或几种,而在敏感菌株中,这些插入序列通常缺失。因此这些插入序列可能含有目的基因的启动子,能够促进目的基因的表达。
1.3碳青零烯酶的基因定位与cRAB的流行
全球一些地方的学者用脉冲场凝胶电泳(PFGE)
对临床分离的CRAB进行基因分型和流行病学研究,发现耐药菌在一定范围内的流行往往只与单个或少数几个基因型相关。杨青等发现浙江大学第一附属医院感染的cRAB以A型为主,王辉等发现国内多家医院cRAB的流行株为P型,Qi等【zol发现美国芝加哥西北纪念医院cRAB的流行株在逐年变化,最后以A型为主。基因克隆研究发现许多与耐药相关的基因位于染色体上,只有少数几种同时位于染色体和质粒(表2)。王辉【14】等和zhou等‘15】用southern杂交法证实6JaoxA-23位于染色体上。在西班牙北部Bilbao城的一所医院分离出8株产OXA一40酶的鲍曼不动杆菌,耐亚胺培南,还有耐克拉维酸、三唑巴坦、舒巴坦和氯化钠的抑制作用。此OxA.40系OxA.24,oxA.25,oxA-26酶群变异而来,其基因【24】位于于染色体上。Cor、,ec等‘22】发现6Jao)【A.23位于cRAB质粒上。意大利和希腊有学者121,25j发现6Jaox^-58位于质粒上。当耐药基因位于质粒上容易发生播散,而位于染色体
万方数据
WbrldNotes
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Antibiotics,2009,、,01.30,No.2
上只能发生克隆株的水平传播,即通过病人或器械
相互接触传播。此外,有些学者对耐药菌的整合子
进行研究,发现存在于CRAB内的整合子几乎全是
I类整合子,MBLs通常位于I类整合子中,所以
CRAB也有可能通过整合子进行水平传播。
2外膜孔道蛋白(oMPs)缺失
细胞膜上有亲水性的药物通过蛋白,称为外膜
蛋白,主要有2种:分子较大的为OmpF和分子较小的Ompc,外膜蛋白的缺失可导致细菌耐药性的发
生。有关OMPs的改变对不动杆菌耐药机制的作用研究已有很多报道。2002年,阿根廷有家实验室在16mmol/L水杨酸的选择作用下,亚胺培南对鲍曼不动杆菌的MIC从0.5pg/mL增至16pg/mL;鲍曼不动杆
菌在亚胺培南的作用下,对其耐药性从MIC
O.5pg/
mL增至8pg/mL。采用sDs—PAGE电泳分析发现,这
2种情况下,OMP
29
000均缺失[261。2005年,这家实
验室发现编码此OMP29
000的基因为caro,它编码
表2鲍曼不动杆菌6hox^基因亚型及定位、O)队酶的
等电点和发现的地区年份
’I'able2Thegeographicaldisn刊butionandyearofisoIationof
Acine幻bacter
ba啪a棚“a,6如o)【^-typeisolates
锄d
tllepIValues
ofoXA∞zym韩
(染色体)为可能在染色体上
国外医药抗生素分册2009年第30卷第2期
・57・
一个由247个氨基酸组成的蛋白质,N末端信号序列
表3鲍曼不动杆菌外排泵分类及其对一些抗生素的活性
及一个转膜圆桶状拓朴结构,参与鲍曼不动杆菌接疋Ible311圮classi6cationofAcine£0bacterb御lmanniie毋ux
受碳青霉烯抗生素的流入,但当caro基因前有插入
p岫ps姐dtlleir粕ti_dmg
actiViti髓
序列时,会发生插入失活导致ca幻基因不表达【261。
王辉等127】通过亚胺培南体外突变筛选研究,
发现有l株鲍曼不动杆菌的oMP图谱发生很大的改
变,OMP
20
000的缺失,导致OMP
29
000和OMP
21
000表达量降低。与此同时,该菌株对许多抗菌
药物的敏感性下降。因此断定这些OMP,特别是
OMP20000的缺失,影响抗菌药物的渗透,由此
推测,这个突变子对多种抗菌药物耐药。同时还发
现耐药克隆株均产多种D-内酰胺酶,即OXA一23型碳青霉烯酶或IMP-8型金属酶、PER.1型酶、高产Ampc酶和TEM一1酶。整合子含有携带氨基糖苷类、MFs:主要易化超家族(majorB圮iIi协t∞s叩e喻miIy)l
利福平、氯霉素的修饰酶及金属酶(IMP-8型)。可见鼢m:耐药结苇分化家族(fcsjIl卸cemodl】1abon抽ision)-
CRAB的产生是多种机制共同作用结果。张雪云等【28】MA瓶:+多药及毒物外排家族(mtllbdn悸锄dtoxiccompoundcx扛懈i∞)
提取5个不同克隆株的CRABOMP并对其进行sDS-用得到AdeRS的调控【311。AdeB蛋白包含12个跨膜片PAGE电泳分析发现,耐药株与敏感株相比,在一些段,显示出与几种RND类外排泵的蛋白高度一致性报道较多的热点蛋白带发现31-ku的条带丢失,该处(大于50%),属于RND类。能导致对喹诺酮、四环可能为鲍曼不动杆菌的孔蛋白,这些CRAB同时还素、氯霉素、红霉素、溴乙锭等多种药物耐药。除产生OxA一23型碳青霉烯酶。因此,cRAB的耐药机了AdeABC外排泵还存在其他几种外排泵及其发挥的制可能是产酶和OMP丢失共同作用。siroy等f29】研究作用(表3)【321。陆春雨等【33】以环丙沙星、四环素、阿
耐亚胺培南和美罗培南的多重耐药鲍曼不动杆菌,米卡星和亚胺培南作为底物。分别有12,5,6,6株鲍
发现其耐药性与Caro(一种25/29-ku外膜蛋白)丢失
曼不动杆菌在10pg/mLCCCP或含25pg/mL利血平有关,质谱分析蛋白条带发现伴随carO还存在一种
的条件下MIC值降低4倍或4倍以上,adeB基因检测omp25(25一ku)蛋白,这2种蛋白的二级结构都是D结果显示阳性,说明鲍曼不动杆菌在对碳青霉烯耐
折叠,Caro可以形成孔道。CarO形成的离子通道具
药机制中存在药物外排。Hu等【22l研究发现台北地区
有较弱的阳离子选择性和电压差,但该孔道没有亚
对亚胺培南耐药的鲍曼不动杆菌除了OXA一66/oXA-胺培南结合位点,属于非特异性通道。西班牙的del5l-like酶外,主要机制是外排泵。MarT0m矗s等【30】分析oMPsN-末端的序列,通过纯4青霉素结合蛋白改变
化和SDS-PAGE电泳分析发现33~36ku
oMPs丢失与
国外学者报道,西班牙分离的11株耐亚胺培南鲍曼不动杆菌对碳青霉烯类耐药相关。
鲍曼不动杆菌产生p16.3和p17.o的内酰胺酶,缺乏
3药物主动外排表达
22.5ku
oMP,尚可见73.2kuPBP的缺失【341,具体机
在细菌的外膜上还有特殊的药物外排泵系统,
制还需进一步研究。目前未发现有国内学者对青霉
外排细菌体内的药物而使药物浓度不足以发挥抗菌素结合蛋白改变引起的耐药进行研究。
作用而导致耐药。这_二过程需要能量,这一机制对5结束语
多种抗生素起作用。有学者对鲍曼不动杆菌的主动随着鲍曼不动杆菌对碳青霉烯类耐药现象日益外排系统进行了研究,发现在l株鲍曼不动杆菌多重
严峻,国内外学者纷纷就本地区或医院出现的CRAB
耐药株中存在adeABC基因簇编码的外排泵系统。后进行了广泛深入的研究,发现鲍曼不动杆菌产生耐
得以证实,在不动杆菌属中,AdeABc是鲍曼不动药有些是由于单产OxA酶,还有些是由于单产oxA
杆菌所特有的。生物信息学分析显示AdeABC外排酶、孔蛋白丢失、药物主动外排或青霉素结合蛋白
泵由AdeA,AdeB,AdeC蛋白组成,其相应3个编码改变中的2种或2种以上共同起作用。此外,经流行
基因是连续的且与adeS和adeR毗连的反向转录体,
病学和现代分子生物学技术研究显示鲍曼不动杆菌
AdeABc外排泵隐藏在野生的鲍曼不动杆菌中,其作
在病房内的播散途径和方式主要是由于克隆株水平
万方数据
・58・WbrldNotcs
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Antibiotics,2009,V|01.30,№.2
上进行的。所以提示和建议医院医生应当合理使用
抗生素,同时,还要严格执行院内的消毒、隔离制
度等。这样就有可能有效地减少耐药现象的产生和控制减少耐药株的传播。
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(下转第62页)
・62・
WofldNotesonAntibiotics,2009,、,01.30,No.2
提示Asp-9在达托霉素的抗菌活性中不可或缺。在碱
1l位氨基酸上,利用这种基因工程方法合成的许多类似物都显示出一定的活性。6结语
性条件下,达托霉素的初级降解产物则是由Th卜4和
Kyn一13之间脂键水解而产生的。
对Orn-6保护后的达托霉素去酰化,然后进行埃
达托霉素对耐药菌的良好作用使其作为治疗复
杂皮肤感染和金黄色葡萄球菌感染的菌血症和心内
德曼降解,去除Trp一1和Asn-2,再将N一癸酰-L-T叩・
D-Asn和N-癸酰・.L-Trp・L.Asn分别重新连接上,脱保护后发现具有D—Asn结构的化合物与发酵产物达托霉
膜炎的药物而在临床上得到青睐。由于以达托霉素
为代表的脂肽类抗生素具有优良的理化性质,独特
素相同,抗菌活性是其同分异构体(具有L—Asn结构
的化合物)的lo倍,可见化合物结构中氨基酸的立体构型对抗菌活性有影响。
的作用机制,赢得了广泛的研究兴趣。在未来研
究中,有以下几个方面可供深入挖掘:1)扩大适应证,进一步研究达托霉素对其他革兰阳性菌感染的
对Om一6侧链的选择性酰化修饰表明,om一6并非
抗菌活性必需,但必须至少保留Om一6侧链氨基上的一个质子。方法之一是在Om一6上再接一个氨基酸(如
作用;2)围绕达托霉素传统的化学结构改造未取得很大进展,直接改造基因获得大量组合分子库将成
为突破瓶颈的重要手段,3)提高产量,改良发酵条
唧),但此氨基酸的立体构型对抗菌活性也有影响。
通过比较达托霉素及相关的抗菌脂肽的结构,环外氨基酸侧链上l位的T印,2位的D型氨基酸,1个酸性残基和1个Asn被认为可能是抗革兰阳性菌必须的结构,但作用模式可能稍有差异。
此外,以达托霉素的生物合成基因为模板,通过对编码不同氨基酸的基因序列进行替换,可以快
件,尝试基因工程生产,4)目前达托霉素只有注射
剂一种剂型,口服制剂是未来开发的方向{5)阐明达托霉素等脂肽类药物抗菌机制,发现新靶点,为筛选新型抗生素提供有效突破口。
总之,由于达托霉素具有抗MRSA,VREF和
VRsA等耐药菌的优势,在未来一段时期内其应用前
景非常广阔。但在抗生素与细菌这场持久战中,积
速建立庞大的生物合成达托霉素衍生物的组合库,
并可进一步寻找抗菌药物。目前的工作集中在8位和
极变化才是取胜之道,这需要研究者们不懈努力。
(上接第58页)
[25】BertiniA,Poirel
6JaoxA.58gene
to
as
【30】delM盯Tom矗sM,Beceiro
L,Bernabeu
a
source
A,P6rezA,eta1.Cloning
S,eta1.Multicopyandfunctionalanalysisofthegene36・kilodalton
0uter
encodingthe33-tO
of
high—levelresistance
membraneprotein硒sociatedwim
carbapenems
in
Acf丑efobacfer6aumannjj【J】.carbapenemresistanceinAc细ef06acfer6a啪a删“【J】.
P'et
a1.
AntimicrobAgentsChemother,2007,5l(7):2324AntimicrobAgentsChemother'2005,49(12):5172
【26】MussiMA,Limansky
AS,vialeAM.Acquisition【31】MarchandI,Damie卜Piolle
L,Courvalin
ofresistancetocarbapenemsinmultiple-resistantclinicalisolatesofAcjnefobacferbaunla口日jj:naturalinsenionalinactivationof
a
Expres—siOnOftheRND—typeenuxin
pumpAdeABC
bythe
AcjnefDbacferbaumannjjis
regulated
a
gene
outer
encoding
a
memberofAdeRS
two—componentsystem【J】.AntimicrobAgents
noveI
familyofD-barrclmembraneproteins【J】.Chemother,2004,48(9):3298【32】VilaJ,Martj
S,S磊nchez・C6spedes
AntimicrobAgentsChemother’2005,49(4):1432J.Po“ns,emux
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C,eta1.Channel
pumpsandmultidrugresistanceinAcjnefo-bacfer
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12lO
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关系的研究[J】.北京医学,2007,29(6):356
【34】Fem矗ndez-CuencaF’Maninez—ManinezL,C∞cjo
C,eta1.Relationshipbetweention,outer
M
D—lactamaseproduc—
formationbyCaro,thecarbapenemresistance—associatedoutermembraneproteinofAcjnefDbacfer
membraneprOteinandpenicillin—binding
on
proleinprofilesclinical
actiVityofcarbepenemagainst
6aumann打【J】.AntimicrobAgentsChemother'2005,49(12):4876
isolatesofAcinefobacfer
baumannjI【J】.J
AntimicrobChemother,2003,5l(3):565
万方数据
・54・WbrldNotes
on
Antibiotics,2009,、,01.30,No.2
鲍曼不动杆菌对碳青霉烯类耐药机制研究进展
李春综述王中新。,沈继录审校
(安徽医科大学第一附属医院检验科,合肥230022)
摘要:鲍曼不动杆菌是一种常见的院内感染菌,由于碳青霉烯类在临床上的经常使用,细菌对碳青霉烯类耐药率逐年增高。其耐药机制涉及因素较多,其中主要是产生碳青霉烯酶、膜孔道蛋白缺失、药物主动外排和青霉素结合
蛋白改变等。耐药性的产生通常是由其中一种或几种机制共同作用导致。在耐药性的传播方面,质粒和整合子可能起
到一定作用,但可能还是以克隆株的水平传播为主。
关键词:鲍曼不动杆菌,碳青霉烯类;耐药机制中图分类号:R378
文献标识码:A
文章编号:1001-875l(2009)02-0054-05
ResearchAdVancesin
Carbapenem—resistant】Ⅵechanismof
AcjhetoJbac幻rjbIau脚annjj
LI
Ch皿,WANGZhong—xin’,SHEN
Ji-lu
(D印a彻l即t
ofclinical
l籼舳Ⅸmc觚ta伍“atedhospitalofAIllluiM础caIUnive糟咄Hefei230032,China)
6a啪aIm矗isa咖ical
nosocomialinfectionpamogen.Withthe舶quently
use
Abstract:Acine幻bac蠡er
ofcarb印enems
c抽apenem—resistaIltAc面e幻6act玎ba啪an面fisincre嬲ingrapidly.I招d川g-resistant
mechanismsincluIdcprodllctionofc响apen啪鹊e,lossesofporinp|.oteinsandchangesofpenicillin-bindingpmtci璐,舔
seVeralwell嬲theexist∞ceofe伍uxp啪ps.Ac面ef06acter6a眦凹脚讲isresistanttocarbap∞铡啮u鲫allymrou曲one
iIlclinicsettings,theprevalenceof
or
mechanisms.Pl勰mid锄dinte掣onmaybe勰sociatedwimt11e仃anslnissionofdnlg—resist姐ce.MoreoVer'也ehorizontal
咖smissionofmecloned
Key
s仃ains
maybe
a
dominantf.actorindm哥resistance.
mechanism
words:Acinefohact盯6a啪am耐;carbapencI】畸;dnlg—resist柚t
鲍曼不动杆菌是一类不发酵糖类、氧化酶阴性、没有动力的革兰阴性细菌。它广泛存在于自然界和人体表面,由于对湿热、紫外线和化学消毒剂有较强的抵抗力,可在医院环境中长期生存,在机
欧洲、北美、巴西、中国、台湾、香港、日本和韩
国等地区分离出的多重耐药鲍曼不动杆菌对美罗培
南耐药率在连续几年的递增情况…(表1)。张雪云等【21报道辽宁省人民医院200l一2003年分离鲍曼不动杆
菌对亚胺培南耐药率的动态观察结果为5.4%,7.7%和
体抵抗力下降或免疫功能受损时易引起各种感染,
包括肺炎、尿路感染、插管相关感染、菌血症等,是目前引起医院内感染的重要病原菌。随着抗生素广泛应用所产生的选择性压力,不动杆菌对临床常
13.O%。崔颖鹏等【3】报道中山大学第一附属医院2002—2004年分离的鲍曼不动杆菌对亚胺培南的耐药率
分别为21.1%,17.3%和8.8%,3年的平均耐药率为15.2%。王辉等【41报道中国10家教学医院数据显示,碳青霉烯类耐药率从2003的年4.5%升至2004年的18.2%,多重耐药菌株从2003年的33%升至2004年
用药物的耐药性正在逐年上升,特别是不动杆菌对
碳青霉烯的高耐药率。目前鲍曼不动杆菌对碳青霉烯类药物耐药机制研究已成为全球热点。
1991年首先在美国发现耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌(cRAB),随后报道了多起由耐亚胺培南鲍曼不动杆菌引起的医院暴发流行。国外有学者统计出了
的48%。朱德妹等【5】报道2006年上海地区鲍曼不动杆
菌对亚胺培南的耐药率为17.0%。可见全球和国内医
院感染鲍曼不动杆菌对碳青霉烯类的耐药率已经达
收稿日期:2008.10-3l
作者简介:李春,在读硕士研究生,主要从事细菌耐药性研究。
王中新,本文通讯作者.副教授,E-mil:aywzhx87@yahoo.com.∞
万方数据
国外医药抗生素分册2009年第30卷第2期到相当高的程度,而且还有递增的趋势。
据文献【6】报道鲍曼不动杆菌对碳青霉烯耐药的
主要分子机制有:①产生碳青霉烯酶,②膜孔道蛋
白缺失,③药物主动外排泵的过度表达;④青霉素
结合蛋白改变等。
表l鲍曼不动杆菌对美罗培南耐药状况
表l
Merop曲伽resistaIlcepmfile
ofAcine幻6ac出er
ba咖删豇a
1碳青霉烯酶
1.1
B类碳青霉烯酶在鲍曼不动杆菌耐药中的作用
鲍曼不动杆菌可以产B类金属p一内酰胺酶
(MBLs),MBLs可水解青霉素、头孢菌素和碳青霉烯类抗生素,且不被D一内酰胺霉抑制剂所抑制,成
为治疗的一个重要难题。研究发现B类MBLs主要有
VIM、IMP和SIM型3类,其中VIM和IMP型家族现已发现各有lO几种亚型。在日本、意大利、葡萄牙
和我国香港地区均已报道过产VIM或IMP型酶的鲍
曼不动杆菌株。2002年韩国首次报道了产VIM一2型MBLs的不动杆菌‘71。2006年赵旺胜等㈣从南京市几家医院分离的耐碳青霉烯鲍曼不动杆菌中发现VIM和IMP的基因,尤其是检测到其中有2株产VIM酶,
属中国内地首次报道。这说明碳青霉烯酶的地域分
布以及产生菌属存在一定的差异。1988年日本首次在铜绿假单胞菌中发现IMP型MBLs,现已分布到
全球各个地方,最早是远东在鲍曼不动杆菌中发现
IMP型MBLs,IMP型MBLs通常位于鲍曼不动杆菌的
l类整合子中。发现的亚型有IMP—l,IMP一2,IMP-4,
IMP一5,IMP一6和IMP.1l[9,101。英国发现的一型IPM型MBLs是病人从巴西感染后传过去的,日本发现的几种IMP型MBLs与香港早前报道的相同。IMP型MBLs产生的对碳青霉烯耐药现已成为韩国和太平洋岛国严峻的问题。2005年Lee等【111在CRAB中检测到
万方数据
・55・
SIM—l蛋白,它是B1亚族的新成员,位于I类整合
子中,含有3个基因盒(am3,cafB3和aadAJ),对碳
青霉烯酶有较强的水解活性。广谱的SIM・1型MBL与IMP.12拥有69%的同源性,与IMP-9拥有64%的同源性。
1.2
D类碳青霉烯酶在鲍曼不动杆菌耐药中的作用
D类或oxA型碳青霉烯酶属丝氨酸蛋白酶,通
常能水解苯唑西林、甲氧西林等。自从1993年首次报道水解碳青霉烯类抗生素的oxA型碳青霉烯酶以来,已相继报道在分离的耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌中发现了几种可水解碳青霉烯的OxA酶,如oxA一
23,oXA-24,OXA-25,oXA一26,oXA一27,OXA-40,
OxA一5l,OxA一58,OxA一69等。这些丝氨酸酶的某些氨基酸残基的替代,使其可以微弱水解亚胺培南。D类碳青霉烯酶可以分成4组:第l组包括oxA一23,oxA-27和OxA-49,氨基酸同源性99%I第2组oXA一24,OXA-25,OXA一26和OXA一40,氨基酸同源性98%。前两组之间的氨基酸同源性为60%l第3组由OXA-51,oXA一64到OXA一66,OXA一68到OXA-71,oXA一75到OXA-78,OXA-83,oXA一84,oXA-86到
oXA一89,OXA.9
1,OXA一92,oXA・94,OXA一95组成
【12】,与前2组氨基酸同源性<63%,oxA一51与同组其他酶的氨基酸同源性达98%一99%;第4组有oxA一58和OxA一96,与前3组的氦基酸同源性<50%【13】。
据报道国内大约有80%的CRAB是由于产生OxA一23型碳青霉烯酶,OxA-23可能是鲍曼不动杆
菌耐药的主要原因。王辉等【14l研究发现,北京和广
州地区4家医院分离的CRAB绝大多数是因为产生OxA一23型碳青霉烯酶。zhou等【15】从浙江大学第一附
属医院2003.08—2004-12期间暴发的CRAB中,全部
检测到6JaoxA彩和bJaox“s基因。方平等【161在临床分离的CRAB发现0xA一23型酶,未发现IMP和VIM型p-内酰胺酶和oxA-24型酶。陆春雨[171等研究发现北京地区CRAB与oXA・23、PER-l和AmpC酶密切相关。
国外流行的CRAB主要也是产生oxA一23型酶。Koh等118】研究发现新加坡总医院cRAB有91%携带6JaoxA.23基因。Villegas等【19】于2005从纽约市7家医院获得66株CRAB,全部检测到bJaoxA-23和6JaoxA.5l基
因。并且首次报道了6JaoxM,在美国南部广泛传播。
韩国Jeon等也发现CRAB与6JaoxA.23相关。值得注意
的是Qi等【20】对美国芝加哥西北纪念医院临床微生物实验室分离的耐药菌分析发现从2004—2007年随
着A型鲍曼不动杆菌在该院逐渐流行,对亚胺培南的耐药率也在逐年增高。基因检测与表型分析发现
・56・6JaoxA彩和6JaoxA40基因与亚胺培南的耐药相关,但与美罗培南的耐药不相关,美罗培耐的耐药可能还存在其他机制,例如膜蛋白缺失或外排泵等。希腊学者【211报道了由bJaoxA-58介导的CRAB流行,同时还发现oXA一5l酶水解活性较弱,bJaoxA.5-基因天然存在于所有的鲍曼不动杆菌中。Hu等f22】在cRAB中发现bJaoxA.5l和6JaoxA-66基因,也证实bJaoxA.5l基因几乎存在所有鲍曼不动杆菌中。
尽管许多文献报道OxA酶的水解活性比较弱,但在不动杆菌对碳青霉烯类耐药机制中至关重要。
研究发现在6JaoXA基因的上游通常有段插入序列,可
以增强bJaoxA基因的表达,因此有学者在研究6妇oxA基因同时也对插入序列进行深入研究。王辉【14】等和zhou等【15】都在CRAB中发现bJaoxA_23上游含有IsA6aj
插入序列。Corvec等㈣在CRAB中发现bJaoxA.23的
上游含有ISAbaJ和IsAba4插入序列。Bertini等在
CRAB中发现IS26一ISA6a2_bJao)【A.58_ISA蚰3模块,
Is26、IsAba2、ISAba3对bJaoxA-58的表达起重要的作用。Hu等【22】发现CRAB中的bJao】【A-66/6JaoxA-51.1址。上游存在ISAbaJ插入序列,IsAB中的bJao)(A.66/bJao)cA-5l-like上游不存在IsA6aJ插入序列。据统计发现通常仅在cRAB中可以检测到这些插入序列中的一种或几种,而在敏感菌株中,这些插入序列通常缺失。因此这些插入序列可能含有目的基因的启动子,能够促进目的基因的表达。
1.3碳青零烯酶的基因定位与cRAB的流行
全球一些地方的学者用脉冲场凝胶电泳(PFGE)
对临床分离的CRAB进行基因分型和流行病学研究,发现耐药菌在一定范围内的流行往往只与单个或少数几个基因型相关。杨青等发现浙江大学第一附属医院感染的cRAB以A型为主,王辉等发现国内多家医院cRAB的流行株为P型,Qi等【zol发现美国芝加哥西北纪念医院cRAB的流行株在逐年变化,最后以A型为主。基因克隆研究发现许多与耐药相关的基因位于染色体上,只有少数几种同时位于染色体和质粒(表2)。王辉【14】等和zhou等‘15】用southern杂交法证实6JaoxA-23位于染色体上。在西班牙北部Bilbao城的一所医院分离出8株产OXA一40酶的鲍曼不动杆菌,耐亚胺培南,还有耐克拉维酸、三唑巴坦、舒巴坦和氯化钠的抑制作用。此OxA.40系OxA.24,oxA.25,oxA-26酶群变异而来,其基因【24】位于于染色体上。Cor、,ec等‘22】发现6Jao)【A.23位于cRAB质粒上。意大利和希腊有学者121,25j发现6Jaox^-58位于质粒上。当耐药基因位于质粒上容易发生播散,而位于染色体
万方数据
WbrldNotes
on
Antibiotics,2009,、,01.30,No.2
上只能发生克隆株的水平传播,即通过病人或器械
相互接触传播。此外,有些学者对耐药菌的整合子
进行研究,发现存在于CRAB内的整合子几乎全是
I类整合子,MBLs通常位于I类整合子中,所以
CRAB也有可能通过整合子进行水平传播。
2外膜孔道蛋白(oMPs)缺失
细胞膜上有亲水性的药物通过蛋白,称为外膜
蛋白,主要有2种:分子较大的为OmpF和分子较小的Ompc,外膜蛋白的缺失可导致细菌耐药性的发
生。有关OMPs的改变对不动杆菌耐药机制的作用研究已有很多报道。2002年,阿根廷有家实验室在16mmol/L水杨酸的选择作用下,亚胺培南对鲍曼不动杆菌的MIC从0.5pg/mL增至16pg/mL;鲍曼不动杆
菌在亚胺培南的作用下,对其耐药性从MIC
O.5pg/
mL增至8pg/mL。采用sDs—PAGE电泳分析发现,这
2种情况下,OMP
29
000均缺失[261。2005年,这家实
验室发现编码此OMP29
000的基因为caro,它编码
表2鲍曼不动杆菌6hox^基因亚型及定位、O)队酶的
等电点和发现的地区年份
’I'able2Thegeographicaldisn刊butionandyearofisoIationof
Acine幻bacter
ba啪a棚“a,6如o)【^-typeisolates
锄d
tllepIValues
ofoXA∞zym韩
(染色体)为可能在染色体上
国外医药抗生素分册2009年第30卷第2期
・57・
一个由247个氨基酸组成的蛋白质,N末端信号序列
表3鲍曼不动杆菌外排泵分类及其对一些抗生素的活性
及一个转膜圆桶状拓朴结构,参与鲍曼不动杆菌接疋Ible311圮classi6cationofAcine£0bacterb御lmanniie毋ux
受碳青霉烯抗生素的流入,但当caro基因前有插入
p岫ps姐dtlleir粕ti_dmg
actiViti髓
序列时,会发生插入失活导致ca幻基因不表达【261。
王辉等127】通过亚胺培南体外突变筛选研究,
发现有l株鲍曼不动杆菌的oMP图谱发生很大的改
变,OMP
20
000的缺失,导致OMP
29
000和OMP
21
000表达量降低。与此同时,该菌株对许多抗菌
药物的敏感性下降。因此断定这些OMP,特别是
OMP20000的缺失,影响抗菌药物的渗透,由此
推测,这个突变子对多种抗菌药物耐药。同时还发
现耐药克隆株均产多种D-内酰胺酶,即OXA一23型碳青霉烯酶或IMP-8型金属酶、PER.1型酶、高产Ampc酶和TEM一1酶。整合子含有携带氨基糖苷类、MFs:主要易化超家族(majorB圮iIi协t∞s叩e喻miIy)l
利福平、氯霉素的修饰酶及金属酶(IMP-8型)。可见鼢m:耐药结苇分化家族(fcsjIl卸cemodl】1abon抽ision)-
CRAB的产生是多种机制共同作用结果。张雪云等【28】MA瓶:+多药及毒物外排家族(mtllbdn悸锄dtoxiccompoundcx扛懈i∞)
提取5个不同克隆株的CRABOMP并对其进行sDS-用得到AdeRS的调控【311。AdeB蛋白包含12个跨膜片PAGE电泳分析发现,耐药株与敏感株相比,在一些段,显示出与几种RND类外排泵的蛋白高度一致性报道较多的热点蛋白带发现31-ku的条带丢失,该处(大于50%),属于RND类。能导致对喹诺酮、四环可能为鲍曼不动杆菌的孔蛋白,这些CRAB同时还素、氯霉素、红霉素、溴乙锭等多种药物耐药。除产生OxA一23型碳青霉烯酶。因此,cRAB的耐药机了AdeABC外排泵还存在其他几种外排泵及其发挥的制可能是产酶和OMP丢失共同作用。siroy等f29】研究作用(表3)【321。陆春雨等【33】以环丙沙星、四环素、阿
耐亚胺培南和美罗培南的多重耐药鲍曼不动杆菌,米卡星和亚胺培南作为底物。分别有12,5,6,6株鲍
发现其耐药性与Caro(一种25/29-ku外膜蛋白)丢失
曼不动杆菌在10pg/mLCCCP或含25pg/mL利血平有关,质谱分析蛋白条带发现伴随carO还存在一种
的条件下MIC值降低4倍或4倍以上,adeB基因检测omp25(25一ku)蛋白,这2种蛋白的二级结构都是D结果显示阳性,说明鲍曼不动杆菌在对碳青霉烯耐
折叠,Caro可以形成孔道。CarO形成的离子通道具
药机制中存在药物外排。Hu等【22l研究发现台北地区
有较弱的阳离子选择性和电压差,但该孔道没有亚
对亚胺培南耐药的鲍曼不动杆菌除了OXA一66/oXA-胺培南结合位点,属于非特异性通道。西班牙的del5l-like酶外,主要机制是外排泵。MarT0m矗s等【30】分析oMPsN-末端的序列,通过纯4青霉素结合蛋白改变
化和SDS-PAGE电泳分析发现33~36ku
oMPs丢失与
国外学者报道,西班牙分离的11株耐亚胺培南鲍曼不动杆菌对碳青霉烯类耐药相关。
鲍曼不动杆菌产生p16.3和p17.o的内酰胺酶,缺乏
3药物主动外排表达
22.5ku
oMP,尚可见73.2kuPBP的缺失【341,具体机
在细菌的外膜上还有特殊的药物外排泵系统,
制还需进一步研究。目前未发现有国内学者对青霉
外排细菌体内的药物而使药物浓度不足以发挥抗菌素结合蛋白改变引起的耐药进行研究。
作用而导致耐药。这_二过程需要能量,这一机制对5结束语
多种抗生素起作用。有学者对鲍曼不动杆菌的主动随着鲍曼不动杆菌对碳青霉烯类耐药现象日益外排系统进行了研究,发现在l株鲍曼不动杆菌多重
严峻,国内外学者纷纷就本地区或医院出现的CRAB
耐药株中存在adeABC基因簇编码的外排泵系统。后进行了广泛深入的研究,发现鲍曼不动杆菌产生耐
得以证实,在不动杆菌属中,AdeABc是鲍曼不动药有些是由于单产OxA酶,还有些是由于单产oxA
杆菌所特有的。生物信息学分析显示AdeABC外排酶、孔蛋白丢失、药物主动外排或青霉素结合蛋白
泵由AdeA,AdeB,AdeC蛋白组成,其相应3个编码改变中的2种或2种以上共同起作用。此外,经流行
基因是连续的且与adeS和adeR毗连的反向转录体,
病学和现代分子生物学技术研究显示鲍曼不动杆菌
AdeABc外排泵隐藏在野生的鲍曼不动杆菌中,其作
在病房内的播散途径和方式主要是由于克隆株水平
万方数据
・58・WbrldNotcs
on
Antibiotics,2009,V|01.30,№.2
上进行的。所以提示和建议医院医生应当合理使用
抗生素,同时,还要严格执行院内的消毒、隔离制
度等。这样就有可能有效地减少耐药现象的产生和控制减少耐药株的传播。
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(下转第62页)
・62・
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提示Asp-9在达托霉素的抗菌活性中不可或缺。在碱
1l位氨基酸上,利用这种基因工程方法合成的许多类似物都显示出一定的活性。6结语
性条件下,达托霉素的初级降解产物则是由Th卜4和
Kyn一13之间脂键水解而产生的。
对Orn-6保护后的达托霉素去酰化,然后进行埃
达托霉素对耐药菌的良好作用使其作为治疗复
杂皮肤感染和金黄色葡萄球菌感染的菌血症和心内
德曼降解,去除Trp一1和Asn-2,再将N一癸酰-L-T叩・
D-Asn和N-癸酰・.L-Trp・L.Asn分别重新连接上,脱保护后发现具有D—Asn结构的化合物与发酵产物达托霉
膜炎的药物而在临床上得到青睐。由于以达托霉素
为代表的脂肽类抗生素具有优良的理化性质,独特
素相同,抗菌活性是其同分异构体(具有L—Asn结构
的化合物)的lo倍,可见化合物结构中氨基酸的立体构型对抗菌活性有影响。
的作用机制,赢得了广泛的研究兴趣。在未来研
究中,有以下几个方面可供深入挖掘:1)扩大适应证,进一步研究达托霉素对其他革兰阳性菌感染的
对Om一6侧链的选择性酰化修饰表明,om一6并非
抗菌活性必需,但必须至少保留Om一6侧链氨基上的一个质子。方法之一是在Om一6上再接一个氨基酸(如
作用;2)围绕达托霉素传统的化学结构改造未取得很大进展,直接改造基因获得大量组合分子库将成
为突破瓶颈的重要手段,3)提高产量,改良发酵条
唧),但此氨基酸的立体构型对抗菌活性也有影响。
通过比较达托霉素及相关的抗菌脂肽的结构,环外氨基酸侧链上l位的T印,2位的D型氨基酸,1个酸性残基和1个Asn被认为可能是抗革兰阳性菌必须的结构,但作用模式可能稍有差异。
此外,以达托霉素的生物合成基因为模板,通过对编码不同氨基酸的基因序列进行替换,可以快
件,尝试基因工程生产,4)目前达托霉素只有注射
剂一种剂型,口服制剂是未来开发的方向{5)阐明达托霉素等脂肽类药物抗菌机制,发现新靶点,为筛选新型抗生素提供有效突破口。
总之,由于达托霉素具有抗MRSA,VREF和
VRsA等耐药菌的优势,在未来一段时期内其应用前
景非常广阔。但在抗生素与细菌这场持久战中,积
速建立庞大的生物合成达托霉素衍生物的组合库,
并可进一步寻找抗菌药物。目前的工作集中在8位和
极变化才是取胜之道,这需要研究者们不懈努力。
(上接第58页)
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0uter
encodingthe33-tO
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membraneprotein硒sociatedwim
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a
Expres—siOnOftheRND—typeenuxin
pumpAdeABC
bythe
AcjnefDbacferbaumannjjis
regulated
a
gene
outer
encoding
a
memberofAdeRS
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