質粒介導的喹諾酮類藥物耐藥機制研究進展

夏利寧，南海辰，底麗娜

（新疆農業大學動物醫學學院，新疆 烏魯木齊830052）

腸桿菌科細菌對喹諾酮類藥物耐藥性日益加重，以往喹諾酮類的耐藥研究多集中在染色體介導的靶位改變、膜通透性降低、外排泵亢進機制，質粒介導的喹諾酮類耐藥鮮見報道。近年來出現一種質粒介導的喹諾酮耐藥（plasmid-mediated-quinoloneresistance，PMQR）因子，是一種新的喹諾酮耐藥機制。到目前為止發現3大類（qnr，aac（6′）-Ib-cr和qepA或oqxAB）由質粒介導的喹諾酮耐藥類型。這些由質粒介導的耐藥基因可以在菌間進行水平傳播，使其他細菌獲得新的遺傳物質而主動產生耐藥性，加大細菌耐藥性傳播的風險。本文就新出現的喹諾酮耐藥機制綜述如下。

1 qnr介導的喹諾酮耐藥機制

1998年在美國阿拉巴馬州伯明翰醫學研究中心，Martínez-Martínez等首次報道從一株肺炎克雷伯氏菌中獲得一個可轉移喹諾酮類耐藥性的質粒pMG252，他們將質粒攜帶的引起對喹諾酮類藥物耐藥的基因命名為qnr（Quinolone resistance，后來被命名為qnrA）。研究發現qnr基因可在不同細菌中迅速水平傳播，它的存在還能加速細菌的染色體促旋酶和拓撲異構酶的喹諾酮耐藥決定區（Quinolones resistance determining region，QRDR）的位點突變，使得含有qnr的菌株更加容易對喹諾酮藥物產生更嚴重的耐藥[1]。而且qnr基因常與其他多種耐藥基因共同整合，限制了臨床治療相關細菌感染時選藥或聯合用藥的范圍。

qnr基因的新進展 隨著新的qnr基因的發現，世界各地學者在人、動物及環境中發現不同的基因亞型種類，目前已知的qnrS有4個亞型，qnrB有23個亞型，qnrA有6個亞型[2]，2010年，周明明等人在海藻希瓦菌中發現一種新的qnrA7基因亞型[3]，2013年邵宜波等發現了qnrB24新亞型[4]，2013年楊曉燕等人首次從銅綠假單胞菌中發現qnrA1基因[5]，2013年Adachi等人首次在水生環境中檢測出qnrS1[6]，2012年Mokracka等人在歐洲首次檢測出qnrD[7]，隨著人們的重視，可能以后將有更多的亞型被發現。

2 aac（6′）-Ib-cr的首次發現及其作用機制

2006年，哈佛醫學院的Hooper等在研究qnrA介導的喹諾酮類耐藥性時發現有些含qnrA的接合子對環丙沙星的MIC值為1mg/L，較其他結合子高4倍，進一步通過基因敲除試驗，證實這種較高水平的耐藥性是由與qnrA位于同一質粒上的氨基糖苷乙酰轉移酶的變異基因aac（6′）-Ib-cr編碼的滅活酶引起的。aac（6′）-Ib基因屬于aac（aminoglycoside acetyltransferase，編碼乙酰轉移酶）基因，能使細菌對卡那霉素、阿米卡星和妥布霉素氨基糖苷類藥物產生耐藥。而aac（6′）-Ib存在cr變異后，即可產生一種新的喹諾酮耐藥機制[8]。氨基糖苷乙酰轉移酶介導的喹諾酮類耐藥機制的發現意義重大，它推翻了以往常理認為喹諾酮類為全合成藥物不會被滅活酶水解的觀點，且首次發現細菌產生的滅活酶可同時作用于兩種不相關的抗菌藥物。自2006年首次發現aac（6′）-Ib-cr基因以來，林居純等從2003-2010年間中國多省的部分養殖場食品動物源沙門菌中檢測出aac（6′）-Ib-cr基因[9]，迄今有美國、斯洛文尼亞、阿根廷、丹麥、法國、英國、中國、埃及和西班牙等10多個國家報道了該基因的流行情況。是目前進行PMQR因子檢測研究中檢出率最高的基因，既可以位于染色體上，又可以位于質粒上，是危害最嚴重的耐藥基因，2012年Ruiz E在染色體上亦檢測出該基因[10]。

3質粒介導喹諾酮外排系統oqxAB和qepA的首次發現及其作用機制

傳統認為在革蘭陰性菌中，多數喹諾酮耐藥外排基因是屬于介導多藥轉運的RND（resistancenodulation-cell division）泵出系統家族。編碼該系統的基因多數為內源性，且位于染色體上。目前，發現兩種新的質粒介導喹諾酮外排轉運系統，分別是OqxAB和QepA。

3.1 OqxAB外排系統 2003年Sorensen等從豬糞分離的大腸桿菌中發現能夠介導耐喹乙醇藥物的質粒pOLA52。之后的深入研究發現其耐藥機制為質粒上編碼的一個多藥外排泵，稱之為OqxAB。它屬于RND外排系統家族。除了介導對喹乙醇的耐藥外，還介導對其他藥物如氯霉素的耐藥。在acrA基因缺失的大腸桿菌中，pOLA52能夠使該菌對萘啶酸和環丙沙星的MIC提高8倍到16倍。Hansen等對丹麥和瑞士1995年至1998年間556株年代大腸桿菌進行OqxAB檢測，檢出OqxA。Kim等從人源性的大腸桿菌中檢出質粒介導的OqxAB基因，并在肺炎克雷伯氏菌的染色體中檢出OqxAB基因，并發現該基因不同表達水平會導致細菌對喹乙醇的耐藥性存在差異，2012年Literak I在歐洲檢測越冬雜食的白嘴鴉糞便亦檢測出該基因，說明動物糞便可能造成耐藥的傳播[11]。

3.2 QepA外排系統 2007年日本學者Yamane在日本兵庫縣從人源大腸桿菌中發現攜帶新型外排蛋白QepA（quinolone efflux protein A，QepA）的質粒pHPA。這個質粒介導氨基糖苷類、氟喹諾酮類和廣譜的β-內酰胺類藥物的耐藥。QepA由511個氨基酸構成，為質子依賴型外排蛋白，由14個跨膜片段組成，屬于主要易化超家族（major facilitator superfamily，MFS）。同年法國學者也發現qepA基因，他們發現菌株ECO1540與受體菌相比，包含質粒p IP1206的接合子對親水性喹諾酮類藥物（如環丙沙星和諾氟沙星）的耐藥水平高10倍，而對疏水性喹諾酮類藥物的MIC差異不大；當有泵抑制劑存在時，接合子對環丙沙星或諾氟沙星的耐藥水平迅速降低。進一步的研究發現質粒上的qepA基因介導了上述變化。在發現qepA基因后，2008年法國學者又發現了和QepA蛋白相比有兩個氨基酸改變的變異體，命名為QepA2，它同QepA（后來重命名為QepA1）一樣能夠介導對喹諾酮類藥物的耐藥。

目前，對qepA基因的檢出報道不多，但近期的研究表明，該基因正在全世界范圍內開始流行，2012年HassanW M在埃及首次檢測出qepA[12]。目前研究表明，qepA基因在人和動物來源的菌株中均有存在，通過食物鏈，人類很可能獲得此種耐藥基因。盡管qepA的流行率目前較低，考慮到ISCR3C的存在和質粒的聯合選擇及共同轉移的可能性，必須對這些多藥耐藥細菌進行更多的監控，并謹慎的使用抗生素。

這些（qnr基因，氨基糖苷乙酰轉移酶的變異基因（aac（6′）-Ib-cr）和喹諾酮外排蛋白QepA或OqxAB），由質粒介導的耐藥因子主要分布在腸桿菌科細菌中，尤其是肺炎克雷伯氏菌和大腸桿菌。

4 結束語

目前，全球很多地區在腸桿菌中都檢出PMQR因子。細菌攜帶PMQR因子會導致喹諾酮類藥物在臨床治療失敗，或必須加大劑量才能發揮藥效，其結果使細菌進一步對喹諾酮類藥物完全耐藥。此外，可能導致喹諾酮類藥物的替代品失效，相關新基因的出現可能會在未來幾年內陸續被檢出，就如aac（6'）-Ib基因一樣，最初介導細菌對氨基糖苷類藥物耐藥，但發生-cr變異后，同時對喹諾酮類藥物也耐藥。提示在目前這種人醫和動物臨床抗菌藥物選擇性壓力下，還應當考慮現存耐藥基因的進化趨勢。變異的氨基糖苷乙酰轉移酶的出現，讓我們重新認識到了微生物頑強的適應能力。

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