AmpC β-內酰胺酶致細菌耐藥機制的研究進展

唐婧嫻 綜述，黃永茂 審校

隨著醫學水平的不斷進步，抗菌藥物被廣泛應用于臨床，特別是廣譜β-內酰胺類抗菌藥物的大量使用，導致越來越多耐藥菌株的產生，給臨床治療帶來極大挑戰。而含AmpC β-內酰胺酶的耐藥菌株則是其中的代表之一［1］。自1973 年第一株AmpC β-內酰胺酶被發現至今，產AmpC酶的耐藥菌株的病例不斷被報道。此類菌株對第一至第三代頭孢菌素、頭霉素、氨曲南耐藥，外膜蛋白丟失的菌株甚至出現對碳青霉烯類抗菌藥物的耐藥，且不被克拉維酸等β-內酰胺酶抑制劑所抑制，給臨床抗菌治療帶來非常大的困難。本文對AmpC β-內酰胺酶的生物學特性、分類的研究進展作一綜述。

1 AmpC β-內酰胺酶生物學特性

AmpC β-內酰胺酶又稱頭孢菌素酶，是由革蘭氏陰性桿菌產生的不被克拉維酸抑制的“絲氨酸”頭孢菌素酶，屬于C類酶，相當于Richmond-Sykes class I，BJM group 1［2］類酶。多數腸桿菌屬、沙雷氏菌屬、枸緣酸菌屬、摩根氏菌屬均可產生AmpC β-內酰胺酶。初次是1967 年由Henwessey 在一種陰溝腸桿菌中發現的可誘導的β-內酰胺酶，即目前所知的染色體介導的AmpC酶。此后，各種質粒介導的AmpC酶又在全世界范圍內發現［3］。AmpC 酶的作用機制目前還沒有完全明確，它的出現與細胞壁肽聚糖循環相關，由存在于多種革蘭氏陰性桿菌中的amp操縱子所控制，由結構基因ampc 基因所編碼，至少有ampr、ampd、ampg 和ampe 四個不連鎖的調節基因參與了AmpC酶的表達。各種AmpC酶誘導劑的使用如頭孢西丁、頭孢孟多、亞胺培南、克拉維酸等均可以誘導AmpC酶的大量產生。隨著超廣譜β-內酰胺類抗菌藥物的大量使用，自然狀態下的野生菌株發生著高頻率的去抑制突變，表現為敏感的野生型菌群中出現了去抑制突變而高產AmpC酶的耐藥菌株。目前，產AmpC酶的菌株對第一至第三代頭孢菌素、氨基糖苷類、頭霉素、氨曲南均表現較高的耐藥率，部分外膜蛋白丟失的菌株甚至出現對碳青霉烯類抗生素耐藥。

2 AmpC β-內酰胺酶的分類

2.1 染色體介導的AmpC 酶 染色體介導的AmpC酶根據產酶水平的高低可分為誘導高產酶、持續高產酶和持續低產酶，而根據ampc 基因是否具有誘導性分為誘導型AmpC 酶和結構型AmpC 酶。目前已知的介導機制包括以下三種：（1）ampc基因的拷貝數增加；（2）衰減子區域序列突變導致ampc 基因轉錄增加；（3）獲得插入序列中含有強啟動子。

誘導型高產酶即正常條件下產少量酶，而當有誘導作用的β內酰胺類抗生素存在的條件下（如頭孢西丁、頭孢孟多、亞胺培南等），AmpC 酶的產量明顯增加100～1000倍。AmpC酶的誘導合成依賴ampr基因的調節。ampr 基因的缺失突變會使AmpC 酶喪失誘導特異性，但此時ampc 基因的表達水平會比非誘導基礎狀態提高2～3 倍。因此ampr 基因在非誘導狀態作為ampc 基因轉錄的抑制因子，而在誘導狀態下卻成為ampc 基因的激活因子。ampr 基因在ampd 基因的調控下從激活子狀態變為抑制子狀態，從而抑制ampc基因的表達。當ampd基因發生突變后，產生有缺陷的ampd蛋白，失去抑制作用而使ampr基因處于激活狀態，從而導致ampc 基因的大量表達［4］。而ampg 基因編碼產生AmpC 酶影響細胞壁肽，使其轉化為誘導AmpC 酶產生的胞漿信號分子［5］。ampg 在有β-內酰胺誘導劑存在時，向胞漿內傳遞誘導信號，誘導AmpC 酶的大量合成，而ampg 的缺失將抑制酶的誘導合成。

結構型AmpC 酶即大腸埃希菌呈現出與誘導型AmpC酶不同的表達模式-結構調節。大腸埃希菌野生株攜帶的ampc基因由于缺乏ampr基因的調控，而不具有誘導表達能力［6］。AmpC酶在大腸埃希菌中的表達是由ampc基因上游一個弱啟動子以及轉錄衰減子序列進行調控，致使野生株大腸埃希菌低水平表達AmpC酶，但當染色體弱啟動子突變為強啟動子或衰減子突變使其穩定性減低，可導致ampc mRNA 的過度表達，從而引起AmpC 酶的大量增加。而ampc 基因拷貝數的增加和獲得的插入序列中含有強啟動子等因素，也可以引起AmpC酶的高產［7］。

2.2 質粒介導的AmpC 酶 AmpC 酶不僅可由染色體介導，還能通過質粒介導。并且通過質粒復制、結合子、轉座子［8］、整合子［9］移位，在同種屬和不同種屬的革蘭氏陰性菌之間進行傳播，引起耐藥菌株的大范圍暴發流行［10］。現質粒介導的AmpC 酶在世界各地不同國家之間有不同的分布類型。質粒介導的AmpC 酶在分子結構上與染色體介導的AmpC 酶有一定的同源性（37%～99%），而不同質粒介導的AmpC酶之間也有一定的同源性。有研究表明，來源于同一菌種的AmpC 酶的同源性高，而來源于不同菌種的AmpC 酶的同源性低［11］。質粒介導的AmpC 酶在底物與抑制劑特性上與染色體介導的AmpC酶相似。

質粒介導的AmpC 酶主要存在于因缺乏AmpC酶結構基因或調節基因而不具誘導性染色體編碼AmpC 酶細菌中，常在大腸埃希氏菌［12］、肺炎克雷伯菌、產酸克雷伯菌、產氣腸桿菌、沙門菌及奇異變形桿菌中持續高水平表達。據其遺傳學關系及氨基酸序列的同源性，可分為：弗勞地枸櫞酸桿菌群、腸桿菌屬群、摩氏摩根菌群、蜂房哈夫尼亞菌群、氣單胞菌群、起源未定菌群等。質粒介導的AmpC 酶具有AmpC酶典型生化特性和抗藥性，但其水解底物范圍更廣，耐藥質粒往往同時攜帶氨基糖甙類、氯霉素、磺胺甲氧卞氨嘧啶、四環素等抗生素的耐藥基因，常呈現多重耐藥的特點。有研究發現，外膜蛋白缺失的菌株，若同時表達質粒介導的AmpC酶，甚至可以產生對碳青霉烯類抗菌藥物的耐藥［13］。

位于質粒上的AmpC 酶基因大小不等。一些質粒可同時含有幾種類型的β-內酰胺酶基因。該酶多見于經常使用抗菌藥物，特別是頭孢西丁、拉氧頭孢、頭孢替坦、頭孢美唑和碳青霉烯類抗菌藥物的重癥細菌感染者，尤其是經歷過手術等侵入性操作、糖尿病、白細胞減少或腫瘤患者的細菌感染，經常使用免疫抑制劑治療的患者（肝臟、腎臟移植）、免疫缺陷的患者的細菌感染，以及感染發生前預防性應用抗生素的患者。這些質粒往往同時攜帶有廣譜酶如SHV-1、TEM-1，甚至同時攜帶有超廣譜酶的情況也非常多見。

AmpC酶的產生對臨床用藥造成了極大的挑戰，特別是質粒介導的AmpC 酶，其橫向傳播和突變，引起耐藥菌株的大范圍暴發流行，給臨床合理使用抗生素敲響了警鐘。合理的使用第三代頭孢菌素和根據藥敏實驗選用抗生素，是減少高產AmpC酶菌株引發耐藥的關鍵。對AmpC酶耐藥機制的熟悉和理解，不僅能有效的指導臨床合理用藥，也能為新藥的開發提供必要的基礎。

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