細菌耐藥性的生物化學機制

崔道林++陳春麗++張帆

摘要：1929年英國偉大的微生物學家弗萊明發現了青霉素，金黃色葡萄球菌對其非常的敏感，挽救了無數人的生命。隨著抗生素的廣泛使用，越來越多的細菌對其產生了耐藥性。本文就細菌耐藥性的生物化學機制的分類進行了分析。

關鍵詞：細菌耐藥性；化學機制；抗生素

中圖分類號：Q5-33 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）23-0161-02

一、通過產生酶，來分解或修飾藥物

由于不恰當地使用抗生素，造成細菌產生大量的酶類來破壞抗生素或使抗生素失去活性。這些酶類主要包括兩大類：滅活酶和修飾酶。

滅活酶能破壞抗生素的固有結構，從而使抗生素不能結合細胞內的靶位點，從而使細菌產生耐藥性。在臨床上最常見有β-內酰胺酶，它能破壞β-內酰胺類抗生素的β-內酰胺環。在大腸桿菌、鏈球菌、葡萄球菌中還可分離到紅霉素酯酶，來破壞脂環，水解紅霉素使之失活。修飾酶是指能通過乙酰化作用、磷酸化作用、核苷化作用等來滅活抗生素。修飾酶有四大類：乙酰轉移酶（AAC），磷酸轉移酶（APH），核苷轉移酶（AAD），甲基化酶[1]。臨床上分離得到的耐氨基糖苷類抗生素的菌株，如金黃色球菌和腸球菌可產生大量的修飾酶，使細菌對氨基糖苷類藥物產生耐藥性。

二、改變細胞膜和細胞壁的通透性

細胞膜和細胞壁通透性的改變被認為是產生多重耐藥性的主要原因[2]，細胞表面的親水蛋白，如OmpF，OmpC，PhoE等[2]，關系著親水性藥物的進出。親水蛋白的正常存在，有利于親水性的藥物通過，而阻礙了疏水性藥物的進入。如革蘭陰性菌對疏水性的甲氧西林產生耐藥性。如銅綠假單胞菌失去特異性外膜蛋白D2后對亞胺培南發生耐藥[3]。

三、藥物泵出系統

在一些細菌的外膜上還有一些特殊的藥物泵出系統，可以將進入菌體內的藥物分子泵出細胞外，來降低藥物在細胞內的濃度而導致細菌對藥物的耐藥性[4]。這是臨床上細菌對四環素、大環內酯類抗生素耐藥的主要機制，也是金黃色葡糖球菌對喹諾酮類藥物耐藥的主要機制，銅綠假單胞菌對氯霉素、萘啶酸、環丙沙星、四環素等多種抗生素產生耐藥，與銅綠假單胞菌外膜上的OprK蛋白的過量表達有著直接的關系[5]。通過銅綠假單胞菌oprK突變株的實驗證明，銅綠假單胞菌對氯霉素、萘啶酸、環丙沙星、四環素等多種抗生素非常敏感。

四、改變藥物的靶位點

藥物通過結合細菌內的靶位點來抑菌或殺滅細菌，一旦靶位點的空間結構發生改變，藥物就不能夠結合細菌體內的靶位點，這樣細菌就對該藥物產生了耐藥性[6]。不同種類的抗生素在細菌體內的靶位點是不同的，如β-內酰胺類抗生素，在細胞內的靶位點為青霉素結合位點（PBP），PBP的種類很多，青霉素與頭孢菌素都是和PBP結合，但PBP種類不同，故發生的效應也不同；氨基糖苷類抗生素，在細菌體內的靶位點為核糖體30s小亞基，抑制mRNA的轉錄和蛋白質的合成，從而導致細菌的死亡；喹諾酮類抗生素，在細菌體內的靶位點為DNAⅡ型拓撲異構酶，抑制了細菌DNA的復制、修復和重組；大環內酯類抗生素，在細菌體內的靶位點為核糖體50s大亞基的23s單位，抑制肽酰基酶，影響細菌蛋白質的合成；四環素類抗生素，在細菌體內的靶位點為核糖體30s，抑制蛋白質的合成；糖肽類抗生素，在細菌內的靶位點為D-丙氨酸-D丙氨酸，阻礙細菌細胞壁的合成；氯霉素和林可酰胺類抗生素，在細菌體內的靶位點為核糖體50s亞基，抑制蛋白質的合成；磺胺類藥物，在細菌體內的靶位點為二氫葉酸還原酶，抑制四氫葉酸的合成，四氫葉酸是一碳單位的載體，從而影響了細菌核酸的合成。

當大量耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）出現時，屬于糖肽類的萬古霉素對MRS變現為敏感，但是很快就發現了大量的抗萬古霉素的MRS，原因與細胞內的39kD蛋白的形成有關，阻礙了萬古霉素與D-丙氨酸-D丙氨酸的結合。近年來，細菌對喹諾酮類藥物產生了嚴重的耐藥性，編碼DNA螺旋酶的gyrA基因發生了突變，造成其A亞基結構發生改變，從而造成喹諾酮類藥物作用的靶位點發生了改變。

五、蛋白質翻譯后修飾（PTM）

PTM能增強基因組的編碼能力，從而能產生大量的多種類蛋白質，從而增加細胞內調控網絡的復雜性。PTM的種類繁多，其中可逆的蛋白質的磷酸化不但是最廣泛的傳導信號，而且是一個中央處理的調節細胞生命活動的每一個方面，例如包括生長、代謝、運動、分裂、分化和免疫能力，以及較高的生物體的學習和記憶的行為。提高蛋白質中半胱氨酸的磷酸化翻譯后修飾可以降低細菌的毒力和對藥物的抗性，常見的作用于細菌細胞壁的藥物如萬古霉素和頭孢曲松可以降低轉錄因子SarA和MgrA中半胱氨酸的磷酸化。

參考文獻：

[1]Shaw，K.J.，et al.，Molecular genetics of aminoglycoside resistance genes and familial relationships of the aminoglycoside-modifying enzymes. Microbiol Rev，1993. 57（1）：138-63.

[2]Kumar，A. and H.P. Schweizer，Bacterial resistance to antibiotics：active efflux and reduced uptake. Adv Drug Deliv Rev，2005. 57（10）：1486-513.

[3]Gehring，K.B. and H. Nikaido，Existence and purification of porin heterotrimers of Escherichia coli K12 OmpC，OmpF，and PhoE proteins. J Biol Chem，1989. 264（5）：2810-5.

[4]del Mar Casal，M.，et al.，[Antimicrobial resistance in clinical patterns of Pseudomonas aeruginosa].Rev Esp Quimioter，2012. 25（1）：37-41.

[5]Ozer，B.，et al.，Efflux pump genes and antimicrobial resistance of Pseudomonas aeruginosa strains isolated from lower respiratory tract infections acquired in an intensive care unit. J Antibiot （Tokyo），2012. 65（1）：9-13.

[6]Hamzehpour，M.M.，et al.，OprK and OprM define two genetically distinct multidrug efflux systems in Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob Agents Chemother，1995. 39（11）：2392-6.

作者簡介：崔道林（1979-），男，山東成武人，研究生，助教，研究方向：細菌耐藥性。

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