我國動物源CTX-X型超廣譜β內酰胺酶的流行及變異

張冬冬，王紅寧

（四川大學生命科學學院，動物疫病防控與食品安全四川省重點實驗室，“985工程”西南資源環境與災害防治科技創新平臺，生物資源與生態環境教育部重點實驗室，四川 成都 610064）

β內酰胺酶是指由細菌表達的，能夠通過破壞抗生素結構，為細菌提供多種β內酰胺類抗生素（如青霉素類、頭孢菌素類、頭霉素類、碳青霉烯類）耐藥性的一類水解酶。這一類抗生素都具有一個四原子環，稱為β-內酰胺環。β內酰胺酶通常是鋅離子依賴的，通過水解活性打開β-內酰胺環，使抗生素分子失去抗菌能力。β-內酰胺酶由染色體和質粒介導，可在銅綠假單胞菌、嗜麥芽窄食單胞菌、粘質沙雷菌、腸桿菌屬菌、肺炎克雷伯菌、嗜水氣單胞菌和不動桿菌等細菌中檢出。β內酰胺酶是在抗生素壓力下細菌逐漸形成的生存機制，現今報道的β內酰胺酶已有300多種。

1 CTX-M型超廣譜β內酰胺酶（ESBLs）的產生

在現有的抗菌藥中β-內酰胺類是使用最廣泛的一類抗菌藥，它具有殺菌活性強、抗菌譜廣、毒性小等優點，在國內外醫學及獸醫臨床上都得到了廣泛應用[1]。自青霉素投入使用之后，在1940年左右就發現大腸桿菌提取液可以破壞青霉素的酶；后又發現了頭孢菌素酶，以及既能水解青霉素又能水解頭孢菌素的廣譜酶。第一個報道的超廣譜β內酰胺酶（ESBLs）是1983年在德國的一株肺炎克雷伯氏菌中發現的，它是SHV-1酶的一種變異型，能夠水解多種β內酰胺類抗生素[2]。隨后在法國報道了TEM-1和TEM-2兩種酶的變異型。產CTX-M型超廣譜β內酰胺酶的細菌在上世紀90年代報道得較少，以后CTX-M的分離率逐漸升高，主要從大腸桿菌中分離，大腸桿菌也被公認為CTX-M的主要宿主菌[3]。

CTX-M對頭孢噻肟的耐藥性比對頭孢他啶更強，它對頭孢噻肟的水解能力比對青霉素強，優先水解頭孢噻肟一般作為臨床鑒定的首個篩選依據[4]。ESBLs-CTX-M主要由質粒介導，質粒是環狀可自主復制的DNA，它可以通過接合、轉化和轉導等形式在細菌中傳播。近期報道的多個攜帶ESBLs基因的質粒同時還帶有其他抗生素如氨基糖苷類、氟喹諾酮類、磺胺類的耐藥基因，從而引起多重耐藥性，給攜帶ESBLs致病菌的治療帶來困難。

2 CTX-M型超廣譜β內酰胺酶的基因結構

目前報道的CTX-M型β內酰胺酶已有超過100種亞型。它們均是編碼基因的同源基因發生變異而產生的[5]。CTX-Ms基因編碼約291個氨基酸，部分亞型存在氨基酸的插入缺失突變，如：CTX-M-11（282），CTX-M-107、108（288），CTX-M-45、109（289），CTX-M-40、63、106（290），CTX-M-110（292）。由于氨基酸的變化，各亞型間的水解活性也不盡相同，且由于亞型較多，進行完整不同亞型間水解活性的比較也十分困難。Zhao W H等[6]在2013年對CTX-M的流行和基因型進行了分析，將CTX-Ms劃分為7個亞型（Cluser）。

3 我國動物源CTX-M型超廣譜β內酰胺酶的流行現狀

我國已報道的CTX-M亞型較多，目前雞源大腸桿菌中流行的優勢CTX-M亞型以CTX-M-15、CTXM-55、CTX-M-14和CTX-M-65為主。根據相關報道，CTX-M-55和CTX-M-65普遍分布在中國動物源分離株中。在過去幾年里，CTX-M-55迅速增加，甚至超過blaCTX-M-15成為我國人類分離株中第二個常見的CTX-M基因型。2009年，首次在河南雞源大腸桿菌中檢測到CTX-M-65，在29株產ESBL大腸桿菌中占到37.9%。而blaCTX-M-65在人類細菌中不常見。不同地區間CTX-M型超廣譜β內酰胺酶的分布存在一定差異。杜向黨等2009年通過PCR基因檢測技術，對河南地區豬源、雞源大腸桿菌中ESBLs的流行情況進行了分析，發現河南地區豬源、雞源CTX-M檢出率較高：雞源大腸桿菌中CTX-M型ESBLs的陽性檢出率為89.8%（53/59），豬源大腸桿菌CTX-M型ESBLs的陽性檢出率為69.4%（25/36）。郭翠平等2013年對山東禽源大腸桿菌中ESBLs基因進行了檢測，得出ESBLs基因檢出率為75.42%，其中CTX-M基因檢出兩種，分別為CTX-M-9（37.29%）、CTX-M-1（28.00%）。葉滿玉等2008年對四川地區的豬源大腸桿菌及沙門氏菌中的β-內酰胺類藥物耐藥基因進行了檢測，其中TEM檢出率為82%、SHV檢出率為34%、CTX-M檢出率為23%。近年來，已有多個報道證明，同一質粒可能含有多種超廣譜β內酰胺酶基因，目前已報道的TEM-1、TEM-2、OXA-1、SHV等分別與CTX-M共同存在于同一質粒中。

4 動物源CTX-M型超廣譜β內酰胺酶的流行原因及應對策略

ESBLs的傳播機制有兩種：ESBLs菌株的垂直傳播（克隆傳播）和ESBLs編碼基因的水平傳播。耐藥基因水平轉移通常由質粒、轉座子、噬菌體和整合子等可移動元件完成[7]。產ESBLs菌株主要是通過質粒將耐藥基因水平轉移給敏感的非產ESBLs菌株，從而引起耐藥細菌暴發流行。由于ESBLs的編碼基因位于質粒上，因此可以通過多種水平傳播方式如轉導、接合、轉移等方式傳遞耐藥基因，在很多革蘭氏陰性桿菌中（如陰溝腸桿菌、產氣腸桿菌等）都可以分離出產ESBLs菌株，很容易造成產ESBLs細菌的廣泛傳播。根據本實驗室前期研究，發現產CTX-M質粒可以發生水平轉移，接合效率在 6.7×10-5～9.3×10-3不等。

產ESBLs細菌的質粒往往還同時攜帶氨基糖苷類、氯霉素、磺胺類、氟喹諾酮類藥物耐藥基因，造成多重耐藥，因此準確及時地檢測出產ESBLs菌株對于指導臨床用藥尤為重要。blaCTX-M基因結構促進了CTX-M型ESBLs的廣泛流行：一方面blaCTX-M耐藥基因大部分位于可接合的質粒上；另一方面，不同的遺傳元件（插入序列、轉座子和整合子）在參與blaCTX-M基因傳播與表達中起到了更重要的作用。多種因素綜合導致細菌耐藥性傳播問題變得越來越嚴重。為了有效控制耐藥基因并合理使用抗菌藥，關于blaCTX-M耐藥基因的水平轉移機制還需要進一步深入研究。

長期濫用β-內酰胺類抗菌藥物的危害不僅會導致動物體內的腸道細菌產生耐藥性，而且會給人類健康造成威脅，因為抗菌藥在動物體內不可能被完全吸收，人類通過食物長期攝入含抗菌藥殘留的動物性食品后，將會增加人體耐藥性，降低抗菌藥療效。不僅如此，耐藥菌所攜帶的耐藥 基因擴散到環境中后，會促進環境中細菌對β-內酰胺類藥物產生耐藥性，使得耐藥范圍進一步擴大。

總體上看，我國動物源產CTX-M型超廣譜β內酰胺酶的菌株的分離率呈現增長趨勢，為了應對這一現象，一方面應當減少健康動物的抗生素使用，從而減少CTX-M攜帶菌株的人為篩選；另一方面，目前已經有β內酰胺酶抑制劑（如鄰氯西林、雙氯西林、棒酸、舒巴坦、他唑巴坦、甲氧西林等）應用于人醫臨床，可考慮在獸醫臨床上使用。

[1]李道佩，黃巧蓮.第一類抗生素的臨床應用[J].中國藥物與臨床，2004，4（9）：722-724.

[2]Kliebe C，Nies B A，Meyer J F，et al.Evolution of plasmid-coded resistance to broad-spectrum cephalosporins[J].Antimicrobial Agents and Chemotherapy，1985，28（2）：302.

[3]Cantón R， Coque T M.The CTX-M β-lactamase pandemic[J].Current Opinion in Microbiology，2006，9（5）：466-475.

[4]余細勇.抗菌藥物耐藥性的分子生物學機制[J].中華醫藥雜志，2004.

[5]Bradford PA.Extended-spectrum β-lactamases in the 21st century：characterization，epidemiology and detection of this important resistance threat[J].Clinical Microbiology Reviews，2001，14（4）：933-951.

[6]Zhao W H，Hu Z Q.Epidemiology and genetics of CTX-M extended-spectrum β-lactamases in Gramnegative bacteria[J].Critical Reviews in Microbiology，2013，39（1）：79-101.

[7]Yu Y S，Zhou H，Yang Q，et al.Widespread occurrence of aminoglycoside resistance due to ArmA methylase in imipenem-resistant acinetobacter bau原mannii isolates in China[J].Journal of Antimicrobial Chemotherapy，2007，60（2）：454-455.