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编号:10274103
迎接β-内酰胺酶的挑战
http://www.100md.com 《中华内科杂志》 1999年第8期
     作者:陈民钧 王辉

    单位:100730 北京,中国医学科学院、中国协和医科大学北京协和医院

    关键词:

    中华内科杂志990802 细菌对β-内酰胺类抗生素的耐药可通过下列三种机制:(1)外膜渗透力下降和主动泵出。(2)靶位点青霉素结合蛋白(PBPs)的改变。(3)产生β-内酰胺酶(BLA)。PBP的改变是革兰阳性菌耐β-内酰胺类抗生素的最主要的机制,而在革兰阴性菌中BLA是最普遍的。

    染色体型BLA在抗生素应用以前就已存在于细菌中,而β-内酰胺类抗生素的广泛使用大量选择出产酶株,它包括染色体介导和质粒介导的酶。在近半个世纪中,每一个新β-内酰胺类抗生素的上市,都会选择出相对应的新突变的产BLA株。目前文献报道的BLA已达190多种[1]。当前最佳的分类法是Bush-Jacoby-Medeiros分类法(1995年版本,简称Bush法)[2]和Ambler的A到D的分子分类法[3]。Bush法是在底物特异性以及对克拉维酸、依地酸(EDTA)敏感性的基础上,结合Ambler分子分类法建立的。它将BLA分为4类:
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    Ⅰ类头孢菌素酶:分子分型为C类,其代表酶为肠杆菌属、弗劳地枸橼酸菌、摩根摩根菌、黏质沙雷菌、铜绿假单胞菌产生的染色体介导的AmpC酶,以及质粒介导的MIR-1、BIL-1、CMY-1、-2、-3等AmpC酶。

    Ⅱ类主要为质粒介导的酶:它又分8个亚类,除2d亚类分子分型为D类外,其他7个亚类均为A类。2a为革兰阳性球菌产生的青霉素酶。2b为经典的广谱酶,包括TEM-1、TEM-2和SHV-1,它可以水解青霉素类及一代头孢菌素,此亚类还包括流感嗜血杆菌产生的ROB-1酶。2be为超广谱BLA(ESBL),代表酶为质粒介导的TEM-3到TEM-26、SHV-2到SHV-6,以及染色体介导的产酸克雷白菌产生的KI酶、铜绿假单胞菌产生的PER-1酶。2br为耐酶抑制剂的青霉素酶,多见于大肠杆菌,包括TEM-30到TEM-41、TEM-44和TEM-45。2c为羧苄青霉素酶,其代表酶为铜绿假单胞菌所产生的PSE-1、-3、-4,卡他莫拉菌产生的BRO-1、-2也属此亚类。2d为OXA型邻氯青霉素酶。2e为普通变形杆菌、异型枸橼酸菌、类杆菌属产生的A类染色体头孢菌素酶。2f为碳青霉烯酶,代表酶为阴沟肠杆菌产生的NMC-A、IMI-1,黏质沙雷菌的Sme-1,水解底物包括青霉素类、头孢菌素类、碳青霉烯类。
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    Ⅲ类B类金属酶:包括嗜麦芽窄食单胞菌、嗜水气单胞菌、芳香黄杆菌、脆弱拟杆菌天然产生的金属酶,以及IMP-1酶。

    Ⅳ类洋葱假单胞菌产生的染色体介导的青霉素酶:此酶耐克拉维酸,分子分型不明。所有这些酶中,Ⅰ、Ⅱ类最为重要,Ⅲ、Ⅳ类较为少见。

    肠杆菌属、黏质沙雷菌、铜绿假单胞菌产生的诱导型Ⅰ类AmpC酶,底物谱仅为不耐酶的青霉素类(如氨苄西林)和一代头孢菌素,对治疗威胁不大。令人担忧的是调节基因AmpD有很高的自发突变率,而使AmpC变为稳定的去阻遏状态,从而持续高水平产酶。这种结构型突变株的底物谱可扩展到除碳青霉烯类以外的所有β-内酰胺类,给治疗带来严峻威胁。研究表明,三代头孢菌素使用3~5天后,一部分原来敏感的产诱导酶菌可以被结构型突变株代替。在比利时,16家监护病房(ICU)进行的耐药监测中,产诱导酶的肠杆菌科对头孢噻肟的耐药率高达50%[4]。在美国一大型的耐药监测中,242个ICU中有200个ICU,其产Ⅰ型酶的肠杆菌科细菌对头孢他啶的耐药率在20%以上[5]。而在雅典,结构型突变株的比率高达70%[6]
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    β-内酰胺类面临的另一个严重问题是ESBL,它最常见于克雷白菌属,其次是大肠杆菌。大多数ESBL是由TEM-1、-2和SHV-1型突变而成,它可以水解青霉素类以及一、二、三代头孢菌素和氨曲南;但头霉菌素和碳青霉烯类不受影响。目前报道TEM、SHV衍生的ESBL已达45种。由于ESBL是质粒介导的,常多重耐药,且克雷白菌对干燥的表面耐受力很强,因此很容易引起院内的爆发流行。美国、英国就曾发生过TEM-10、-12、-26的爆发流行,法国则为TEM-3的爆发流行[7]。据文献报道,西欧和南欧的ICU病房中,23%的克雷白菌产ESBL[8]。美国1993年大型教学医院中耐头孢他啶的克雷白菌达21.8%[5]。北京市近5年中耐头孢他啶的克雷白菌保持在5%左右。但由于许多ESBL只低水平耐头孢他啶,未达到耐药的判定折点,故ESBL很可能被低估。当怀疑产ESBL时,不管体外敏感与否,应避免使用除头霉菌素、碳青霉烯类、酶抑制剂复合物以外的其他头孢菌素。

    学者们曾试图用多种方法以对付BLA,一是研制开发新型的对BLA稳定的β-内酰胺类,二是发展特异的BLA抑制剂。80年代中期开发出的碳青霉烯类,包括亚胺培南和美罗培南,无论对ESBL还是染色体Ⅰ型酶都有良好的稳定性。虽然亚胺培南是强诱导剂,但由于它本身对Ⅰ型酶高度稳定,因此在ICU爆发流行中,常常是对付产酶株的最佳药物之一。在日本首次从假单胞菌和肠杆菌科分离的碳青霉烯酶又引起新的挑战[9,10]。专家们认为碳青霉烯类的大量使用,无疑会选择出更多的耐药株。如果它在未来广泛传播,那么碳青霉烯类能克服所有其他β-内酰胺类耐药的时代将会结束。近来研制开发的四代头孢菌素,头孢吡肟和头孢匹罗,与三代头孢菌素相比,对Ⅰ型AmpC酶具有很高的活性。这是由于:(1)它可以快速穿过革兰阴性菌的外膜蛋白,(2)一旦进入,对Ⅰ型酶稳定,(3)与PBP有很高的亲和力。但四代头孢菌素仍未能解决ESBL的问题。原则上,用它们治疗ESBL株是不安全的。
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    寻找BLA抑制剂是对付BLA的另一重要策略。目前广泛用于临床的抑制剂有三个:克拉维酸、舒巴坦、三唑巴坦。由它们组成的复合物共有五个:氨苄西林-舒巴坦、阿莫西林-克拉维酸、替卡西林-克拉维酸、头孢哌酮-舒巴坦、哌拉西林-三唑巴坦。这三种酶抑制剂能抑制Bush分类中Ⅱ类酶的绝大多数,特别是葡萄球菌的青霉素酶,普通变形杆菌、类杆菌属的染色体头孢菌素酶,经典的与超广谱的TEM和SHV酶,以及某些OXA型D类酶。但对前述Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ类酶,三者都无效。

    Payne等发现,对于革兰阴性杆菌中最普遍的两个酶TEM-1和SHV-1,克拉维酸的抑制作用比舒巴坦分别强60和580倍;对于所测定的常规酶,克拉维酸的活性比舒巴坦高20倍;对于20种ESBLs,前者比后者强14倍;三唑巴坦的总活性与克拉维酸无差别,明显高于舒巴坦[11]。舒巴坦和三唑巴坦对Ⅰ型AmpC酶的作用很弱,而克拉维酸基本无效。唯一例外的是摩根摩根菌产生的AmpC酶对三唑巴坦非常敏感[12]。因此具有去阻遏突变的AmpC酶的摩根摩根菌对哌拉西林-三唑巴坦高度敏感,而其他种属的突变株则耐药。
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    与克拉维酸、三唑巴坦相比,舒巴坦对于不动杆菌属有独特的活性,这是由于它能与其PBP1a结合而发挥抗菌作用[13]。对近年来在院内感染中分离率呈上升趋势的嗜麦芽窄食单胞菌,替卡西林-克拉维酸的活性大大高于其他β-内酰胺类复合制剂。法国的学者认为,这并非由于克拉维酸自身有抗菌作用,而是由于:(1)嗜麦芽窄食单胞菌天然产生的金属酶L1水解哌拉西林的效力强于替卡西林,而三唑巴坦也是L1水解的很好底物。(2)克拉维酸对此菌产生的头孢菌素酶L2(Bush 2e)的抑制作用强于舒巴坦和三唑巴坦[14]。不同之处还在于:克拉维酸诱导Ⅰ型酶能力稍高于舒巴坦和三唑巴坦。因而,在体外50%阴沟肠杆菌和90%摩根摩根菌对替卡西林比对替卡西林-克拉维酸更敏感[12,15]。这种诱导作用只有当克拉维酸的浓度在血清峰浓度之上时才会发生,因此临床意义不大。目前也无证据表明其体内的重要性。

    目前报道的耐酶抑制剂的TEM型突变体(IRT)共有14种(Bush 2br),多见于大肠杆菌,底物谱包括青霉素类、β-内酰胺类抑制剂的复合药,但对窄谱头孢菌素的活性较差,对二、三代头孢菌素依然敏感。此类酶的流行病学尚不清楚。专家们认为大肠杆菌耐酶抑制剂的主要机制是TEM-1/TEM-2或SHV-1的过量产生而非IRT造成。但随着β-内酰胺类抑制剂的复合药的大量使用,定会选择出更多的IRT类产酶株。
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    综上所述,每一新型β-内酰胺类及酶抑制剂都会遇到挑战。药化学家也正努力去寻找新的药物以对付Ⅰ、Ⅲ类BLA,但其速度远远跟不上细菌产生耐药的速度。当前我们所能做到的就是密切监测耐药的发展趋势,加强宣传教育,更加合理、谨慎地使用抗菌药物,而不能盲目乐观地将希望寄托于“新一代”的β-内酰胺类。

    参考文献

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    2 Bush K, Jacoby GA, Medeiros AA. A functional classification scheme for beta-lactamases and its correlation with molecular structure. Antimicrob Agents Chemother, 1995,39:1211-1233.
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    4 Verbist L. Incidence of multi-resistance in gram-negative bacterial isolates from intensive care units in Belgium: a surveillance study. Scand J Infect Dis, 1991,78(Suppl):45-53.

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    15 Livermore DM, Akova M, Wu P, et al. Clavulanate and beta-lactamase induction. J Antimicrob Chemother, 1989,24(suppl):B,23-33.

    (收稿:1999-01-11), 百拇医药