肠杆菌科细菌耐药机制和临床意义

肠杆菌科细菌对抗生素的耐药，尤其是对β-内酰胺类药物，主要是由携带可以持续表达药物修饰酶的单一基因传播所致。现代细菌耐药的流行经历了从强烈而普遍存在的选择压力伴随着"天然"耐药（例如诱导型染色体酶、膜通透性降低和药物外排），到与可移动的基因库相互协同的转变。以这种方式，耐药性比以前任何时候都更易于为导致脓毒症的常见病原菌，如大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌等细菌所获得。耐药基因传递对宿主细菌表型调节不太明显，这也可以部分解释为什么追踪和控制肠杆菌科细菌碳青霉烯类药物耐药成为严重问题。本篇综述主要通过探讨耐药基因的移动性和固着的潜在机制以及临床意义，以及利用这些移动基因库的有限多样性，找到对抗细菌耐药的突破点和潜在的威胁。同时还对一些矛盾现象、临床推理以及将来发展进行介绍。

限于篇幅，本文仅列出文章部分相应图表，感兴趣读者可订阅英国医学杂志中文版年第12期。

图1细菌进化时间轴。每种抗生素的使用后，细菌都会随之而来很快产生适应性（包括表型或机制上的耐药，就像耐药时间轴上标记的那样）耐药。*不用于临床。AmpC=氨苄西林水解酶；CTX-M=头孢噻肟酶，首例在慕尼黑发现；IMP=亚胺培南酶；KPC=肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶；MRSA=耐甲氧西林金黄色葡萄球菌；NDM=新德里金属β-内酰胺酶；PRSA=青霉素耐药的金黄色葡萄球菌；TEM、SHV和OXA=常见的和不同种类的β-内酰胺水解酶；VRE=耐万古霉素肠球菌；VRSA=耐万古霉素金黄色葡萄球菌；VIM=VIM型金属β-内酰胺酶

表1常见致病革兰阴性菌感染的分类和治疗

门

科

代表属

抗生素活性组*

常用抗生素*

变形菌门

肠杆菌科

埃希菌属，克雷伯菌属

青霉素，头孢菌素

氨苄西林，哌拉西林，头孢唑啉，头孢曲松

肠杆菌属，柠檬酸杆菌属，沙雷菌属

碳青霉烯类，氨基糖苷类，氟喹诺酮类

美罗培南，庆大霉素，环丙沙星

假单胞菌

假单胞菌属

青霉素，碳青霉烯类，氨基糖苷类，氟喹诺酮类

哌拉西林，美罗培南，庆大霉素，环丙沙星

莫拉菌科

不动杆菌属

青霉素，碳青霉烯类

哌拉西林，美罗培南

拟杆菌门

拟杆菌科

拟杆菌属

硝基咪唑类，青霉素类

甲硝唑，哌拉西林

注：*在没有特异耐药的情况下，最常用抗菌药物举例。β-内酰胺酶抑制剂（例如他唑巴坦）通常与哌拉西林联用对抗常见的β-内酰胺酶。

图2不同地区的抗生素耐药情况。不同地区的肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌中超广谱β-内酰胺酶（ESBL）携带率逐渐增加且氟喹诺酮类药物耐药率较高。然而阿米卡星的耐药率仍保持相对低水平。数据来自于腹腔和尿路感染的SMART研究。亚太地区氟喹诺酮药物及氨基糖苷类药物的耐药数据来自于Mendes及其同事。

表2肠杆菌科中重要的β-内酰胺酶

常受影响的β-内酰胺类

常用术语

举例

临床抑制剂

实验室抑制剂

有效的β-内酰胺类

常见菌种

PEN,1GC

青霉素酶（AmblerA类）

TEM,SHV

克拉维酸、他唑巴坦、舒巴坦、阿维巴坦

克拉维酸、他唑巴坦、舒巴坦

TZP,3GC,4GC,MEM

大肠埃希菌（P），克雷伯菌属（C）（P）

PEN,1GC3GC,ATZ

ESBLs（AmblerA类）

CTX-M

MEM,(TZP,4GC)*

ESBL：医学上最重要的肠杆菌科细菌（P）

PEN,1GC,2GC?3GC,ATZ

AmpCβ-内酰胺酶（AmblerC类）

CMY-2?(P);inducibleAmpC(C)

阿维巴坦

硼酸，氯唑西林

MEM,(TZP,4GC)*

AmpC：肠杆菌属，沙雷菌属，枸橼酸杆菌，普罗维登斯菌，摩根菌属，假单胞菌属，不动杆菌属（C），医学上最重要的肠杆菌科细菌（P）

PEN,1GC,2GC?3GC

OXA-48型β-内酰胺酶（AmblerD类）

OXA-48/?

阿维巴坦

无

(MEM,ATZ)*

OXA，MBL，KPC：医学上最重要的肠杆菌科细菌（P）

PEN,1GC,2GC?(MBL)*3GC,4GCMEM

肺炎克雷伯菌碳青霉烯（AmblerA类）金属β-内酰胺酶（AmblerB类）

KPC

阿维巴坦

硼酸

(MEM)*

OXA?,MBL：假单胞菌属，不动杆菌属（C）

IMP,VIM,NDM

ATZ

EDTA、巯嘌呤，吡啶二羧酸

ATZ,(MEM)*

注：缩写：1/2/3/4GC=第一/第二/第三/第四代头孢菌素；AmpC=氨苄西林水解酶；ATZ=单环β-内酰胺类抗生素（如氨曲南）；CMY-2=头孢霉素酶；CTX-M=头孢噻肟酶，首例在慕尼黑发现；ESBL=超广谱β-内酰胺酶；IMP=亚胺培南酶；KPC=肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶；MBL=金属β内酰胺酶；MEM=碳青霉烯类（例如美罗培南）；NDM=新德里β内酰胺酶；PEN=青霉素；TEM、SHV和OXA=常见的和不同种类的β-内酰胺水解酶；TZP=青霉素和β-内酰胺酶抑制剂（例如哌拉西林-他唑巴坦）；VIM=VIM型金属β内酰胺酶；（P）/（C），常由质粒/染色体编码。*随酶或药物组合或共存机制的变化而变化。?头霉素类，常分为2GC配伍，被MBL和AmpCβ内酰胺酶水解（ACC除外）。头霉素的水解有助于诊断实验室将AmpC酶从ESBL中区分出来。?大多数OXA不水解MEM，但不动杆菌具有D类酶（OXA）介导的碳青霉烯类耐药，OXA-48是肠杆菌科新出现的耐药问题。

表3对3种重要抗生素家族的不同耐药机制

重要机制

典型例子

注释

β-内酰胺抗生素

药物修饰

β-内酰胺酶

通常在可移动基因库（P）内传播，表型可通过降低渗透性或外排来增强

膜渗透性（C）

OprD（针对铜绿假单胞菌耐亚胺培南）；OmpK36（肺炎克雷伯菌）

对于低渗透菌株中β-内酰胺耐药和肠杆菌科中碳青霉烯耐药有重要意义

外排泵（P）

MexAB-OprM（针对铜绿假单胞菌耐美罗培南）

在环境适应型微生物中，外排泵通常比典型的肠杆菌科更重要，底物的特异性也可能是重要的

氨基糖苷类

药物修饰

特异性乙酰化酶、氨酰基转移酶和磷酸转移酶

肠杆菌科如大肠埃希菌（P）；其他例如铜绿假单胞菌、不动杆菌（C）

靶点修饰

16SrRNA甲基化酶（如ArmA,Rmt酶）

肠杆菌科和环境适应型微生物都有显著的影响；耐药性极高（P）

外排泵

AcrD(大肠埃希菌);MexXY(铜绿假单胞菌)

环境适应型微生物比肠杆菌科更受影响

氟喹诺酮类抗生素

靶点修饰

DNA螺旋酶突变；拓扑异构酶Ⅳ（parC）突变

肠杆菌科和环境适应型微生物都受到显著的影响（C）

靶点模拟

五肽重复蛋白（Qnr蛋白）

肠杆菌科和环境适应型微生物（可传播qnr基因）（P）

外排泵

AcrAB-TolC(C),QepA(P)

肠杆菌科和环境适应型微生物（不传播，除QepA外）

图4肠杆菌科耐药的重要机制。膜孔蛋白的缺失或改变（A）使得抗生素的摄入减少，外排泵（B）激活将抗生素排出细胞外。β-内酰胺酶（C）在细胞周质间隙作用于β-内酰胺抗生素，从而防止细菌细胞壁的破坏。细胞内酶如氨基糖苷修饰酶（D）改变抗生素。16SrRNA甲基化酶（E）阻止氨基糖苷的结合。靶向DNA螺旋酶和拓扑异构酶Ⅳ基因（F）中的突变导致氟喹诺酮类抗生素失效。Qnr五肽蛋白通过靶点模拟能有效地预防氟喹诺酮类抗生素与DNA螺旋酶接合。

图5革兰阴性菌的耐药方式。生活在毒素或者在高渗环境中的微生物常常具有限制抗生素进入和排除的机制。相反，生活在肠道这种相对安全与稳定环境的微生物，更容易适应性地竞争性从临近细菌获取遗传物质。通过其生活环境，在某种程度上可以预测特定菌种的耐药机制。

图6抗生素耐药生态体系。基因水平传递过程—转导、转化和结合—在不同环境转移基因。通过小的可移动基因成分介导的个别基因捕获导致基因转移（如从染色体到质粒或可结合转座子；1），可能反向传递给一个新的细菌细胞（1B）。通过噬菌体包装并传递耐药基因（转导；2）是非常少的。感受态细菌摄取游离DNA（转化；3）也可能发生。在抗生素压力下，耐药微生物有选择优势，成为耐药基因库的一部分（A）。然后，作为成功克隆传播开（B），可结合质粒得以广泛扩散（C）。小的可移动基因可以通过前述机制移动，也可以在质粒或染色体的多重耐药区重组（D）。在耐药基因的罕见变异可能产生对多种抗生素耐药新变种（E）。

表5碳青霉烯酶的监测和测试指南：细菌筛查和鉴定

指南

MIC敏感折点

菌株

实验室方法

CLSI

MPM:≤1μg/ml,EPM:≤0.5μg/ml,IPM:≤1μg/ml

对碳青霉烯类药物中间或耐药

用于流行病学调查和控制感染的改良Hodge试验；临床MIC敏感折点范围内的细菌

EUCAST

MPM*:≤2μg/ml,EPM:≤0.5μg/ml,IPM:≤2μg/ml(I)

推荐对任一MPM或EPMMIC0.12μg/ml或者IPMMIC1μg/ml的菌株进行进一步验证

多重纸片法确定特异性酶或碳青霉烯类水解酶（例如CarbaNP）或两者

注：CLSI=美国临床和实验室标准协会;EPM=厄他培南；EUCAST=欧洲药敏试验联合委员会；IPM=亚胺培南；MPM=美罗培南；MIC=最低抑菌浓度；*MPM灵敏度和特异度均衡

本文来源：选自《英国医学杂志中文版》,,20(12):-.

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