耐喹诺酮类药物与和基因突变

第六节　耐喹诺酮类药物与gyrA和gyrB基因突变

喹诺酮类药物是一类人工化学合成的抗菌药，由于该类药物均具有4-喹诺酮母核的基本结构，故由此命名。到第三代产品喹诺酮类药物，因其在喹诺酮母核的第六位上引入氟，第七位上引入哌嗪基或吡咯啉基的衍生物，故亦称氟喹诺酮类（Fluoroquinolones，FQ）。主要包括环丙沙星、氧氟沙星、司帕沙星等。作为最主要的二线抗结核药，FQ与其他抗结核药物联用在结核病，特别是耐药结核病的临床治疗上取得一定的疗效。但随着FQ在抗结核治疗中的广泛应用，喹诺酮类药物耐药菌株也急剧增加。

喹诺酮类药物的主要作用靶位是DNA解旋酶。喹诺酮类药物是DNA旋转酶A亚单位的抑制剂，通过形成药物-DNA-酶复合物而抑制DNA旋转酶的活性，在DNA复制水平上阻断菌体代谢，使超螺旋结构松弛，双链不能被部分地拆开，DNA复制停止，导致菌细胞死亡。DNA旋转酶为一种Ⅱ类拓扑异构酶，由gyrA和gyrB基因编码的A和B两种亚基组成,两个A亚单位和两个B亚单位分子组成四聚体，A亚单位具有促进DNA链的切断、再结合和超螺旋化活性； B亚单位具有腺苷三磷酸酶活性，催化腺苷三磷酸（ATP）水解，为DNA链切断、再结合与超螺旋化提供所需的能量。gyrA基因长2517bp，位于长度为2060bp的gyrB基因的下游，两者相距36bp。

到目前为止，发现在耐FQ类药物的各种细菌（如结核杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和空肠弯曲杆菌等）中，几乎所有突变都发生在gyrA基因内67～106位密码子（相应大肠杆菌编码系统）的保守区，这个区域被称为氟喹诺酮类药物的耐药决定区（QRDR），该区域内碱基突变导致了菌体解旋酶A亚基与氟喹诺酮类药物结合区结构改变，抑制了二者结合而导致耐药。通过对gyrA120bp的QRDR及gyrB117bp的QRDR的序列分别进行分析，结果显示，分枝杆菌与其他细菌（如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、淋球菌、链球菌等）的同源性为57%～70%（gyrA）和69%～82%（gyrB），而分枝杆菌属各种之间的同源性均为98%～100%。个别碱基的差异所致的gyrA83位丝氨酸→丙氨酸或苯丙氨酸，gyrB 447位赖氨酸→精氨酸，464位丝氨酸→天冬酰胺的转化，均处于不同菌株对喹喏酮耐药与敏感的关键氨基酸上。不同菌种之间存在的QRDR区位点多态性导致了不同菌种对FQ的MIC值的不同，这也进一步支持了DNA旋转酶A亚单位的QRDR的变异与结核杆菌对喹诺酮的耐药有关。分枝杆菌属DNA旋转酶A亚单位QRDR区域的差异主要表现在83位密码子上。应用DNA旋转酶的晶体衍射技术，发现DNA旋转酶的gyrA83位氨基酸恰好处于DNA和喹喏酮结合部位，因而该部位的氨基酸的替换，可影响其与喹喏酮的结合，导致耐药的发生。