细菌的耐药性与耐药机制答案

随着抗菌药物在临床上的广泛应用，细菌通常会出现耐药性，给治疗带来困难。细菌耐药性可分为两类：①天然或固有的耐药性。其原因可能是细菌缺少对药物敏感的作用靶位，或细菌具有天然屏障致使药物不能进入细菌体内。例如肠球菌属的PBP不易与头孢菌素类抗生素结合，造成肠球菌属对头孢菌素类天然耐药。万古霉素不能穿透革兰阴性细菌的外膜进入细菌体内，导致革兰阴性细菌对万古霉素天然耐药。嗜麦芽窄食单胞菌对碳青霉烯类及头孢吡肟亦呈现天然耐药。②获得性耐药。由于细菌后天获得耐药基因，使原来敏感的细菌变为耐药，是临床面临的最主要的耐药问题。在分子遗传学上，细菌耐药主要通过质粒介导，也可通过染色体介导。质粒是一种染色体外的DNA，耐药质粒广泛存在于革兰阳性、革兰阴性细菌中，几乎所有致病菌均具有耐药质粒。耐药质粒在微生物间可通过转化、转导、接合、易位或转座等方式转移，易位和接合是造成多重耐药和耐药菌株暴发流行的主要方式。

细菌可通过一种或多种机制对一种或多种不同种类的抗菌药物产生耐药性，一种耐药机制也可导致细菌对多种不同种类的抗菌药物耐药。细菌耐药性的发生机制有：

（一）产生灭活酶或钝化酶

细菌可产生破坏抗菌药物或使之失去抗菌活性作用的酶，使药物在作用于菌体前即被破坏或失效，这是细菌耐药性的最重要机制。产酶菌往往表现明显的耐药性，其MIC常为普通给药量所能达到血浓度的数倍或数十倍以上，因而引起临床抗菌治疗失败。

1.β－内酰胺酶（β－lactamase）　细菌对β－内酰胺类抗生素耐药主要是由于产生β－内酰胺酶，使β－内酰胺环的酰胺键断裂而失去活性。目前，在已发现的200多种β－内酰胺酶中，以超广谱β－内酰胺酶（ESBLs）、AmpC及金属酶最为重要。产ESBLs、AmpC及金属酶的致病菌株越来越多，部分细菌（如阴沟杆菌、肺炎克雷伯杆菌、大肠杆菌）可同时产ESBLs和AmpC酶或产耐酶抑制剂的广谱酶（IRTs），所致感染严重、难治，病死率高，已成为临床最为棘手的难题。

（1）ESBLs：由质粒介导，能水解青霉素类（含氯唑西林）、头孢菌素类及氨曲南等抗生素，但可被β－内酰胺酶抑制药抑制。主要由肺炎克雷伯杆菌、大肠杆菌产生，其他肠杆菌科细菌（如枸橼酸杆菌、沙雷菌属、变形杆菌属、沙门菌属、肠杆菌属等）和铜绿假单胞菌也常产生。ESBLs编码基因在质粒上，易在不同菌株中通过易位和接合等方式迅速传播，从而在医院内引起暴发流行。产ESBLs细菌是院内感染的主要致病菌之一，且往往是多重耐药（MDR），因其质粒上不仅带有ESBLs基因，也常常带有氨基糖苷类、氯霉素、复方磺胺甲唑耐药基因。根据ESBLs基因同源性及水解底物，可分为TEM、SHV、CTX－M、OXA及其他亚型。在中国，ESBLs主要是CTX－M型，对头孢噻肟水解作用强，对头孢他啶、头孢吡肟水解作用弱。治疗产ESBLs菌株感染的首选抗生素为碳青霉烯素类。头霉素类（如头孢美唑、头孢米诺）及氧头孢烯类（如氟氧头孢、拉氧头孢）的敏感率也较高，约为80%。部分含酶抑制剂的第3代头孢菌素（如舒普深）、青霉素类（如特治星）、头孢吡肟、阿米卡星和环丙沙星可作为联合用药。

（2）AmpC酶：主要由染色体介导，20世纪80年代以前，AmpC酶均为染色体型（bush－1型），而80年代末出现质粒型AmpC酶（ACT－1型）。绝大多数革兰阴性杆菌通常为低水平表达或不表达，在临床上并不形成耐药，但在β－内酰胺类抗生素尤其是第3代头孢菌素的压力下选择出去阻遏突变株（AmpD、R突变）而持续高度表达，能水解第3代头孢菌素、氨曲南及头霉素类等抗生素，但不水解第4代头孢菌素（如头孢吡肟）及碳青霉烯类，不被BLA抑制药抑制，但可被氯唑西林抑制。AmpC酶主要由肠杆菌属细菌（如阴沟杆菌）、弗劳地枸橼酸杆菌、摩根菌属、黏质沙雷菌等、不动杆菌及铜绿假单胞菌等产生。治疗产AmpC酶菌株感染的首选抗生素为碳青霉烯类、头孢吡肟，阿米卡星及环丙沙星（敏感率为70%左右）可作为联合用药。

（3）碳青霉烯酶：是碳青霉烯类抗生素耐药的重要机制，主要分2类：①金属酶（3组，B类）。由染色体介导，几乎能水解所有β－内酰胺类抗生素（对氨曲南作用弱），可被EDTA（二乙胺四乙酸）、巯基丙酸所抑制，不被CVA、SBT及TAZ等酶抑制药抑制。主要产酶菌株为嗜麦芽窄食单胞菌、嗜水产气单胞菌、铜绿假单胞菌、沙雷菌，部分革兰阳性菌（如肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌）亦可产生。20世纪90年代先后在铜绿假单胞菌中发现质粒介导的IMP－1、VIM－2等金属酶，可在不同种细菌间转移。②非金属酶（2f组，A类）。主要存在于阴沟杆菌、黏质沙雷菌和鲍曼不动杆菌，数量少，但往往同时产AmpC酶，以头孢菌素为优选底物，还可水解氨曲南及其他大多数β－内酰胺类抗生素。CVA能抑制IMI－1及NMC－A型酶，但不能抑制Sme－1型酶。

（4）IRTs：20世纪90年代初期发现，由TEM－1及TEM－2演化而来，属于A类2br组β－内酰胺酶，多见于大肠杆菌、肺炎克雷伯杆菌、产酸克雷伯杆菌、奇异变形杆菌、弗劳地枸橼酸杆菌，能水解克拉维酸，但可被他唑巴坦抑制。近年发现TEM－50具有ESBLs及IRTs变异位点，并发现SHV－1型IRTs和OHIO－1酶，因而其对克拉维酸、广谱青霉素及头孢菌素的耐药性越来越严重。

2.氨基糖苷钝化酶　是临床细菌对氨基糖苷类抗生素产生耐药性的最常见和最重要的机制。不同的氨基糖苷类可为同一种酶所钝化，同一种抗生素又可为多种钝化酶所钝化。近期研究发现多数耐药菌含有多种钝化酶，其中最多的含有6种。目前已知至少存在着3类15种钝化酶，大部分革兰阴性杆菌、金黄色葡萄球菌及肠球菌属等均可产生。产生钝化酶的细菌往往对被钝化的氨基糖苷类高度耐药，导致治疗失败。细菌钝化酶的产生由质粒所控制，并可通过接合转移或转座子转移到其他敏感菌。

3.其他　大肠杆菌、溶血性链球菌、金黄色葡萄球菌等可产生由质粒介导的红霉素酯化酶，可使大环内酯类、林可霉素类、链阳性菌素类核苷化、乙酰化或水解而灭活。革兰阴性杆菌、葡萄球菌属、D组链球菌可产生氯霉素乙酰转移酶，使氯霉素转化为无活性的代谢产物。

（二）抗生素的渗透障碍

由于细菌细胞壁或细胞膜通透性的改变，抗生素无法进入菌体内达到作用靶位而发挥抗菌效能。革兰阴性杆菌细胞壁肽聚糖层外面存在着双层脂类组成的外膜，其外层为脂多糖，由紧密排列的碳氢分子组成，阻碍了疏水性抗菌药物进入菌体。外膜上存在着多种孔蛋白，分子较大者为OmpF，较小者为OmpC，为亲水性抗菌药物的通道。抗菌药物分子越大、所带负电荷越多、疏水性越强，则越不易通过细菌外膜。细菌发生突变而失去某种特异孔蛋白后即可导致药物不能进入菌体，产生耐药性。例如，铜绿假单胞菌对亚胺培南耐药的机制之一就是染色体编码的β－内酰胺酶可使铜绿假单胞菌的某些菌株失去其外膜上的特异性通道——孔蛋白Opr D2。部分菌株产生的β－内酰胺酶分布于细菌内外膜之间，其含量的增加可引起孔蛋白阻滞，药物流入速度减慢，导致耐药性增强。

（三）主动外排系统功能增强

近年研究发现细菌中普遍持存在主动外排系统，能将进入细胞内的多种抗生素主动泵出细胞外，导致细菌获得性耐药性。主动外排系统并非只存在于耐药菌，也存在于敏感菌中，但其功能状态较耐药菌大为降低。目前发现铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、淋病奈瑟球菌、肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌、肺炎链球菌、化脓链球菌、空肠弯曲菌、包皮垢分枝杆菌以及白色念珠菌等均存在功能强大的主动外排系统。主动外排系统的底物广泛，氟喹诺酮类、四环素类、大环内酯类、氯霉素和β－内酰胺类抗生素均可由一种或数种主动外排系统泵出细菌体外。在许多情况下主动外排系统与外膜通透性或其他耐药机制协同形成细菌的多重耐药。

（四）靶位改变

这种耐药机制主要见于革兰阳性菌，如金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌、粪肠球菌可由于其PBPs的改变，使其与β－内酰胺类抗生素的亲和力下降，导致耐药。革兰阴性球菌（如淋病奈瑟球菌、脑膜炎奈瑟球菌）、流感嗜血杆菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌等菌也存在与β－内酰胺类抗生素的亲和力降低的PBPs。革兰阳性菌对糖肽类抗生素耐药则是由于其靶位细胞壁肽聚糖前体末端发生改变，致使抗生素不能与之结合。金黄色葡萄球菌、溶血链球菌、脆弱拟杆菌、产气荚膜梭菌等细菌可改变抗生素与核糖体的结合部位而导致四环素类、大环内酯类、林可霉素类与氨基糖苷类等抗菌药物不能与其作用靶位结合，或阻断抗菌药物抑制细菌合成蛋白质的能力。拓扑异构酶Ⅱ、拓扑异构酶Ⅳ的自发性突变则可导致多种革兰阳性菌与革兰阴性菌对喹诺酮类耐药。

总之，细菌耐药性的产生机制极为复杂。除上述机制外，细菌代谢状态的改变、缺乏自溶酶、营养缺陷、外界环境变化以及产生生物膜（biofilm）亦可导致耐药性。毫无疑问，灭活酶或钝化酶的产生具有重要作用。必须重视的是，细菌耐药性可能由两种或两种以上机制所形成，使之对多种包括新研制的抗菌药物产生耐药性。在正常情况下，质粒介导产生的耐药菌与敏感菌一样，生长繁殖迅速，并可在正常人和体弱者引起感染。无论质粒或染色体介导的耐药性，一般只发生于少数细菌中，难以与占压倒优势的敏感菌竞争，故其危害性不大。只有当敏感菌因抗菌药物的选择性作用而被大量杀灭后，耐药菌才得以大量繁殖而成为优势菌并导致各种感染的发生。因此，细菌耐药性的发生和发展是抗菌药物广泛应用特别是滥用的直接后果。