细菌对抗抗生素耐药性的机制

（一）灭活酶或钝化酶的产生

许多耐药菌可以产生一种或多种钝化酶或灭活酶，对进入细菌内的抗菌药物被水解或修饰，使其失活，产生耐药性，常见的灭活酶或钝化酶有以下几种。

1.β-内酰胺酶 主要针对β-内酰胺类抗菌药物，耐药菌产生的β-内酰胺酶，它与抗菌药物的β-内酰胺酶环上羰基共价结合，水解酰胺键使抗菌药物失去活性。迄今为止，报道的β-内酰胺酶已超过300种，Ambler（1990）根据β-内酰胺酶各自氨基酸序列可分为A、B、C、D 4类，A、C、D类酶的活性点为丝氨酸、B类酶活性基因是锌。其中A、D类酶可被抑制药所抑制。Bush（1995）根据酶的底物、抑制药和分子结构分为4型，其中重要者为Ⅰ型和Ⅱ型。

（1）Ⅰ型是不被克拉维酸抑制的头孢菌素酶。分子类型属于C类，分为2类，第1类由染色体介导产生的AmpC型β-内酰胺酶，主要的产生菌是铜绿假单胞菌（PA）、阴沟肠杆菌。第2类是由质粒介导产生的AmpC型β-内酰胺酶，主要的产生菌是肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌。Ⅰ型酶主要作用于大多数的青霉素、第一、二、三代头孢菌素和单环类抗菌药物，但第四代头孢菌素、碳青霉烯类不受该酶作用。此种耐药菌引起的感染死亡率很高。

（2）Ⅱ型是可被克拉维酸抑制的β-内酰胺酶，结构上属于Ambler分类的A和D类，是数量最多的类型。本组包括肠杆菌产生典型的AmpC型β-内酰胺酶外，还有质粒介导出现超广谱β-内酰胺酶（ESBLs），ESBLs包括TEM-1、TEM-2和SHV-1的变异等8种亚型。肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌为主要产生菌。该酶可将耐药质粒以转化、传导、整合、易位、转座等方式传播给其他细菌，从而导致多种细菌产生耐药性。研究表明第三代头孢菌素抗菌药物的滥用是这类耐药菌出现的主要原因。

（3）Ⅲ型是金属β-内酰胺酶。分子类别属AmblerB类，酶的作用时需要金属离子，如Zn＋，可被乙二胺四乙酸（EDTM）所抑制，但不被克拉维酸所抑制。

（4）Ⅳ型是青霉素酶。主要由染色体介导，不被克拉维酸所抑制。

2.氨基糖苷类抗菌药物钝化酶 氨基糖苷类抗菌药物，是通过对细菌细胞膜蛋白质的合成抑制，改变膜结构的完整性而产生的杀菌作用。而氨基糖苷类抗菌药物钝化酶，催化氨基糖苷类抗菌药物氨基或羟基的共价修饰，降低药物与细菌靶位核糖体的亲和力、结合减少，促进药物摄取的EDP-Ⅱ也被阻断，导致抗菌药物保持抗菌活性所必需的基因被修饰钝化，因而出现耐药性。目前主要的钝化酶是：氨基糖苷酰基转移酶（AAC），氨基糖苷腺苷酰基转移酶（AAD），氨基糖苷磷酸转移酶（APH），腺核苷转移酶（ANT）等，这些酶的基因决定簇在没有明显遗传关系的细菌种群间也能传播。

3.大环内酯类-林可霉素类-链阳菌素类（MSL）钝化酶 MSL类抗菌药物因其结构不同，细菌产生的钝化酶也有差异。对红霉素具有高度耐受性的肠杆菌属、大肠埃希菌中存在红霉素钝化酶，可水解红霉素和竹桃霉素的大环内酯结构。林可霉素类钝化酶在很多葡萄球菌和乳酸杆菌中被发现，使抗菌药物分子羟基磷酸化或核苷酰化而出现耐药性。

4.氯霉素钝化酶 氯霉素钝化酶是酰基转移酶（Chloramphenicol acetyltransferase，CAT），其编码基因定位于染色体上或质粒上，主要作用是使氯霉素类抗菌药物转化为无抗菌活性的代谢产物，产生耐药。主要存在于葡萄球菌、肺炎球菌，D组链球菌、肠杆菌、奈瑟菌。

（二）靶位基因突变

抗菌药物作用的靶位如核糖体和核蛋白发生突变，亲和力下降或无法识别抗菌药物，使抗菌药物无法发挥正常作用，导致耐药性的产生。

1.β-内酰胺酶类抗菌药物靶位点改变 β-内酰胺酶类抗菌药物靶位作用点是青霉素结合蛋白（penicillin binding proteins，PBPs），PBPs位于细菌内膜，具有催化作用，参与细菌壁合成、形态维持和调整细菌的糖苷结构等功能。PBPs基因突变使β-内酰胺酶类抗菌药物无法与之相结合或结合力降低，产生耐药性。

2.万古霉素作用靶位点改变 万古霉素与革兰阳性细菌细胞壁的肽聚糖前体五肽中D-丙氨酸-D丙氨酸末端（D-ala-D-ala）结合，抑制细胞壁蛋白合成，产生杀菌作用。目前临床上绝大多数革兰阳性菌均对万古霉素敏感，包括MRSA的治疗。但是大量万古霉素的应用，特别是不合理的应用，导致肠球菌通过DNA获得质粒子或转应子以及突变珠的发生，临床上开始出现了耐万古霉素的肠球菌。

3.氨基糖苷类、大环内酯类、林可霉素、链霉素、四环素类作用靶位点改变 抗菌药物与细菌的核糖体的大亚基（50s）或小亚基（30s）结合后，抑制细菌蛋白质合成，产生杀菌作用。当亚基中的mRNA及蛋白质发生突变，药物与核糖体亲和力的下降，降低了杀菌作用，产生耐药性。

4.喹诺酮作用靶位点改变 喹诺酮药物主要是通过抑制DNA拓扑异物酶的活性，从而阻止DNA的复制、修复、染色体分离、转录及其他功能，产生抑制或杀菌作用。拓扑异物酶Ⅳ基因突变，则导致革兰阳性细菌耐药，DNA拓扑异物酶Ⅱ（常称为DNA促旋酶）基因突变时可导致革兰阴性细菌耐药。

5.利福霉素作用靶位点改变 利福霉素与RNA聚合酶结合、抑制细菌的转录过程而达到抗菌效果。如果大肠埃希菌、结核分枝杆菌等耐药菌，在编码RNA聚合酶β亚基的基因时发生突变，导致与利福霉素类药物结合力下降，产生耐药性。

（三）细菌细胞膜渗透性改变

细菌细胞膜属于高选择性的渗透屏障，其外膜上的孔蛋白是跨越细胞膜非特异性的水溶性扩散通道。抗菌药物通过孔蛋白进入菌体内部、发挥功效。如果细菌细胞外膜孔蛋白较小或通道较少，进入细菌体内的抗菌药物就减少或不能进入，产生固有性耐药（intrinsically-resitant），又称为内在性耐药。这种耐药性并非染色体突变或由耐药质粒产生的，如骨与关节化脓性感染的病原中，铜绿假单胞菌细胞外膜上孔蛋白通道的通透性仅为典型孔蛋白的1%即属此。

若细菌细胞膜上典型孔蛋白结构由于突变等原因发生改变，抗菌药物难以进入细菌体内，药物摄取量减少，属于获得性耐药，如大肠埃希菌通透喹诺酮药物的孔蛋白主要为OmpF和OmpC，如果变异导致OmpF缺失，药物即不能进入细菌体内。一般来说通透性的改变只是导致低水平的耐药性，此种耐药机制往往对抗菌药物特异性较差，具有多重耐药性。

（四）细菌主动排外机制

细菌主动排外系统是细菌细胞膜上的蛋白质，在能量的支持下，将已进入细菌体内的抗菌药物选择性或非选择性地排出细胞膜，降低了抗菌药物吸收率或改变其转运途径，产生耐药性。根据其超分子结构、机制、顺序的同源性等，分为4类，第1类主要是易化超家族（major facilitator superfamily，MFS）；第2类为耐药结节分化家族（reisitance nodulation division family，RND）；第3类为葡萄球菌多重耐药家族（staphylococcal multidrug resistance family，SMR）或链霉素耐药家族；第4类为ATP组合盒（ATP-bindincassette，ATP）转运器。前3类所需要能量由氢离子药物反转运体逆转H＋，形成的H＋浓度差所产生的势能提供。第4类为利用ATP水解所释放的自由能。β-内酰胺类抗菌药物、氨基糖苷类抗菌药物、喹诺酮类药物等均可因为上述排外机制，而具有耐药性。

排外系统的功能可能是保护细胞免受外来毒性物质的损害或排出对自身有害的代谢产物。广泛存在于革兰阳性细菌如金黄色葡萄球菌，革兰阴性细菌如大肠埃希菌、铜绿假单胞菌、空肠弯曲菌等，以及真菌和哺乳类细胞如癌细胞中。其与细菌外膜通透性改变在多重耐药中起重要作用。

（五）细菌生物被膜形成

细菌生物被膜（Bacteial biofilm，BBF）是细菌为适应环境在生长过程中黏附于固体或有机腔道表面，形成微菌落，并分泌细胞外多糖蛋白复合物，包裹自身而形成的膜状物。BBF主要是多糖蛋白复合物，其次是DNA、RNA、肽聚糖脂和磷脂类物质。在临床上BBF可在非活性物体如医疗器械、内置物；死亡组织如死骨，或活体组织如心内膜上形成。常产生细菌生物被膜有：铜绿假单胞菌、大肠埃希菌、表皮葡萄球菌、肺炎克雷伯菌等。

细菌形成生物被膜后，往往对抗菌药物产生高度耐药性，原因如下。第一，生物被膜可减少抗菌药物或消毒剂的渗透；第二，生物被膜导致细菌代谢低下，对抗菌药物或消毒剂不敏感；第三，生物被膜产生免疫逃逸现象，机体免疫力与抗菌药物协同杀菌作用均减弱。致病菌在BBF的作用下，常形成感染复发的“疫源地”出现相对静止期和急性发作期交替、易复发的特点。