1β内酰胺类抗生素的抗菌与耐药机制
目前临床上常用于抗肺部感染的β内酰胺类抗生素主要为青霉素类和头孢菌素两大类。该类药物的有效抗菌活性必须具备如下的一些基本条件,即容易穿透细菌的外膜;能抵挡住病原菌所产生的β内酰胺酶(BLA)的水解和灭活;并能与细菌细胞膜上的青霉素结合蛋白(PBPs)结合和相互作用,从而发挥抑菌和杀菌的作用。然而,近代临床研究表明,病原菌对β内酰胺类抗生素的耐药日益增多,该类抗生素的抗感染疗效远不如以前。其耐药机制主要有:(1)病原菌产生BLA,水解破坏β内酰胺类抗生素的核心结构β内酰胺环,从而降低其抗菌活性。近年来,特别是超广谱β内酰胺酶(ESBLs)的不断出现,它不但能水解青霉素,而且还能破坏分解狭、广谱的头孢菌素和单环β内酰胺类抗生素,成为当前治疗肺部感染的一大障碍。(2)病原菌的PBPs靶位发生改变,使抗生素无法与其结合并发挥其抗菌效能。(3)病原菌的细胞膜通透性降低或菌膜形成,使抗生素难以通过细菌的胞膜进入胞内。(4)病原菌产生对抗生素的外运泵出机制,将进入细菌胞内的抗生素主动泵出胞外。(5)某些细菌缺乏自溶酶,即使被抗生素抑制,病原菌亦难以自溶。以上耐药机制中,以病原菌产生BLA,特别是ESBLs最为重要,约占80%。因此,如何对付BLA所引起的耐药,解决临床上难治性肺部感染问题是当今研究的热点所在。
2 BLA分类简介
根据近年来的文献报告,BLA已达190多种。目前最佳的分类法是Bush-Jacoby-Medeiros分类(简称Bush分类)和Ambler的分子分类两种。现以分子分类结合Bush分类简单介绍如下: A类酶:包括Bush分类的2类酶中的2a为革兰阳性(G+)菌产生的分解青霉素的青霉素酶; 2b为G+菌和流感嗜血杆菌产生的分解青霉素和头孢菌素的经典广谱酶; 2be为克雷白杆菌,大肠杆菌等产生的分解青霉素,头孢菌素及单环β内酰胺类抗生素的ESBLs; 2br为大肠杆菌产生的分解青霉素的耐酶抑制剂酶; 2c为铜绿假单胞菌和卡他莫拉菌产生的分解青霉素、羧苄青霉素的羧苄青霉素酶; 2e为普通变形杆菌等产生的分解头孢菌素的头孢菌素酶; 2f为阴沟肠杆菌、粘质沙霉菌产生的分解青霉素、头孢菌素和碳青霉烯类抗生素的碳青霉烯酶。B类酶:包括Bush分类的3类酶,为嗜麦芽黄单胞菌、嗜水气单胞菌等产生的分解β内酰胺类包含碳青霉烯类抗生素的金属酶。C类酶:包括Bush分类的1类酶,为革兰阴性(G—)菌产生的分解头孢菌素的头孢菌素酶(Ampc酶)。D类酶:包括Bush分类2类中的2d,为G+菌产生的分解邻氯西林和青霉素等邻氯西林酶和青霉素酶。Bush分类的4类酶为洋葱假单胞菌产生的青霉素酶,其分子分类不明显。了解BLA的分类对掌握病原菌的耐药情况有一定帮助。
3目前病原菌的耐药概况
鉴于上述BLA耐药机制的存在,病原菌的产酶率和耐药率已不断升高。据报告,我国绿脓杆菌的产酶率已高达96·9%,大肠杆菌和克雷白杆菌的产酶率亦高达77·8%。G—菌的耐药率为86%,而G+菌的耐药率亦达到54%。近年来,国内外的研究资料表明,耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA)、表皮葡萄球菌(MRSE)对万古霉素中介的金黄色葡萄球菌的不断出现,以及对万古霉素耐药的肠球菌的不断产生;大肠杆菌和肺炎克雷白杆菌的ESBLs的产酶率持续上升;阴沟、产气、聚团等肠杆菌属产生的C类酶不断出现;铜绿假单胞菌、不动杆菌及嗜麦芽黄单胞菌产生的B类金属酶的不断增多,以及对青霉素耐药的肺炎链球菌的不断发现,提示β内酰胺类抗生素的耐药已是全球性的问题,我们正面临着一场BLA的严峻挑战,为了迎接这场挑战和解决当前肺部感染的治疗难点,提出并采取有效的对策和措施,已经到了刻不容缓的地步。
4 ESBLs的基本概念
ESBLs主要由肺炎克雷白杆菌和大肠杆菌等肠杆菌科细菌所产生,由质粒介导为普通的β内酰胺酶(TEM-1、TEM-2和SHV-1等)基因突变而来。由质粒介导的ESBLs可分为4组:(1)TEM、SHV型ESBL;(2)非TEM、SHV型ESBL,如TOHO-1、KIT-1等;(3)头孢菌素酶;(4)碳青霉烯酶。ES-BLs产生菌药敏试验表明对三代头孢菌素如头孢他啶(CAZ)、头孢三嗪(CTRX)、头孢噻肟(CTX)、头孢泊肟(CPDX)或氨曲南(AZT)不敏感,但如加入BLA抑制剂克拉维酸(CVA)可使抑菌圈扩大(≥5mm)。这些ESBLs产生菌临床上应用一般的β内酰胺类抗生素如青霉素、头孢菌素或氨曲南治疗往往耐药,但对头霉烯和碳青霉烯抗生素如亚胺培南(IPM)或帕尼培南(PAPM)可获疗效。
5产生ESBLs病原菌出现的背景及危险因素
前已述及,能水解青霉素药物的BLA谓之A类酶,这些产生典型A类酶的TEM及SHV型的基因较易转移,大多由质粒介导,并在许多G—杆菌之间传播。此外,肺炎杆菌也可在染色体上有很相似的产A类酶的SHV基因,因此亦为耐青霉素药物的代表菌种。一般典型的A类酶耐药性主要是针对青霉素作为底物进行水解,耐对头孢菌素类抗生素很难水解,故临床上对这些A类酶产生菌给予第2、3、4代头孢菌素治疗大多有效。然而,近年来研究表明,本来难以水解的3代头孢菌素长期使用后, A类酶基因的碱基排列中,有数个碱基可发生变异,从而产生了某些酶的质和量变化的变异株。这些变异的A类酶不仅对青霉素而且对广谱的3代头孢菌素均能水解,底物特异性扩大了的A类酶变异株称为ESBLs株。目前许多医院里从肺炎克雷白杆菌和大肠杆菌分离出ESBLs产生菌的频度很高,这些ESBLs产生菌的基因类型即为前述的TEM及SHV的典型A类酶的变异酶,根据碱基排列的不同,可分为67种之多。据报告使用头孢他啶(CAZ)治疗1个月的患者,各种标本中分离及产ESBLs菌株者高达53%。应用CAZ治疗中性粒细胞减少性发热的病房中常发生产ESBLs菌的暴发流行,且所用CAZ的剂量往往过大。3代头孢菌素治疗后病原菌耐药的出现率较氨基糖苷类和碳青酶烯类抗生素明显增高,因此,有人认为3代头孢菌素的长期大量应用是产生ESBLs菌株的危险因素之一。此外,经常或长期住院,尤其是ICU、养老院或慢性病护理院,中性粒细胞减少症患者,或有长期、或预防使用抗生素历史者均应考虑作为与产生ESBLs菌定殖或感染相关的危险因素。
6 ESBLs的检测
ESBLs的检测方法一般采用液体培养法和纸片法两种。最近NCCLS颁布的ESBLs检出的标准,现列于下,仅供参考。
液体培养法的ESBLs检出标准:(1)头孢泊肟(CPDX)、头孢他啶(CAZ)、头孢噻肟(CTX)、氨曲南(AZT)、头孢三嗪(CTRX)中任何一个显示MIC> 1μg/ ml; (2)在有克拉维酸(CVA) (4μg)存在时, CAZ、CTX的MIC值,降低了3管(8倍)。
纸片法的ESBLs检测标准: (1) 10μg的CPDX, 30μg的CAZ显示的抑菌圈直径≤22mm; 30μg的CTX、AZT≤27mm,30μg的CTRX≤25mm;(2)加入10μgCVA后,CAZ、CTX的抑菌圈直径比不加CVA的CAZ, CTX中任一抑制圈直径增加5mm以上。
7 ESBLs产生菌的防治对策
目前认为解决产酶菌耐药的方向主要有二:一为寻找能抵抗BLA水解的抗生素,如80年代中期开发的碳青酶烯类抗生素,包括亚胺培南、帕尼培南和美洛培南,以及近年来面市的4代头孢菌素,如头孢吡肟和头孢匹罗。因其具有快速穿透细菌外膜,对某些BLA相对稳定以及与青霉素结合蛋白(PBPs)亲和力高等特点,故能发挥其良好抗菌效能。但4代头孢菌素尚未能完全解决ESBLs的问题。二为开发特异性BLA抑制剂,多年来研究表明,特异性BLA抑制剂不失为行之有效的措施,以克拉维酸(CVA)、舒巴坦(SBT)及他唑巴坦(TBT)为代表的BLA抑制剂已广泛应用于临床,还有一些颇具特色的新的酶抑制剂亦正在开发之中。
对ESBLs产生菌感染的治疗,近代许多学者进行了大量的研究。他们采用PCR法,可查出现有的各个ESBLs的基因型号,并对这些产酶菌进行药物敏感试验。结果发现产生ES-BLs的病原菌一般对哌拉西(PIPC)、头孢替安(CTM)、头孢噻肟(CTX)、头孢他啶(CAZ)、头孢哌酮(CPZ)、头孢唑肟(CZX)、头孢三嗪(CTRX)的MIC均高达>128μg/ml,对头孢吡肟(CFPM)、氨曲南(AZT)也可高达64μg/ml,但对PIPC/CVA、CPZ/SBT和头孢美唑(CMZ)的MIC则≤1μg/ml。然而,无论是TEM及SHV型的ESBLs或是TOHO-1及KIT-1型的ESBLs产生菌对亚胺培南(IPM)和帕尼培南(PAPM)的MIC≤0·25。由此可见,临床上治疗产生ESBLs病原菌的有效抗生素,可选用CMZ等头孢霉素类抗生素或IPM和PAPM等碳青酶烯类抗生素。
ESBLs产生菌株出现的预防,首先在于谨慎使用广谱头孢菌素,特别是大量长期使用应尽量避免,以防A类酶基因中碱基发生变异出现变异株。对于已经感染或已定植了ESBLs产生菌的患者应及时予以隔离,以免交叉感染。对医院中的高危病区如ICU病区,感染科、呼吸科及烧伤科等病区应定期进行细菌流行分布监测,及早发现ESBLs产生菌的分布情况,并及时给予相应的有效措施。
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