耐藥機制詳解之β內酰胺酶

  β-內酰胺類抗生素是目前臨床抗感染治療最普遍應用的一類抗生素，隨著這類藥物的廣泛使用(特別是濫用和誤用)和致病菌的變遷，產生了病原菌對藥物的耐藥性問題，而且耐藥發生率相當高。細菌產生β-內酰胺酶(β-lactamase)是80%病原菌耐藥的原因之一，另外約12%和8%病原菌的耐藥分別與細菌細胞外膜通透性障礙和靶位的改變有關。本文對細菌產生β-內酰胺酶所致的耐藥性作一簡要綜述，以便采取相應對策以防止耐藥性的蔓延。

    1.β-內酰胺酶的特性

    β-內酰胺酶是指能催化水解6-氨基青霉烷酸(6-APA)和7-氨基頭孢烷酸(7-ACA)及其 N-酰基衍生物分子中β-內酰胺環酰胺鍵的滅活酶。細菌產生β-內酰胺酶是細菌對β-內酰胺類抗生素耐藥的主要機制。β-內酰胺酶分為染色體介導酶和耐藥質粒介導酶二大類，以其水解對象可分為青霉素酶、頭孢菌素酶、廣譜酶和超廣譜酶四種。質粒是一種密閉環狀雙股螺旋結構的DNA，存在于胞漿內，也是具有遺傳功能的基因成分，質粒帶有各種基因，包括耐藥基因，但不是細菌存活所不可缺少的組成物質。質粒介導的β-內酰胺酶用等電聚焦法分型有TEM型(TEM-1，TEM-2)，OXA型(OXA-1～3)，PSE型(PSE-1～4)，SHV-1，HMS-1等標準酶，均為G-桿菌，主要為大腸桿菌、克雷伯氏桿菌、腸桿菌屬、綠膿桿菌等產生。TEM型酶分布很廣，尤以TEM-1型分布最廣，出現頻率最高，約占50%。染色體介導酶有K1型，P99型及D31型，染色體基因決定細菌對抗生素固有耐藥性，近代研究證明在院內感染病人中產生質粒介導酶的耐藥菌，其產生耐藥性大多是在接觸抗生素后獲得的，并通過耐藥基因的轉移而播散，也可由基因表達而傳至下代。至今β-內酰胺酶的數量已超過200種，其中超廣譜β-內酰胺酶(extended spectrum β-lactamase,ESBL)已超過50種。

    2.β-內酰胺酶的分類

    Ambler等根據β-內酰胺酶分子結構中氨基酸序列差異，將β-內酰胺酶分成A、B、C、D4種類型。1995年Bush等［2］提出了β-內酰胺酶的功能分類方案，依據酶的底物和酶被抑制不同，將其分為4群，其中2和3群又可分為許多亞群。

    2.1A型β-內酰胺酶

    A型β-內酰胺酶按Bush分類法屬2群，向下又分為8個亞群(2a,2b,2c,2d,2e,2f,2be,2br)，因此，A型β-內酰胺酶在底物動力學性質上顯示多樣性。大多數青霉素類抗生素都是A型β-內酰胺酶的良好底物，側鏈上有氨基的氨芐西林，含羧基的羧芐西林。側鏈上具有空間障礙基因的苯唑西林和甲氧西林都是A型β-內酰胺酶的良好底物。從整體上看，A型β-內酰胺酶對青霉素類的水解率較頭孢菌素類為高，但也有例外。此類酶的活性可被克拉維酸等酶抑制劑所抑制。

    2.2B型β-內酰胺酶

    B型β-內酰胺酶的活性依賴于2價過渡態金屬離子，大多數情況下為Zn2+，此酶不被棒酸抑制，但能被EDTA所抑制，按Bush分類屬3群。按照核苷酸序列，此酶可分為2個亞型，一個亞型以L-1酶為代表，另一亞型以A2酶和CcrA酶為代表。L1酶和CcrA酶有相當廣譜的底物輪郭，能水解頭孢西丁，也有報告可水解氨曲南。亞胺培南是A2酶的唯一底物，因此，A2酶也可稱碳青霉烯酶。

    2.3C型β-內酰胺酶

    C型β-內酰酶通常被稱為頭孢菌素酶，按Bush分類法屬1群。第1代頭孢菌素是C型β-內酰胺酶的良好底物，第2、3代頭孢菌素一般對C型β-內酰胺酶不敏感。亞胺培南和氨曲南則表現出對C型β-內酰胺酶的抑制作用。

    2.4D型β-內酰胺酶

    D型β-內酰胺酶Bush分類屬2d群，它們對苯唑西林和氯唑西林的水解速度明顯大于芐青霉素，因此，它們又被稱為“苯唑西林酶”。細菌β-內酰胺酶的分類見表1。

    3.超廣譜β-內酰胺酶的種類和特性

    超廣譜β-內酰胺酶(ESBL)是以能滅活窄譜和廣譜頭孢菌素、單環類抗生素及抗G-桿菌青霉素等抗生素為特征的β-酰胺酶，屬于Ambler分類的A類，按Bush分類屬2be群。大多數的ESBL都是TEM-1、TEM-2、SHV-1酶的突變體，為質粒介導酶，所含耐藥基因的質粒可在細菌菌株間轉移和傳播，有較廣的水解底物譜，部分產ESBL菌株不但對β-內酰胺類耐藥，有的還可對氨基糖苷類、磺胺、四環素、氯霉素和喹諾酮類耐藥。但是，ESBLs不能水解碳青霉烯類和頭霉素類抗生素。ESBL一般可被克拉維酸、青霉烷砜和他唑巴坦等酶抑制劑所抑制，其中他唑巴坦的酶抑制作用最強。根據NCCLS1997標準，一旦認定為ESBL突變株，即使藥敏結果顯示為敏感者，臨床上也應視為對所有青毒素類、頭孢菌素類及單環類抗生素耐藥。

    ESBL的撿測：

    (1)E-test法　一般認為頭孢他丁是識別ESBL的最佳底物之一。單一頭孢他啶和頭孢他啶/克拉維酸的MIC之比大于4。(2)雙紙片法　含頭孢他啶紙片的抑菌圈被鄰近含阿莫西林/克拉維酸(20/10μg)所擴大。

    自1983年在歐洲首次發現ESBL以來，目前發現的TEM類ESBL已有50多種，SHV類ESBL12種。肺炎克雷伯氏菌是ESBL的主要攜帶菌，其次是大腸埃希氏菌。一項研究表明肺炎克雷伯氏菌和大腸埃希氏菌中產ESBL菌的檢出率分別為27.3%和5.7%。77株產ESBL菌對12種抗菌藥物的藥敏情況見表2。另一次研究顯示：肺炎克雷伯桿菌、大腸桿菌和陰溝腸桿菌中產生ESBL菌的檢出率分別為37.4%、30.21%和41.82%。國外文獻報道除上述三種細菌外，其他腸桿菌科細菌如粘質沙雷菌、腸桿菌屬、構櫞酸菌、沙門氏菌和摩根菌也可產生ESBL。目前認為可用于治療產ESBL菌所致感染的藥物有碳青霉烯類、頭霉素類抗生素。亞胺培南具有超廣譜，高效的抗菌活性，除金屬β-內酰胺酶外，它幾乎對所有的ESBL高度穩定。目前認為亞胺培南/西司他汀是治療ESBL菌感染的首選藥物。頭孢美唑對ESBL菌的敏感性達84.66%。