Literature
首页医源资料库在线期刊中国热带医学杂志2007年第7卷第9期

抗生素的耐药性与抗生素的应用

来源:中国热带医学
摘要:【摘要】细菌对抗生素产生耐药性是一种自然生物现象,抗生素的广泛应用与滥用加速了耐药性过程。现就抗生素的耐药机理进行讨论,期望有助于进一步合理应用抗生素。【关键词】抗生素的耐药性。抗生素的应用Resistanceofmicroorganismstoantibioticsanduseofantibiotics。...

点击显示 收起

【摘要】  细菌对抗生素产生耐药性是一种自然生物现象,抗生素的广泛应用与滥用加速了耐药性过程。现就抗生素的耐药机理进行讨论,期望有助于进一步合理应用抗生素。

【关键词】  抗生素的耐药性;抗生素的应用

Resistance of microorganisms to antibiotics and use of antibiotics.

  JIA Jie.

  (Hainan Provincial People’s Hospital, Haikou 570311, Hainan, P. R. China)

  Abstract:  The emengence of antibiotic resistance in bacteria is a natural phenomenon, which rather was expanded and accelerated by the abuse of antibiotics in clinics. This paper tries to disccuss mechanism of antibiotic resistance with respect to will help to resolve this problem.

  Key words:Antibiotic resistance;Antibiotic use

  抗生素耐药性的出现已成为治疗感染性疾病的最大障碍。不同抗生素,其耐药机理各不相同。现就几类常用抗生素的主要耐药机理进行复习,期望有助于临床医生合理应用抗生素。

  1  β-内酰胺类抗生素β-内酰胺类抗生素耐药机理及对策

  1.1  细菌体内产生β-内酰胺酶  细菌分泌的酶排到细胞周质中,在β-内酰胺环与青霉素结合蛋白(PBPS)靶位点结合前水解β-内酰胺环,导致药物失活。β-内酰胺酶有200种以上,且仍不断发现,目前与临床相关的有下列几种。

  1.1.1  青霉素酶  由革兰阳性球菌,葡萄球菌、肺炎球菌及革兰阴性球菌如淋球菌产生,水解青霉素,产生耐药性。目前临床多应用耐酶青霉素如半合成青霉素甲氧苯青霉素、苯唑青霉素,β-内酰胺酶抑制剂与β-内酰胺类抗生素复合剂。β-内酰胺酶抑制剂,如棒酸、克拉维酸、他唑巴坦等本身也是抗生素,但抗菌谱窄、作用弱,组成复合剂后既阻遏了酶的破坏性,又起到协同增效作用。

  1.1.2  头孢菌素酶(AmpC酶)  革兰阴性菌,如假单胞菌、肠杆菌、不动杆菌和克雷伯菌等产生,存在于染色体中。当存在β-内酰胺抗生素,特别是三代头孢菌素时,可诱导AmpC酶表达水平增加10~100倍,成为高产AmpC酶的耐药株,并在院内通过染色体介导扩散。β-内酰胺酶抑制剂对产AmpC酶菌的作用有限,克拉维酸体外实验还能诱导细菌产生AmpC酶[1],故第三代头孢菌素及β-内酰胺酶抑制剂的复合剂不应用于产AmpC酶菌感染。第四代头孢菌素对AmpC酶的亲和力较低,且可迅速透过细菌外膜屏障,与PBP结合,故可作为临床经验用药。治疗高产AmpC酶突变株最好使用碳青霉烯类抗生素,如亚胺培南,美洛培南等,尽管它们也是AmpC酶的诱导剂,但它们能在诱导产生足量的AmpC酶之前快速杀死细菌。此外,哌拉西林联合氨基糖苷类或氟喹诺酮类亦可使用。

  1.1.3  超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)  主要由肺炎克雷伯菌和大肠杆菌产生,也见于变形杆菌属、普罗威登菌属和肠杆菌属,由β-内酰胺酶TEM型和SHV型酶发生点突变衍生而来,通过质粒介导,可被酶抑制剂克拉维酸、舒巴坦、他唑巴坦抑制。目前出现的TEM型ESBLs已超过90种,SHV型ESBLs超过20种。产ESBLs菌对第三、四代头孢菌素及氨曲南耐药,对头霉素类如头孢西丁敏感,有别于产AmpC酶菌。临床对产ESBLs菌感染仅可使用碳青霉烯类或头孢西丁。目前尚发现一些细菌主要是肺炎克雷伯菌及大肠杆菌同时产生ESBLs及AmpC酶,称之为超级ESBL,治疗此类菌感染只可用碳青霉烯类。

  1.1.4  金属酶[2]  由假单胞菌属、脆弱类杆菌属、产黄菌属、沙雷菌属及嗜麦芽黄单胞杆菌属产生,可水解羧苄西林,称之为金属β-内酰胺酶(Metallo-beta-lactamase,MBL)。该酶必须依赖少数金属离子(主要为Zn2+)的存在而发挥催化活性的酶类,底物为包括碳青霉烯类在内的一大类β-内酰胺抗生素,其活性可被离子鳌合剂EDTA、菲咯啉或硫基化合物抑制,但不能被常见的β-内酰胺酶酶抑制剂抑制。MBL可分为3个亚类,仅在水解碳青霉烯类与头孢菌素能力上有差异。A亚类水解青霉素类、碳青霉烯类>头孢菌素类;B亚类仅水解碳青霉烯类;C亚类水解头孢菌素类>碳青霉烯类。由于碳青霉烯类如亚胺陪南为当前临床治疗严重感染的主要选择药物,他既是部分MBL的诱导剂,同时随着不适当的应用,给MBL提供选择性压力,使沉默MBL基因激活表达,致使MBL产量和种类增多,产生耐药性。据广州报道,院内感染标本分离的铜绿假单胞菌中,耐亚胺培南已达14.6%。可见,如何根据药敏试验,合理使用抗生素,抑制MBL的产生,阻断耐药基因在细菌间的传播,尤为重要。目前尚无有效的抗MBL抑制剂。

  1.2  青霉素结合蛋白(PBPs)[3]  PBPs是一种膜结合转肽酶,催化细胞壁酸短肽键的连接,从而构成细胞壁肽聚糖的多层网状立体结构。PBPs几乎在所有的细菌中都存在。β-内酰胺抗生素进入细菌细胞后与PBPs结合,使PBPs丧失催化活性,抑制细胞壁合成,细菌复制停止,起抗菌作用。正常的金葡菌产5种PBP:PBP1、PBP2、PBP3、PBP3’和PBP4,而耐甲氧西林金葡菌(MRSA)具有一个获得性基因mecA,他编码并诱导产生新的青霉素结合蛋白PBP2a,其与β-内酰胺类抗生素亲和力极低。当其他PBP被β-内酰胺类抗生素结合抑制时,PBP2a可替代其他PBP起催化细胞壁合成作用,细菌得以复制、生存。MRSA感染临床仅可用万古霉素治疗。

  2  氨基糖苷类抗生素

  氨基糖苷类抗生素与16SrRNA上的A位电结合,干扰细菌蛋白合成而起抗菌作用:①蛋白质合成起始阶段抑制70S始动复合物的形成;②肽链延伸阶段选择性与30S亚基上的靶蛋白结合,使A位变形,造成mRNA上密码错译而形成无功能蛋白质;③终止阶段阻止终止因子RF进入A位,阻止已形成的肽链释放,并使70S亚基不能解离,最终造成菌体核蛋白消耗及蛋白合成受阻。同时,由于细菌胞浆膜蛋白质合成受抑,致膜通透性增加,细菌胞内重要物质外漏,加速细菌死亡。氨基糖苷类抗生素分子较大(≈1.8×1.0×1.0nm),难以通过膜孔蛋白,转运进入细胞内膜是个电子转运过程。这一过程是个限速过程,受到二价阴离子,高渗透压,低pH及厌氧性的调节。目前普遍接受氨基糖苷类抗生素耐药机理主要有3种  ①药物在细菌体内达不到足够的浓度:多发生于假单胞菌属和其他非发酵G-菌,可能与它们具有非渗透性膜,或特异性转运系统变化相关。细菌对庆大霉素产生耐药性主要通过这一机理实现的。②作用靶点的改变:核糖体是氨基糖苷类抗生素作用的靶点,如16SrRNA突变,16SrRNA甲基化修饰均会导致细菌产生耐药性。这一现象主要发现于链霉素。③细菌产生修饰酶:修饰酶可使氨基糖苷类抗生素钝化或失活[4]。常见的修饰酶为磷酸转移酶(Phosphotransferase),乙酰基转移酶(Acetytransferase)和核苷转移酶(Necleotransferase),三者分别使敏感的羟基磷酸化、氨基乙酰化和羟基核苷化,改变和破坏后的抗生素即不能再与细胞核糖体结合。目前已知某些氨基苷类抗生素可被一种以上修饰酶破坏,一种酶又可破坏一个以上结构相似的抗生素。编码修饰酶的耐药基因通过质粒介导,可在体外转移给其他菌株[5]。氨基糖苷类修饰酶为细菌本身所具有,在氨基糖苷类抗生素的选择压力下,酶发生过量表达,从而呈现耐药性。因此,临床上氨基糖苷类抗生素尽可能与其他抗生素联合应用,可减少药物选择性压力,另外研制抗修饰酶的新型药物或修饰酶抑制剂,亦为控制耐药性的对策。

  3  大环内脂类抗生素

  大环内脂类是一族有12~16个碳骨架的大内脂环及配糖体组成的抗生素,目前应用广泛的为阿齐霉素和克拉霉素,其细菌耐药现象,特别在G+菌中已日益严重。大环内脂类抗生素的耐药机理如下:①结合位点的修饰:大环内脂类抗生素作用在于其与细菌核糖体50S亚基的23S核糖RNA上的2058-2062区段结合,促使肽链tRNA在移位过程中从核糖体上脱落下来,从而不能形成正常功能的蛋白质,起抗菌作用。现已知在低浓度红霉素诱导下金葡菌可产生转甲基酶(ermc),该酶可使23S核糖RNA上腺苷N-6.6位二甲基化,导致大环内脂与细菌核糖体的亲和力下降,发生耐药。目前已在葡萄球菌、链球菌、肠球菌和杆菌中发现了ermc。ermc且可使细菌对林可酶素、链阳菌素B产生交叉耐药(MLSb)[6]。②主动外排系统:在肺炎链球菌、无乳链球菌中,发现mefA或mreA基因,它们编码的膜蛋白异常,使抗生素外流,称为大环内脂流失基因,致使对14-、15-、16-元大环内脂均耐药。③抗生素失活:大环内脂磷酸化、糖基化或酯化后失活已有报道,其机理是某些耐药菌中存在转移酶的基因,如临床分离的大肠杆菌BU2506,即具有大环内脂2’-磷酸转移酶,表现出对大环内脂高度耐药性,此类酶基因多存在质粒中,并可通过接和亲等方式传给其他的大肠杆菌[7]。由于大环内脂类抗生素临床应用适应症较广,如不适当应用,诱导耐药性的威胁将日益加重,因此,新的抗耐药菌的大环内酯药物研究正在发展。

  4  多肽类抗生素

  多肽类抗生素主要来自需氧芽孢杆菌及链丝菌培养液,目前临床应用较多的为万古霉素。万古霉素主要作用于G+细菌,它与肽聚糖合成的前体物质二糖五肽末端D-Ala-D-Ala(丙氨酸)羧基结合,阻止了甘氨酸五肽的参入,从而阻碍了细菌细肽壁的合成。目前发现耐药菌株可产生异常的连接酶,使二糖五肽末端D-Ala-D-Ala突变为D-Ala-D-Lac(2-羟基 丙酸)或D-Ala-D-Ser(丝氨酸),从而使万古霉素的位点发生改变,亲和力降低,发生耐药。现已知这种改变是有一组基因所决定,获得性耐药主要有三个表现型:VanA、VanB和VanC。VanA位于染色体上,它可诱导出高水平耐药,对万古霉素MIC≥64mg/L,对替考拉宁(Teicoplanin)MIC≥16mg/L。VanA也可由质粒携带并介导。VanB由质粒携带,对万古霉素从低浓度到高浓度耐药,MIC16-512mg/L。对替考拉宁敏感。VanC亦由质粒携带,对万古霉素低水平耐药,MIC 2-32mg/L,对替考拉宁敏感。目前对万古霉素耐药菌主要为肠球菌(VRE),其严重性在于其耐药性可迅速向金葡菌、链球菌等转移[8],因此,临床上已出现万古霉素中度耐药的金葡菌(VISA)。至于VRE如何产生,可能与长期接受三代头孢菌素,特别是不适当地使用万古霉素相关。由于VRE对多种抗生素耐药,治疗异常棘手。

  5  氟喹诺酮类

  该类药物作用于细菌的靶酶DNA促旋酶和拓扑异构酶IV。靶酶能与酶DNA复合物结合,阻止细菌的解旋作用,致细菌DNA复制受阻而死亡。DNA促旋酶有两个α亚基(gyrA)和两个β亚基(gyrB),拓扑异构酶IV也由两个parC亚基和两个parE亚基组成,分别形成四聚体。氟喹诺酮类耐药机理[9]:(1)靶酶的改变:靶酶的结构、构象发生变化,使药物与酶DNA复合物不能稳定结合出现耐药。目前已知在G-菌中,DNA促旋酶氟喹诺酮的第一靶位,拓扑异构酶IV为第二靶位,故parC、parE基因突变常在gyrA基因突变前提下发生。G+菌中,恰好相反,即拓扑异构酶Iv parC变化先于gyrA变化,但parC突变化起低水平耐药,只有与gyrA共同突变时才产生高水平耐药。(2)药物在菌体内浓度不足: ① 膜通透性降低:导致膜通透性下降的主要原因是细菌外膜膜孔蛋白(Outer membrane protein,Omp)异常。Omp分为OmpF和OmpC,尤其是亲水性水分子药物通过的OmpF减少或缺失,可造成除氟喹诺酮外的其他结构不相关的抗生素,如β-内酰胺类、氯霉素摄入减少而产生交叉耐药。OmpF减少或缺失的机理主要由细菌染色体的mar区基因突变介导。② 药物主动排出增加:G+菌如金葡菌以nor基因编码的Nor蛋白为膜上多重药物外排泵,能将氟喹诺酮类等药物泵出细菌外。G-菌如大肠杆菌、沙门菌属等主动外排泵主要是AcrAB-TOLC系统,可因基因突变,产生更多的Nor外排泵蛋白,外排泵功能增强,药物被大量排出而造成耐药。

  6  抗结核分枝杆菌药

  20世纪80年代后期,全球结核病趋于回升,加之HIV/AIDS以及人口流动等因素,导致耐多种药物的结核分枝杆菌(Multidrug resistant M tuberculosis,MDR-TB)出现。目前已知MDR-TB产生与结核分枝杆菌染色体上某些基因点突变相关。KatG基因或inhA基因点突变导致对异烟肼(INH)耐药;rpoB基因点突变导致对利福平(RFP)耐药。但是它们的基因不相连,不会因某位点突变而同时产生对两种以上的药物耐药。MDR-TB的产生是每一种药物基因突变逐步累加的结果。85%的MDR-TB株各自药物基因都有改变,其中RFP的rpoB基因点突变达90%以上,故有学者建议rpoB基因突变可作为MDR-TB的诊断标志。

  7  抗生素的耐药性与抗生素的应用

  7.1  抗生素耐药性的产生是一种自然生物现象  ①细菌本身即具有耐药基因,抗生素绝大多数由微生物合成,其中2/3经链霉菌产生。细菌产生抗生素可以杀死或抑制其他的细菌,但也应能杀伤生产菌自己,所以生产菌自身必须有耐药性。这种耐药基因与合成基因共存在于染色体上。譬如产生链霉素的灰链丝菌在合成链霉素的过程中可接上一个磷酸,使其无法附着于核糖体,即不能伤害生产菌,而当其分泌到菌外时,再将磷酸去除起杀其他菌作用。②基因突变是生物得于持续存在的必然:生物在进化过程中为抵御外来侵害都具有一种自然演变的特性,在复制过程中会不断地经历基因突变,致下一代不受抗生素作用,于是产生耐药性菌株。抗生素的过度或不适当的应用,造成细菌基因组上抗生素作用靶位点基因产生变异,导致编码蛋白质功能丧失或功能变化,即谓之正向突变。当抗生素刺激消失,耐药性也逐渐消失,突变型又可回到原来的表型,对抗生素敏感,即谓之回复突变。临床上提出循环使用抗生素,即来自该理论[10]。

  7.2  抗生素的耐药性是抗生素应用的后果  应用抗生素产生的后果可归纳如下:①抗生素治疗单一的敏感菌感染,致病菌清除,如应用的剂量、疗程不适当,可诱发耐药株产生。②抗生素治疗敏感菌加耐药菌感染,敏感菌清除,耐药菌因失衡则过度生长、繁殖、并传播。③抗生素治疗耐药菌感染,治疗失败,耐药菌更加生长、繁殖、并传播。可见,细菌耐药性的产生均与抗生素的使用或不当使用相关。为防止耐药菌产生,应用抗生素必须合理、慎重。

  8  控制抗生素耐药性的对策

  抗生素耐药性问题已引起世界广泛重视,我国也已订出抗生素应用指南,它除了建立严格的管理制度和体系外,也包涵了检测耐药性的内容,前者有助于避免不适当应用或滥用,后者则提供耐药性流行资料,为经验治疗提供依据。

  8.1  合理应用抗生素  建立快速病原菌检测方法,严格按照药敏试验用药,少经验用药,多目标性用药。个体化联合用药可缩短疗程、减少每日用量,也有助于减少耐药性产生。合适的剂量、疗程及治疗次数,均可减少细菌诱变作用。

  8.2  循环使用抗生素  即抗生素干预策略。

  8.3  危重症患者采用抗生素降阶梯方案  治疗初即选用广谱、高效的抗生素,尽可能覆盖可能感染的致病菌,而后再根据细菌药敏结果调整抗生素,以降阶梯或窄谱抗生素治疗。

  8.4  研制新的抗生素  研制的方向①根据细菌耐药机理开发新药,目前主要是开发新的稳定性高的药物及新的酶抑制剂;②破坏耐药基因,Altman等研制外源性指导序列基因片段(External guide seguence,EGS),封闭耐药靶基因,从而恢复抗生素的敏感功效。

  8.5  抗菌疫苗的研制  应用细菌疫苗是控制细菌感染最终的方向。目前已有脑膜炎双球菌疫苗、肺炎双球菌疫苗,其他细菌疫苗,如金葡菌疫苗、铜绿假单胞菌疫苗正在研制中。

【参考文献】
  [1] Lister PD,Gandner VM,Sanders CC.Clavulanate induces expression ofthe Pseudomonas aeruginose AmpC cephalosporinase at phiologically relevant concentrations and antagonizes the antibacterial activity of ticarcillin[J].Antimicrob Agents Chemother,1999,43:882~889.

  [2] Chu YW,Afzal-shah M,Houang ET,et al.IMP-4,a novel metallo-beta-lactamase from nosoconial Acimetobacter spp colected in Hong Kong between 1994 and 1998[J].Antimicrob Agents Chemother,2001,45:1343~1347.

  [3] Emmanuelle C,ElaineT.Mechanisms of antibiotic resisitence and tolerance in Streptococcus pneumoniae[J].Microbts and lufection,2000,2:1855~1864.

  [4] Llano-Sotelo B,Azucena EFJr,Kotra LP,et al.Aminoglycosides modified by resistance enzymes display diminished binding to the bacterial riibosomal aminoacyl-tRNA site[J].Chem Biol,2002,9:455~501.

  [5] Leclercq R,Dutka-Malen S,Brissor-Noel A,et al.Resistance of entercocci to aminoglycosides and glycopeptides[J].Clin infect Dis,1992,15:415~501.

  [6] Leclercq R,Courvalia P.Bacterial resistance to macrolide,lincosamide and streptogramin antibiotics by target modification[J].Antimicrob Agents Chemother,1991,35:1267~1272.

  [7] Katayama J,Okada H,O’Hara K,et al.Isolation and characterization of two plasmids that meliate macrolide resisfance in Escherichia coli:transferability and molecular properties[J].Biol Pharm Bull,1998,21:326.

  [8] Gholizadeh Y,Couvalin P.Acquired and intrinsic glycopeptide resistance in enterococci[J].International J of Antimicrobial Agents,2000,16:511~517.

  [9] Eavcs DJ,Randall L,Gray DT,et al.Prevalence of mutations with the quinolone resistance.determining region of gyrA,gyrB,par C,and par E and association with antibiotic resistance in quinolone-resistant Salmonella enterica[J].Antimicrob Agents Chemother,2001,48:4012~4015.

  [10] Struelens MJ,Byl B,Vinecnt JL.Antibiotic policy. a tool for controlling resistance of hospital pathogens[J].Clin Microbiol Infect,1995,5:519~524.


作者单位:海南省人民医院传染科,海南 海口 570311.

作者: 贾杰 2010-1-13
医学百科App—中西医基础知识学习工具
  • 相关内容
  • 近期更新
  • 热文榜
  • 医学百科App—健康测试工具