耐碳青霉烯类抗生素的研究进展

花 璇，耿志欣，崔 倩，周 影，裴 兵

（南京医科大学附属宿迁第一人民医院医学检验科，江苏 宿迁 223800）

碳青霉烯类抗生素是一类抗菌谱广、抗菌活性强的β-内酰胺类抗生素。由于内酰胺酶的稳定性和低毒性，碳青霉烯类抗生素已成为治疗严重细菌感染的最重要的抗菌药物之一[1]，其他抗菌药物包括亚胺培南、帕尼培南、美罗培南等，而且很多碳青霉烯类抗生素衍生物还处于研发阶段[2]。碳青霉烯类抗生素对需氧菌和厌氧菌有很强的抗菌作用，几乎杀死革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，抗菌谱几乎覆盖临床所有常见的致病菌[3]。然而，随着该类抗生素在临床治疗中的大剂量和不合理应用，碳青霉烯类耐药病原菌已普遍存在，这给临床用药带来很大困扰。产生碳青霉烯酶被认为是病原菌对碳青霉烯类抗生素耐药的最重要机制。基于此，本文综述了碳青霉烯及其基因型的现状及其进展，现报道如下。

1 碳青霉烯酶的分类

碳青霉烯酶按照Ambler分子分类结构分为 A、B、D三类[4]：A类为丝氨酸蛋白酶，基因型为GES、KPC、IMI/NMC-A、SME、SHA-38和SFC-1，共6种[5]；B类为金属酶，分为IMP、VIM、GIM、SPM、SIM、NDM-1基因型；D类为OXA酶，由blaOXA等位基因编码。A、B和D均可引起质粒或染色体介导的耐药性水平或垂直扩散，从而导致耐药菌株的传播。

1.1 A类酶碳青霉烯酶 碳青霉烯是1980年偶然发现的一种酶，自1996年美国首次发现碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌以来，出现了多种耐药菌株[6]。A类酶共6种，分别为：KPC、GES、SME、IMI/NMC-A、SHA-38和 SFC-1。KPC和GES通常位于质粒上，而IIMI/NMC-A和SME在染色体上很常见，其他类型则位于质粒和染色体上。上述6组酶在在水解碳氢酶烯类抗生素的活性上存在较大差异。

①KPC酶：KPC酶是A类碳青霉烯酶中最常见的酶型，分为多个基因型。到目前为止，已发现22种KPC亚型[7]，其中最为普遍和流行的是KPC-2型和KPC-3型。KPC-2甚至能够水解克拉维酸、舒巴坦和他唑巴坦等几种常用的β-内酰胺酶抑制剂，其编码基因多由质粒介导，且能够在不同病原菌（特别是肠杆菌）间广泛传播。KPC-2基因不仅存在于碳青霉烯类耐药细菌中，而且与超广谱β-内酰胺酶基因存在于同一细菌和质粒中，导致对包括碳青霉烯类抗生素在内的β-内酰胺酶普遍耐药。自2007年国内发现首例产KPC-2酶的肺炎克雷伯菌以来，在肺炎克雷伯菌中发现了新的突变类型[8]。KPC-3型在西方国家流行，例如意大利曾多次爆发产KPC-3酶的肺炎克雷伯菌[9]。

②GES酶：GES酶于2000年首次被发现，以前认为GES酶水解碳青霉烯的能力非常低，可被碳青霉烯类抗菌药物亚胺培南抑制。但是GES酶的独特之处是，通过单点变异可以将其水解谱扩展到碳青霉烯类。blaGES基因容易发生突变，目前已确定为40个亚型。GES酶水解谱也不断扩大，从原先的超广谱β-内酰胺酶逐渐进化为碳青霉烯酶[10]，GES酶最初被认为是ESBL，但在目前已知的24种酶中，GES-2、-4、-5、-6、-11、-14和-18实际上是碳青霉烯酶[11]。在世界范围内已检测到肠杆菌科GES-4、-5、-6是GES酶，并具有碳青霉烯酶活性。

③SME/IMI/NMC-A 3组酶：SME/IMI/NMC-A 3组酶可广泛水解底物，包括青霉素、部分头孢菌素、氮曲南和碳青霉烯类等。在粘质沙雷菌中发现SME酶，3种变体均由染色体编码[12]。1982年在英国的两个粘质沙雷菌中首次检测到SME-1酶，变种SME-2和SME-3在北美已被报道[13]。blaSME基因在粘质沙雷菌中似乎并不普遍，这些基因更有可能只存在于该物种的某亚种序列中。IMI酶和NMC-A酶形成2个亚群，NMC-A与IMI-1的氨基酸一致性高达97%，此两者与SME-l的氨基酸一致性约为70%。1996年最先在北美的阴沟肠杆菌中发现IMI酶[14]，IMI碳青霉烯酶较罕见，迄今为止只报道了6个变种,其中IMI-1到IMI-6，以肠杆菌属居多。blaIMI-1基因位于染色体上，YU等[15]在我国阴沟肠杆菌中提取的肠杆菌质粒上发现了一种点突变衍生物blaIMI-2。blaIMI基因的表达由blaIMI-r基因编码的LysR转录子调控，该调控子与blaIMI相邻。1990年临床分离的阴沟肠杆菌中发现的NMC-A酶，在分离出该菌株之前，病人接受过亚胺培南治疗。NMC-A酶由染色体编码，携带blaNMC-A基因的I临床菌株均含有一个邻近的nmc-R基因，NmcR调节子影响连接的bla基因，与SmsR调节子和AmpD一样，在NMC-A酶表达的调节中起重要作用[16]。该酶与IMI-1和IMI-2的区别在于有8个氨基酸被取代，并具有类似IMI型酶的Lys-R调节剂。

④SFC-1酶：SFC-1酶最先从S.fonticola中鉴定出来其基因编码为染色体编码，SFC-1在S. fonticola并不普遍。迄今为止，它只从葡萄牙的一个S.fonticola环境隔离物中分离出来。SFC-1与其他A类碳青霉烯酶相关，特别是与来自 K.pneumoniae的 KPC-2(64% 同源 )、NmcA(60%)、IMI-1(60%)和SME-1(59%)。在blaSFC-1基因上游未发现推测的Lys-R型调控基因，而在blaNmcA、blaSME-1和blaIMI-1基因上游则存在这样的调控基因[17]。

⑤SHV-38酶：SHV-38酶能水解广谱头孢菌素、头孢噻肟或头孢他啶，比氨苄青霉素的水解率高10%，第1个具有亚胺培南水解活性的SHV-38酶来自2001年法国巴黎临床分离的肺炎克雷伯菌，其基因为染色体编码。与广谱的、自然存在的β-内酰胺酶SHV-1相比，其在146位点发生了缬氨酸（Valine）替换丙氨酸的变异。2011年，TOLLENTINO等[18]在巴西发现了另1株产生SHV-38的肺炎克雷伯菌临床分离株。

1.2 B类酶碳青霉烯酶（MBLs） 目前发现的所有金属酶均含有锌离子活性中心。此类酶具有水解碳青霉烯类抗生素的能力，其活性不受克拉维酸、舒巴坦等酶抑制剂的影响但易受乙二胺四乙酸（EDTA）和其他二价阳离子的抑制。最常见[19]的MBLs为NDM、VIM和IMP。

①VIM酶：VIM酶最早于1997年在意大利的一株耐碳青霉烯的铜绿假单胞菌临床分离株中被发现。到目前为止[20]，已报道了40多种变种，此类酶已经成为世界上最流行的质粒介导的MBLs之一。VIM酶主要由铜绿假单孢菌产生，其次是大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和肠杆菌科的阴沟杆菌。携带blaVIM的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的传播主要是多克隆的，在欧洲、亚洲和美洲的许多国家已经报道了携带这些酶的分离株的零星发生或引起重大暴发。2008年首次在1株肺炎克雷伯菌中检测到NDM，该菌株导致1名印度裔瑞典患者的尿路感染[21]。自那以后NDM迅速传播已在多个国家被发现，主要见于肠杆菌科,特别是大肠杆菌和肺炎克雷伯菌中，不动杆菌属中也有少量发现。NDM是blaNDM-1基因的产物，在过去的几年里，通过改变1个或2个不同位置的残基，已经进化出17个新的NDM-1变种，携带此类基因的病原菌的增多对医生治疗感染病人提出巨大挑战。目前[22]，产NDM的CRE在全球均有报道。我国报道了NDM-1产生的碳青霉烯耐药阴沟肠杆菌在河南省的高发病率，在2011年6月至2013年5月期间收集的11株不重复的耐碳青霉烯类阴沟肠杆菌中，有8株（72.7%）被鉴定为NDM-1阳性，虽暂未形成大规模流行，但仍需警惕[23]。

②IMP酶：1988年，Osano等首先在日本分离的黏质沙雷菌检出IMP-1，编码基因定位于染色体上，IMP主要分布在我国东部沿海地区和日本。目前[24]，blaIMP已经在世界范围内传播开来，共发现了40多种变体。与blaVIM一样，blaIMP被发现为整合在Ⅰ类整合子中的基因盒，除了第Ⅰ类整合子外，在第3类整合子上也偶有发现blaIMP基因盒。这些整合子通常位于转座子和偶联质粒中，使其能够水平传播。

1.3 D类酶碳青霉烯酶（OXA酶） D类碳青霉烯酶也被定义为氧西林酶，其中大多数对包括碳青霉烯类在内的β-内酰胺类抗生素具有低水解活性，碳青霉烯类只有与其他耐药机制协同作用才能成为高水平耐药，但苯唑西林的水解活性很强。到目前为止[25]，已经发现OXA酶有400多种，OXA-48在β-内酰胺类抗生素的水解中起着重要作用。OXA型碳青霉烯酶编码基因大多存在于I型整合子和转座子中，或位于质粒和染色体上，这导致OXA型碳青霉烯酶在各种菌株中广泛传播。大多数OXA型酶只在某些地区小规模流行，由于它们容易变异，新的类型出现得更快，所以要注意加强防范。D类碳青霉烯酶最早发现于鲍曼不动杆菌，是鲍曼不动杆菌中最重要的酶。鲍曼不动杆菌根据氨基酸同源性可分为8组，其中以OXA-23、OXA-24、OXA-51和OXA-58基因为主。OXA-51基因存在于鲍曼不动杆菌染色体上的固有基因。OXA-23基因是介导中国鲍曼不动杆菌耐药性的主要基因[26]。

2 总结与展望

碳青霉烯类抗生素作为临床抗感染治疗的一线药物，正面临着严峻的挑战。碳青霉烯类细菌是对碳青霉烯类抗生素耐药的主要微生物。碳青霉烯类耐药菌可携带多种碳青霉烯类基因，并可同时携带ESBLs酶基因和整合酶基因，从而对碳青霉烯类和多种β-内酰胺酶产生耐药性。同时，耐药基因可以在不同的菌株、菌种和菌属间传递，造成耐药性的传播。医院内交叉感染也是其对多种抗生素产生耐药性的主要原因之一。

碳青霉烯类抗生素作为临床抗感染治疗的一线药物正面临着严峻的考验。产碳青霉烯酶细菌是耐碳青霉烯类抗生素的主要微生物，耐碳青霉烯类抗生素的细菌因能携带多个碳青霉烯酶基因，并且可同时携带ESBLs酶基因和整合酶基因等，造成对碳青霉烯酶及多种β-内酰胺酶的耐药；同时，耐药基因可以在不同菌株、菌种和菌属间传递，造成耐药性的传播，医院内交叉感染也是造成其对多种抗生素耐药的主要原因之一[27]。近年来临床上多重耐药菌的检出不断增多，临床医师更应谨慎、合理地使用抗菌药物，选择敏感药物并密切关注耐药情况的变化，从而采取有效的控制措施，防止耐药基因蔓延，以便更好地控制细菌感染，战胜这些“超级细菌”。