革兰阳性菌的耐药机制
革兰阳性菌的耐药机制十分复杂,且不同细菌的耐药机制也不一样,以下介绍最常见的MRSA和肠球菌的耐药机制。
(一)MRSA耐药机制
1.mecA基因与SCCmec mecA基因是MRSA特有的耐药基因,在其耐药性中起决定性作用。敏感的金黄色葡萄球菌合成4种与β-内酰胺类抗生素亲和力较高的青霉素结合蛋白(penicillin binding proteins,PBPs),包括PBP1、PBP2、PBP3、和PBP4,青霉素结合蛋白参与细胞壁的合成。β-内酰胺类抗生素可与PBPs结合阻断细菌细胞壁的合成而发挥最大抗菌效果,但是,MRSA带有mecA基因,可产生1种分子量为78kDa的青霉素结合蛋白PBP2a,它对各种β-内酰胺类抗生素的亲和力很低,但是其生理功能与其他PBPs相同。所以当高亲和力PBPs与抗生素结合而被灭活后,PBP2a能够代替其他PBPs使细胞壁合成不受影响,从而使细菌存活,成为耐药菌株。
对mecA基因的进一步研究证实,其存在于葡萄球菌盒式染色体(staphylocuccal cassette chromosome mec,SCCmec)活动元件中。SCCmec是耐药基因插入、堆积的部位,几乎所有耐药基因均位于此处。它可自发切除、重组的特性和耐药的功能使它成为耐药基因传递的运载工具,也是耐药谱不断扩大的根本原因,且该元件还携带除mecA基因外的其他抗菌药物耐药基因,造成多重耐药。目前明确了8个与流行病学相关的SCCmec型及26个亚型。SCCmec Ⅰ型、Ⅳ型、Ⅶ型通常仅对β-内酰胺抗生素耐药,而Ⅱ~Ⅲ型通常对多种抗菌药物耐药。
2.vanA基因 vanA在金黄色葡萄球菌对万古霉素的耐药性中起重要作用,它可以通过质粒自由转移。Noble等经体外实验证实肠球菌属的耐药基因vanA能通过结合转移进入金黄色葡萄球菌,结果导致了金黄色葡萄球菌对万古霉素高度耐药。Mlynarczyk等研究也发现肠球菌属通过结合转移可使受体菌(肠球菌属和金黄色葡萄球菌)获得万古霉素耐药性。美国分离的世界上第一株临床VRSA含有肠球菌万古霉素耐药基因vanA基因,且该患者有耐万古霉素肠球菌感染。Severin等也证实了vanA基因在MRSA对万古霉素的耐药性中的重要作用。
3.辅助基因 辅助基因是近年来在金黄色葡萄球菌(staphylococcus aureus,SA)染色体上发现的一组可帮助MRSA表达高水平耐药性的正常基因点,即fem基因。fem基因是独立于mecA基因的新基因,研究发现fem基因与MRSA耐药性的表达有关。现已确定的fem基因有4种,femA、femB、femC、femD,这些基因一起参与MRSA耐药性的表达;而裂解femA、femB基因,可干扰细胞壁的合成与更新,使交联减少,出现自溶,从而降低耐药水平,甚至达到致敏感水平。
4.主动外排系统 细菌的主动外排系统是细菌耐药的重要机制之一。当长时间受到环境中底物诱导时,系统的基因被激活,表达增加,外排药物的功能大大增强,因此,表现出耐药性。MRSA对多种药物存在耐药性,主动外排系统在其中发挥了作用。存在于金黄色葡萄球菌细胞膜上的多药泵出蛋白有3种,QacA、NorA、Smr。Noguchi等认为QacA是MRSA中很重要的一种多药泵出蛋白。多药泵出蛋白属于质子驱动蛋白,即不是依赖于三磷腺苷水解释放能量,而是通过细胞膜两侧H+电化学梯度进行物质交换,通常是一个反转过程,即H+从胞外到胞内,而胞内有害物质如染料、抗菌药物从胞内流向胞外。Kristiansen等的实验,也证明了主动外排系统在MRSA耐药性中的作用。
5.其他 另外,葡萄球菌属细菌可通过基因突变,致DNA旋转酶靶位改变或减少外膜蛋白,从而减少药物积累而引起耐药。对克林霉素和红霉素的耐药均由核糖体RNA甲基化酶修饰所致。
(二)肠球菌的耐药机制
肠球菌的耐药机制更加复杂,对不同类别的抗生素产生的耐药机制也不同。
(1)对β-内酰胺类抗生素的耐药机制是低亲和力的青霉素结合蛋白过度产生及此蛋白对青霉素结合力的减弱。青霉素结合蛋白是位于细菌细胞膜上的蛋白质,具有酶的活性,参与细菌细胞壁肽聚糖的合成,同时也是β-内酰胺类抗生素的作用靶位。低亲和力的青霉素结合蛋白能够代替其他青霉素结合蛋白使细胞壁合成不受影响,从而使细菌存活,成为耐药菌株。
(2)肠球菌对氨基糖苷类耐药是由于产生的氨基糖苷修饰酶所致,氨基糖苷修饰酶分成乙酰转移酶、磷酸转移酶、核苷转移酶3类,不同的氨基糖苷修饰酶作用于相应的氨基糖苷药物使之失去活性,从而消除了氨基糖苷和作用于细胞壁的抗生素的协同作用。
(3)对万古霉素的耐药机制:其作用靶位是N-乙酰胞壁酰五肽侧链末端的D-丙氨酰-D-丙氨酸。当二者结合后可抑制转肽酶和羧肽酶的作用,阻断四肽或五肽侧链的形成或交联,从而阻止细胞壁合成导致细菌死亡。耐万古霉素的肠球菌细胞壁肽糖的前体末端改变为D-丙氨酰-D-乳酸盐,致万古霉素不能与之结合,因此不能抑制其细胞壁的合成。
(4)肠球菌对氟喹诺酮类抗菌药的耐药机制主要涉及两个方面,药物靶位-拓扑异构酶Ⅱ的改变和药物的主动外排。