耐甲氧西林金葡菌耐药分子机制及其研究进展

耐甲氧西林金葡菌耐药分子机制及其研究进展

周仁芳

周仁芳

（中国人民解放军第86医院检验病理科243000）

【摘要】耐甲氧西林金葡菌已成为医院及社区感染的主要病原菌之一。经重组获得的mec复合体是其产生耐药性的结构基础，并通过产生PBP2a表达抗药性，而金葡菌耐药性表达及表达程度还受其内在的固有基因影响，本文重点讨论MRSA耐B内酰胺类抗生素的分子机制，包括其耐药决定性基因mecA基因，以及fem基因等其他辅助基因进行重点介绍。

【关键词】耐甲氧西林金葡菌耐药机制进展

【中图分类号】R943【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2014）08-0295-02

自20世纪60年代在欧美首先发现了耐甲氧西林金葡菌以来，MRsA在临床分离的葡萄球菌中的比例不断增加，其已成为医院感染的重要病原菌，现已证实MRSA与其他葡萄球菌具有相同的毒力和致病力[1]并常见其流行、暴发的报道。重症监护病房(ICU)是引起院内MRSA感染的主要场所。此外社区获得性MRsA亦逐年增多。由于MRsA往往具有多药耐药(multidmgresistance，MDR)特征，甚至出现了对万古霉素耐药的临床分离株(VRSA)，当氟喹诺酮类药物应用于临床后，迅速出现的金葡菌耐药株中MRSA的比例已超过90％。[2]

1、耐药机制

MRSA的耐药性主要有2个来源：其一，是由于质粒介导的DNA转导、转化、或其他类型的DNA插入，导致p-内酰胺酶产生，属获得性耐药；其二，是由染色体DNA介导的固有耐药性，主要是mec基因编码的PBP2a的耐药性。近年来对该方面研究较多。

1.1PBP2a

由染色体介导(主要是对p-内酰胺类的耐药性)，MRSA特有的mecA基因大量表达一种特殊的青霉素结合蛋白PBP2a，PBP2a与B一内酰胺类抗生素结合活性很低，可替代高亲和力的PBPs行使功能，是引起B一内酰胺类抗生素耐药的主要原因。

1.1.1青霉素结合蛋白

细菌细胞壁的主要化学成分是肽聚糖，又称粘肽。在粘肽合成过程中，相邻糖链中的两个五肽侧链的交联由转肽酶催化。青霉素结合蛋白(penicillinbindingproteins，PBPs)是一种源于丝氨酸蛋白酶的膜结合转肽酶，催化肽聚糖中五甘氨酸间桥一端肽链上的L-赖氨酸与另一端肽链上的D-丙氨酸一D．丙氨酸的连接，使胞壁酸短链间相互连接，从而构成细胞壁肽聚糖的多层网状立体结构。正常的金葡菌产5种PBP，即PBPl，PBP2，PBP3，PBP37和PBP4，其相对分子质量分别为87，80，75，70和1ku。[3]p-内酰胺类抗生素通过与PBP结合，使PBP丧失催化活性，抑制细胞壁的合成，阻止细菌复制。MRSA则产生一种新的PBP，称PBP2a或PBP2(相对分子质量为78KU，与p-内酰胺类抗生素亲和力极低。有证据表明，PBPl、2、3对葡萄球菌的存活具有至关重要的作用，同时通过对PBP4缺陷变异的金葡菌的交联率可以推断，PBP4负责二级交联过程。[4]同一菌株在不同培养条件下及不同菌株在同一培养条件下其耐药性存在很大差异。以细菌的表型进行分类，MRSA可分为同质性、异质性和温度敏感异质性3种。大部分菌株在常规培养条件下表现为异质性，即对低浓度B一内酰胺类抗生素(如1～5ug/mL的甲氧西林)敏感，只有小部分可以在高浓度抗生素(10～50ug／mL)环境中生长。在同质性菌株中，几乎所有的细菌均可在甲氧西林浓度高达100ug／mL的环境中生长。离子浓度(如NaCl或EDTA)、温度、pH及培养时间的变化可以改变MRSA的表型。几乎所有的异质性菌株都表达PBP2a.虽然还有其他机制存在，但MRSA对B-内酰胺类抗生素耐药的主要机制是由于过度表达一种外源性的低亲和力的青霉素结合蛋白PBP2a(PBP2’)[5]。PBP2a对B-内酰胺类抗生素亲和力低，当有适当浓度抗生素存在时，正常PBPs失活，PBP2a替代正常PBPs继续催化粘肽的交联，表现出对甲氧西林的抗性。

1.1.2mecA基因及其调控系统

mecA位于染色体DNA上并可在转座子的作用下插入到其他染色体或质粒中，使耐药性得以传播。Mec片段中包含青霉素结合蛋白PBP2a的结构基因mecA,控制mecA基因转录的调节因子mecI和mecR1以及20-45KB的mec相关DNA。[6]

mec编码产生PBP2a，其来源目前尚不清楚，D4基因的序列分析表明，此基因可能是由p一内酰胺酶基因的调控基因和一种不明来源的编码PBP的结构基因融合而成。不同菌株的mec片段插入在SmaI—G段上编码A蛋白的spa基因和腺嘌呤生物合成必须的purA基因之间。

mecA的转录受两套调控系统控制，即mecA调控系统和B-内酰胺酶调控系统。在高度耐药株中，mecA操纵基因的mecR1部分缺失，PBP2a的产生不受操纵基因控制，但菌株质粒的B-内酰胺酶调控蛋白BlaI、BlaRl的作用与MecI、MecRl的作用完全相同，mecA受BlaI和BlaRl的调节产生可诱导的耐药。

2、辅助基因

Fem因子包括FemA、FemB、FemC、FemD、FemE、FemF。这些基因是完整表达耐药性所必需的，femB基因存在于所有金葡菌中，包括耐药菌和敏感菌。femC基因的功能尚不清楚，femA与合成五肽苷氨酸交联桥的2,3位苷氨酸有关，femA突变后，2，3位甘氨酸将不会整合到交联桥中。femB与合成4，5位甘氨酸有关，该基因的突变将导致只有3个甘氨酸的交联。裂解femA和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，甚至达到敏感水平，但PBP2a及其他PBP的产生不受影响，再次补充这2个基因，细菌又恢复其耐药特性。裂解femc会影响其下游的谷氨酰胺合成酶编码基因gJnA，使谷氨酰胺合成酶减少，导致肽链主干中谷氨酸C羧基酰胺化受阻，影响细菌细胞壁的结构完整，降低细菌的耐药水平。femD失活可导致二糖五肽单体从细菌细胞壁消失，破坏正常的细胞壁结构，使耐药性降低。femF失活会导致在肽聚糖前体物质合成过程中赖氨酸添加受阻。

3、其他耐药机制

很多因素都可使金葡菌对甲氧西林的耐药水平产生影响，比如辅助基因调节子(accessorygeneregulator，agr)和葡萄球菌辅助调节因子(staphylococcalaccessor)，regulator，sar)与葡萄球菌毒力因子和蛋白的表达有关，在异质性耐药菌株中这两者失活会导致高度耐药细菌减少，但整体耐药水平不受影响，同时PBPl和PBP3的数量减少，但PBP2a的产生不受影响，这也提示PBPl和PBP3在耐药性的表达中可能也有一定的作用。

4、结语

综上所述，随着抗生素在临床的大量使用，前不论是HA—MRSA还是CA—MRSA，其出现越来越频繁，致病力越来越强，耐药性问题也越来越严峻，重视MRSA的流行情况，尤其是越来越多的CA．MRSA报道，以及万古霉素耐药株的出现。未来研究方向是进一步阐明MRSA耐药机制，开发新的抗生素，如通过进一步生物学研究和结构修饰，有可能发展为新的抗生素，最终结合临床应用控制MRSA感染。

参考文献

[1]AsensioA,GuerreroA,QuderedaC.etal.Colonizationandinfectionwithmethicillin-resistantStaphylococcus.aureus,associatedfactorsanderadication[J].InfectcontrolHosp.Epidemiol,1996,17(1):20.

[2]BlumbergHM,RimlandD,CarrollDJ,et,al.Rapiddevelopmentofciprofloxacinresistanceinmethicillin-suscetpibleandresisitanceStaphylococcusaurreus[J]J,Infect.Dis,1991.163:1279.

[3]chambersHF.Methicillinresistantinstaphylococci;molecularandbiochemicalbasisandclinicalimplications[J]ClinMicrobiolRev.1997,10(4):781.

[4]HenzeV,sidowT,WeckeJ,etalInflenceoffemBonmethicillinresistanceandpeptidoglycan.metabolisminStaphylococcusauerus[J]JBacteriol,1993.175:1612.

[5]PinhoMC,FilipeSR.LencastreHD,etal,Complemetationoftheessentialpeptidoglycan.transpetidase.functionofpenicillinbindingproten2(PBP2)bythedrugresistanceproteinPBP2AinStaphylococcusaureus[J]J,Bacteriol2001,183(22):6525.

[6]ClarkRB,ImipenemresistanceamongAcinetobacterbaumaniiassociationwithreducedexptessionofa33-36KD.outermembranceprotein[J],J,AntimicrobChemother,1996,38:245.