初探肺炎鏈球菌感染及耐藥機(jī)制

1、初探肺炎鏈球菌感染及耐藥機(jī)制肺炎鏈球菌存在于人的喉部和鼻子的后部,大約40%的人平時(shí)就攜帶這種病菌,能引發(fā)肺炎、菌血癥和腦膜炎,對(duì)人類的健康構(gòu)成了一定的威脅,每年導(dǎo)致300萬(wàn)兒童死亡。更為嚴(yán)重的是,在過(guò)去用青霉素就可以殺死的肺炎鏈球菌,現(xiàn)在抵抗抗生素的能力越來(lái)越強(qiáng)?？茖W(xué)家則希望通過(guò)對(duì)肺炎鏈球菌的基因測(cè)序,更好地認(rèn)識(shí)這種細(xì)菌并開(kāi)發(fā)出新的抗生素。近年來(lái)肺炎鏈球菌對(duì)抗生素耐藥性呈上升趨勢(shì),并已出現(xiàn)多重耐藥菌株,是臨床感染控制中非常棘手的難題。 1耐藥性的流行概況 在美國(guó),上世紀(jì)80年代肺炎鏈球菌總的青霉素耐藥率不到5%,而且均為低水平耐藥(中介),到90年代初,總的青霉素耐藥率迅速上升到17%,目前

2、已經(jīng)超過(guò)30%。Gordon等在1997年-2001年研究表明肺炎鏈球菌中耐青霉素的肺炎鏈球菌(PRSP)檢出率為16.7%,對(duì)復(fù)方磺胺甲唑的耐藥率(R%)是25.0%。1997年-2000年,我國(guó)文獻(xiàn)報(bào)道的肺炎鏈球菌耐藥率(R+I)還僅在8.8%22.5%之間,但在最近的調(diào)查中,肺炎鏈球菌對(duì)青霉素的耐藥率(R+I)已高達(dá)42.7%,顯示出快速上升的勢(shì)頭。還有一些最新調(diào)查顯示,肺炎鏈球菌對(duì)紅霉素的耐藥率超過(guò)了70%。目前,對(duì)青霉素耐藥的肺炎鏈球菌的數(shù)量報(bào)道不一,與地區(qū)分布有關(guān)1、2。廣譜頭孢菌素(如頭孢曲松、頭孢氨噻)已成功用于青霉素耐藥的肺炎鏈球菌引起的嚴(yán)重感染,但對(duì)這些因子的抗藥性也似乎有

3、所增加。肺炎鏈球菌已對(duì)多種抗菌藥物產(chǎn)生廣泛耐藥,包括內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、喹諾酮類、磺胺類和四環(huán)素類。肺炎鏈球菌對(duì)抗生素的耐藥率在逐年增長(zhǎng),其中尤以青霉素和紅霉素最受人們關(guān)注。 2影響耐藥性的相關(guān)因素 耐青霉素G肺炎鏈球菌(PRSP)分離率近年來(lái)已在世界范圍明顯上升,特別是某些歐洲國(guó)家,美國(guó)一些地區(qū),東南亞的某些國(guó)家地區(qū)PRSP已高達(dá)40%50%3、4。肺炎鏈球菌對(duì)青霉素耐藥最早發(fā)現(xiàn)于上世紀(jì)60年代中期,但引起人們注意的是在1977年在南非首次發(fā)生青霉素耐藥肺炎鏈球菌(PRSP)引起的肺炎暴發(fā)流行5。以后世界各地都不斷分離出PRSP,并使其成為耐藥陽(yáng)性球菌感染中引人注目的焦點(diǎn)之一。肺炎鏈球菌的

4、血清型與青霉素的耐藥性存在著一定關(guān)系,見(jiàn)表1。PRSP分離率上升與內(nèi)酰胺類抗生素如頭孢菌素、非內(nèi)酰胺類抗生素如大環(huán)內(nèi)酯類等抗生素大量使用及某些治療方案不合理有很大關(guān)系。非內(nèi)酰胺類抗生素大環(huán)內(nèi)酯類在臨床上治療呼吸道感染用得非常廣泛,對(duì)誘導(dǎo)肺炎鏈球菌的耐藥性也起著很大作用。如臺(tái)灣省6用大環(huán)內(nèi)酯類作為治療呼吸道感染的一線藥物導(dǎo)致所分離的PRSP對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類的耐藥率高達(dá)98%。 3耐藥性的發(fā)生機(jī)制 肺炎鏈球菌對(duì)青霉素與其他內(nèi)酰胺類抗生素的耐藥機(jī)制主要是青霉素結(jié)合蛋白PBPS的改變。肺炎鏈球菌有6個(gè)PBPS,分子量43100kDa,PBP-la與PBP-lb分子量均為100kDa,PBP-2a(89.4

5、kDa),PBP-2x(82kDa),PBP-2b(78kDa),PBP-3(43kDa)。敏感肺炎鏈球菌的PBP-la/lb、PBP-2a/2x/2b都很容易被內(nèi)酰胺類抗生素結(jié)合而殺菌。肺炎鏈球菌耐藥株P(guān)BP-la,2x,2a與2b這4個(gè)分子量較大的PBPS則與青霉素的親和力明顯降低。編碼表達(dá)這幾個(gè)PBP蛋白的基因?yàn)閜bpla,pbp2x和pbp2b,這些耐藥基因可在同種肺炎鏈球菌之間轉(zhuǎn)移,橫向轉(zhuǎn)移,如由肺炎鏈球菌把耐藥基因轉(zhuǎn)移至草綠色鏈球菌,則pbp2b基因起著重要的作用。pbpla,pbp2x這兩個(gè)基因都在體外一步法證明可把肺炎鏈球菌對(duì)超廣譜頭孢霉素的耐藥性轉(zhuǎn)移到敏感菌株中去。肺炎鏈球菌

6、對(duì)青霉素耐藥的作用過(guò)程包含了PBPS蛋白一系列變異。在一些青霉素耐藥的菌株中的PBPS的結(jié)構(gòu)有所改變,與內(nèi)酰胺類抗生素的親和性降低,從而降低了對(duì)抗生素的敏感性。另外研究發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌PBPS基因突變,可引起相對(duì)低水平耐藥(在腦膜炎的治療中可采用大劑量治療)。人們發(fā)現(xiàn)內(nèi)酰胺類抗生素對(duì)肺炎鏈球菌的作用有兩種方式:一種是以哌拉西林為代表的裂菌式;另一種是以頭孢氨噻為代表的作用方式,這些頭孢菌素類抗生素殺菌并不溶菌,這表明內(nèi)酰胺類抗生素作用于肺炎鏈球菌存在一些非PBPS相關(guān)的作用機(jī)制。目前人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些非PBPS的耐藥相關(guān)基因,但并不清楚它們的作用機(jī)制。值得注意的是,這些與非PBPS基因相關(guān)的肺炎

7、鏈球菌耐藥菌株都是感受態(tài)缺陷菌株,提示細(xì)菌的感受態(tài)可能與非PBPS途徑的耐藥機(jī)制相關(guān)。感受態(tài)是肺炎鏈球菌在其生長(zhǎng)的某一階段自然形成的一種狀態(tài)7,它可以攝取周圍裸露的DNA片段。這類似人們熟悉的在實(shí)驗(yàn)室制備大腸桿菌的感受態(tài),不同的是大腸桿菌不能自然形成此狀態(tài)。肺炎鏈球菌的感受態(tài)是由一個(gè)叫作感受態(tài)刺激因子的17肽誘導(dǎo)形成的。最早發(fā)現(xiàn)的一個(gè)非PBPS的耐藥基因是ciaH,為一種組氨酸蛋白激酶。人們發(fā)現(xiàn)在頭孢噻肟耐藥的肺炎鏈球菌中,有3株感受態(tài)缺陷菌株的PBPS沒(méi)有異常改變,而發(fā)現(xiàn)ciaH的基因有變化。轉(zhuǎn)化變異的ciaH到抗生素敏感的肺炎鏈球菌中,轉(zhuǎn)化細(xì)菌同樣程度耐藥,提示細(xì)菌的耐藥與ciaH的變異相

8、關(guān)。另一研究則發(fā)現(xiàn)在哌拉西林耐藥菌株中存在另一個(gè)基因cpoA的變化,這些菌株同樣是感受態(tài)缺陷菌株。研究發(fā)現(xiàn),與ciaH不同,cpoA的變異體仍有一定的感受態(tài)誘導(dǎo)活性,只是在較晚的時(shí)候發(fā)生。與非PBPS相關(guān)變異的耐藥基因都與細(xì)菌的感受態(tài)相關(guān),這提示肺炎鏈球菌的感受態(tài)可能影響了它們的表達(dá),但目前的研究都只限于已發(fā)現(xiàn)的兩種基因ciaH和cpoA對(duì)細(xì)菌感受態(tài)的影響,并沒(méi)有研究感受態(tài)是否影響它們的表達(dá)。對(duì)頭孢氨噻和哌拉西林的最低抑菌濃度監(jiān)測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,野生菌株與其感受態(tài)缺陷菌株的MIC值的確有差異。提示感受態(tài)缺陷可影響菌株對(duì)內(nèi)酰胺類抗生素的敏感性,但對(duì)不同菌株的影響結(jié)果卻不盡相同。目前所知的非PBP

9、S類耐藥基因只有ciaH和cpoA基因,而它們都與感受態(tài)相關(guān)。研究認(rèn)為ciaH系統(tǒng)控制了細(xì)菌脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的水平,因而該系統(tǒng)對(duì)胞壁質(zhì)的合成有一定的調(diào)控作用。一些學(xué)者認(rèn)為ciaH變異可能導(dǎo)致自身的異常激活,從而刺激細(xì)菌萜醇的合成,使脂質(zhì)聯(lián)結(jié)的胞壁質(zhì)前體水平升高,增加了胞壁質(zhì)的合成。而內(nèi)酰胺類抗生素可能誘導(dǎo)變異的ciaH活化,產(chǎn)生上述反應(yīng),以抵消細(xì)胞壁的損傷,使細(xì)菌表現(xiàn)出耐藥性增高。 美國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn),在1994年到1999年間,對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類耐藥的肺炎球菌增加了3倍。為了確定肺炎球菌對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類耐藥的機(jī)制,研究人員在亞特蘭大對(duì)4148個(gè)肺炎球菌的分離株進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)6年的血清定型和藥敏試驗(yàn)。他們指出大環(huán)內(nèi)酯

10、耐藥菌株的比例從1994年的16%增加到1999年的32%。研究人員發(fā)現(xiàn),99%的大環(huán)內(nèi)酯耐藥菌株存在mefE或核糖體甲基化酶基因ermAM。在6年的監(jiān)測(cè)中,ermAM血清型在細(xì)菌分離株出現(xiàn)率比較穩(wěn)定,而mefE的出現(xiàn)率從1994年的9%增加到1999年的26%。到1999年,紅霉素對(duì)93%帶有mefE基因離株的最大抑制濃度增大到8mg/ml。近年來(lái)的研究表明,肺炎鏈球菌對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類抗生素耐藥的機(jī)制涉及到多個(gè)方面,靶位改變由耐藥基因erm變?yōu)閙ls型耐藥。根據(jù)表達(dá)方式的不同,又分為cMLS內(nèi)在型耐藥和iMLS誘導(dǎo)型耐藥。在肺炎鏈球菌中的elm基因絕大多數(shù)為ermB基因,少數(shù)由ermTR基因介導(dǎo)

11、。我國(guó)以ermB基因介導(dǎo)的內(nèi)在型耐藥為主,對(duì)紅霉素的耐藥水平較高,對(duì)林可霉素類和鏈陽(yáng)菌素B呈交叉耐藥。我國(guó)有研究顯示,148株紅霉素耐藥株中,耐藥基因以ermB基因(79.1%)介導(dǎo)為主;耐藥表型以MLS型耐藥(89.2%)為主,其中cMLS占85.1%,iMLS占4.1%,為檢測(cè)到ermTR基因。ermB基因被轉(zhuǎn)座子攜帶,例如Tn917和Tn1545。在對(duì)日本人84株肺炎鏈球菌的研究顯示出對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類耐藥與Tn917或Tn1545攜帶的erm基因有關(guān)。大環(huán)內(nèi)酯類耐藥株被分成以下2組:第1組(19株)顯示對(duì)紅霉素有高度耐藥性,但是對(duì)羅奇達(dá)敏感,是由于Tn1545上ermB基因的存在。第2組(6

12、5株)顯示對(duì)這兩種抗生素均有高度耐藥性,也是由于Tn917上ermB基因的存在。2組中沒(méi)有一株對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類持續(xù)耐藥,第2組中菌株的ermB基因促進(jìn)區(qū)都有一個(gè)缺失并且在主要肽鍵上還有TAAA插入子。脈沖凝膠電泳和血清學(xué)分型顯示Tn1545是克隆擴(kuò)散而Tn917是水平性克隆性擴(kuò)散,得出的結(jié)論是,日本肺炎鏈球菌大環(huán)內(nèi)酯類耐藥株主要是ermB基因被Tn917攜帶擴(kuò)散。 在許多歐洲國(guó)家,肺炎鏈球菌對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類的耐藥水平已經(jīng)超過(guò)對(duì)青霉素G的耐藥水平。國(guó)外學(xué)者認(rèn)為,大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的廣泛應(yīng)用可能是紅霉素耐藥增加的主要原因,回顧過(guò)去19年大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的使用和肺炎鏈球菌的耐藥情況顯示:紅霉素的耐藥與大環(huán)內(nèi)酯

13、類藥物的消耗有很高的相關(guān)性,而紅霉素的不同耐藥機(jī)制與不同類型大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的應(yīng)用并無(wú)關(guān)聯(lián)。其不同耐藥機(jī)制的地區(qū)差異是否與多藥耐藥株的克隆傳播有關(guān),需進(jìn)一步研究。還有學(xué)者報(bào)道,攜帶ermB基因的肺炎鏈球菌對(duì)紅霉素的MIC值多大于32g/ml,而攜帶mefA基因的肺炎鏈球菌MIC值多小于32g/ml。根據(jù)不同耐藥與紅霉素耐藥高低的關(guān)系,有學(xué)者提出,克拉霉素、阿奇霉素因其特殊的藥代動(dòng)力學(xué),在組織和感染部位的濃度較高,故治療攜帶mefA基因的耐紅霉素肺炎鏈球菌應(yīng)有效,但目前尚無(wú)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)或臨床試驗(yàn)證實(shí),仍需進(jìn)一步研究。 肺炎鏈球菌對(duì)頭孢菌素耐藥的機(jī)制為:肺炎鏈球菌與其他耐藥菌(如草綠色鏈球菌和其他肺炎鏈球菌)的脫氧核糖核酸結(jié)合后導(dǎo)致西林結(jié)合蛋白編碼的基因改變,產(chǎn)生的西林結(jié)合蛋白可減弱肺炎鏈球菌對(duì)內(nèi)酰胺類抗生素的親和力耐藥。從臨床標(biāo)本中分離出的92株肺炎鏈球菌進(jìn)行了藥敏試驗(yàn),結(jié)果青霉素耐藥株占25%,頭孢菌素、四環(huán)素和氯霉素隨青霉素的MIC升高而對(duì)肺炎鏈球菌的敏感性下降。青霉素敏感株的6%、中度耐藥株的57%和高度耐藥株的100%對(duì)1種以上的其他抗生素耐藥。全部菌株對(duì)萬(wàn)古霉素敏感。12株多種抗生素耐藥者均對(duì)青霉素中度以上耐藥。所以萬(wàn)古