銅綠假單胞菌感染和耐藥機制

銅綠假單胞菌感染和耐藥機制[摘要]銅綠假單胞菌是醫(yī)院內(nèi)感染的重要的致病菌之一，它可造成較高的發(fā)病率和病死率，銅綠假單胞菌容易出現(xiàn)耐藥性，并且容易體現(xiàn)多個毒性因素，這一切使得現(xiàn)在臨床上所用的治療辦法經(jīng)常無效，本文針對這種狀況，首先介紹銅綠假單胞菌在臨床上引發(fā)的常見的感染和疾病，另首先介紹銅綠假單胞菌的耐藥性機制，最后提出對克制銅綠假單胞菌耐藥性的藥品研究的展望。[核心詞]銅綠假單胞菌耐藥性毒性因素藥品銅綠假單胞菌是革蘭氏陰性桿菌，是條件致病菌，它對健康的機體幾乎不會引發(fā)感染，但是對免疫受損的機體能夠引發(fā)嚴重的感染，免疫受損的機體涉及囊性纖維化患者，癌癥病人，艾滋病毒感染者，嚴重燒傷病人[1]。由于傳統(tǒng)的抗生素治療，使銅綠假單胞菌對許多抗生素產(chǎn)生了嚴重的耐藥性，它能夠產(chǎn)生多個滅活酶或修飾酶,如內(nèi)酰胺酶等;菌體蛋白構(gòu)造和功效變化逃避抗菌藥品作用;膜屏障與主動排外;形成生物保護膜等[4]，來抵制抗生素的作用。這也是在臨床上很棘手的問題，使銅綠假單胞菌不僅成為難以治療的病原菌，也使其成為眾多研究細菌致病性和耐藥性的對象。首先來理解一下銅綠假單胞菌引發(fā)的常見的感染和疾病。1、銅綠假單胞菌引發(fā)的常見的感染和疾病在臨床上發(fā)現(xiàn)呼吸科和燒傷科銅綠假單胞菌感染率和檢出率較高。1.1銅綠假單胞菌有關(guān)性肺炎它涉及慢性阻塞性肺疾病(COPD)，醫(yī)院獲得性肺炎（CAP），呼吸機有關(guān)性肺炎(VAP)，氣管鏡有關(guān)性肺炎，囊性纖維變性（CF）等。慢性阻塞性肺疾病(COPD)慢性阻塞性肺疾病(COPD)是以感染為重要體現(xiàn)的疾病,由于其呼吸道防御功效下降,支氣管去除能力削弱,故能引發(fā)多個細菌的感染,銅綠假單胞菌感染是COPD病人急性加重的重要因素。銅綠假單胞菌一開始就被認為是引發(fā)慢性阻塞性肺疾病(COPD)的重要的致病菌[10]，Laura的研究證明銅綠假單胞菌引發(fā)COPD病人的慢性感染[11]。醫(yī)院獲得性肺炎（CAP）銅綠假單胞菌在社區(qū)獲得性肺炎中不常見，但在醫(yī)院獲得性肺炎（CAP）中較常見的病原菌之一[2]。CAP是COPD常見并發(fā)癥和重要死亡因素之一,近年來國內(nèi)有關(guān)COPD患者合并CAP方面的研究得到廣泛關(guān)注。同時由于社會人口的老齡化、免疫損害宿主增加、病原菌變遷和抗菌藥品耐藥率上升等因素,其致病菌的構(gòu)成和耐藥特性在不同國家、不同地區(qū)之間存在著明顯差別,并且隨著時間的推移而不停變遷[6]。呼吸機有關(guān)性肺炎(VAP)機械通氣已成為重癥監(jiān)護病房(ICU)救治呼吸衰竭患者的重要手段,隨之而來的呼吸機有關(guān)性肺炎(VAP)日益受到人們的重視。銅綠假單胞菌已成為VAP的重要致病菌,其含有多藥耐藥性,治療難度大,病死率高。由于銅綠假單胞菌在醫(yī)院環(huán)境中廣泛分布,常見于醫(yī)務(wù)人員的手、病床、桌面、呼吸機管路、多個醫(yī)用導管及醫(yī)療用品的表面等,使得機械通氣患者成為銅綠假單胞菌感染的易動人群。該菌所致的感染大多發(fā)生在免疫功效低下且伴有嚴重基礎(chǔ)疾病的患者,如高齡、COPD患者、腦外傷或腦血管意外患者,較大創(chuàng)傷對本身免疫力的削弱以及氣管插管或氣管切開、機械通氣、留置導尿等侵入性操作,均使感染的機會大大增加[5]。1.2燒燙傷后感染燒燙傷患者嚴重感染已成為影響其健康、甚至造成死亡的重要因素之一，30年來感染始終占據(jù)死亡因素的首位[12]，燒傷后的感染是一種很重要的問題，由于一旦感染上醫(yī)院獲得性的多重耐藥性細菌，將是一種很麻煩的事情。在燒傷感染細菌菌種多以革蘭陰性桿菌為主,其中以銅綠假單胞菌的檢出率最高。各地報道顯示,該菌的檢出率牢牢占據(jù)革蘭陰性桿菌的首位[13-14],成為燒傷創(chuàng)面感染常見細菌之一。銅綠假單胞菌適應(yīng)性很強，它對不少抗生素有天然耐藥性，這使得它能夠定植在燒傷部位并能夠快速增殖，而這種局部的增殖能夠造成全身的膿毒血癥，而膿毒血癥又可造成高的死亡率。[15]這些疾病在臨床上一旦出現(xiàn)非常棘手，由于銅綠假單胞菌適應(yīng)性很強，它對不少抗生素有天然耐藥性和后天獲得的多重高度耐藥性，臨床治療十分困難,一旦感染,病死率很高。2.耐藥機制銅綠假單胞菌耐藥機制相稱復雜,已知的重要有:(1)青霉素結(jié)合蛋白(PBPs)構(gòu)造和功效的變化以及與抗菌藥品親和力的下降。(2)外膜通透性減少。(3)β-內(nèi)酰胺酶的產(chǎn)生。(4)氨基糖苷類修飾酶的產(chǎn)生。(5)細胞外膜主動外排系統(tǒng)的體現(xiàn)。另外(6)銅綠假單胞菌生物膜的形成也使其對抗菌藥品不敏感[6]。2.1細胞外膜主動外排系統(tǒng)銅綠假單胞菌外排泵是由相似的操縱子所編碼的內(nèi)膜轉(zhuǎn)運體(如MexB、MexD、MexF、MexY、MexI和MexW)和MFP以及由相似的操縱子或染色體其它區(qū)域的基因所編碼的OM蛋白共同形成的一種貫穿內(nèi)外膜的通道，該通道能夠直接將靶物質(zhì)從細胞質(zhì)泵至細胞外環(huán)境。銅綠假單胞菌外排系統(tǒng)涉及MexAB-OprM型和MexCD-OprJ型，主造成菌株獲得性的對多個藥品耐藥的因素是MexAB-OprM的過分體現(xiàn)。主動外排系統(tǒng)MexAB-OprM的高體現(xiàn)對美羅培南的耐藥起重要作用，其高體現(xiàn)與調(diào)控基因mexR變異有關(guān)，MexAB-OprM高體現(xiàn)的分子機制可能與泵調(diào)節(jié)基因MexR的突變以及其它突變型有關(guān)[17]，MexAB-OprM主動外排系統(tǒng)體現(xiàn)水平的增高與PA多藥耐藥的形成親密有關(guān)[18-19]。2.2β-內(nèi)酰胺酶的產(chǎn)生,銅綠假單胞菌產(chǎn)生三種β-內(nèi)酰胺酶，涉及超廣譜β-內(nèi)酰胺酶（ESBL),誘導酶（AmpC酶）,金屬β-內(nèi)酰胺酶。其中金屬β-內(nèi)酰胺酶能夠水解亞胺培南,造成其耐藥,而亞胺培南被認為是治療銅綠假單胞菌等感染的重要武器，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的獲得性金屬β-內(nèi)酰胺酶涉及:IMP、VIM、GIM、SPM4種,其中以IMP和VIM常見,IMP-7(GenBankAF318077)其產(chǎn)生菌對美洛培南和亞胺培南高度耐藥[24]。產(chǎn)ESBLs不易被無視,國外報道銅綠假單胞菌產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶（ESBLs）的檢出類型已達150余種,其中,以O(shè)XA型增加最快,OXA-50在銅綠假單胞菌的體現(xiàn)可減少氨芐西林、替卡西林、拉氧頭孢和美洛培南的敏感性[20]。國內(nèi)徐衛(wèi)等報道在銅綠假單胞菌中,ESBLs的檢出率已高達38-23%[21-23]。有文獻報道，銅綠假單胞菌染色體固有攜帶ampC基因，但基因的體現(xiàn)受誘導劑(抗生素)調(diào)節(jié)，促使AmpC酶的產(chǎn)生，一旦去除抗生素，大多數(shù)狀況下產(chǎn)酶水平水逐步恢復到基線水平[28]。但當ampC基因自發(fā)突變可致穩(wěn)定的去阻遏體現(xiàn)而產(chǎn)生持續(xù)性的高水平酶[29]。2.3外膜通透性減少OprD2蛋白形成的特異性孔道,能夠促使碳青霉烯類抗菌藥品進入銅綠假單胞菌細胞內(nèi)部,oprD2基因的缺少或者不體現(xiàn)會造成碳青霉烯類抗菌藥品（除美羅培南外）對銅綠假單胞菌不起作用[25]。衣美英等[16]測定該院SICU分離的49株P(guān)A，其成果顯示:對碳青霉烯耐藥重要是由外膜蛋白OprD體現(xiàn)減少或缺失引發(fā)，與IMP、VIM金屬酶無關(guān)。鄒德勝等[26]通過對26株耐亞胺培南銅綠假單胞菌進行oprD2基因的PCR擴增,顯示其中有20株為膜孔蛋白oprD2基因缺失。這一成果闡明oprD2基因的缺失應(yīng)當是亞胺培南對銅綠假單胞菌不起作用的重要因素[27]。2.3氨基糖苷類修飾酶與16SrRNA甲基化酶的產(chǎn)生酶修飾是氨基糖苷類抗生素最常見的耐藥機制，經(jīng)酶修飾的抗生素與細菌16SrRNA上的A位點的結(jié)合力下降，從而造成藥品抗菌活性的喪失[31]。根據(jù)其修飾功效的不同可分為3類，即氨基糖苷磷酸轉(zhuǎn)移酶(aminoglycosidephosphotransferases，APH)、氨基糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶(Aminoglycosideacetyltransferases，AAC)和氨基糖苷類核苷轉(zhuǎn)移酶(aminoglycosidenucleotidyltransferases，ANT)[32]。銅綠假單胞菌含有編碼這3類修飾酶的基因[33]。16SrRNA甲基化酶是近年來發(fā)現(xiàn)的一種新的由質(zhì)粒介導的耐藥機制，與臨床上常見的氨基糖苷類修飾酶不同，氨基糖苷類修飾酶含有底物特異性，因此，細菌同時對多個氨基糖苷類抗生素產(chǎn)生持續(xù)耐藥比較少見，而甲基化酶修飾的是全部氨基糖苷類共同的作用位點，一旦修飾發(fā)生，現(xiàn)在使用的一切氨基糖苷類抗生素都將失去作用，并且耐藥菌的MIC往往高達512～1024mg/L。這種新的耐藥機制的出現(xiàn)，打破了以往的認識，微生物學家們驚呼“前所未有的”危險的氨基糖苷類耐藥菌株很快將在全球播散，必須引發(fā)臨床高度關(guān)注。年，日本學者Yokoyama等對1株分離自1997年的銅綠假單胞菌的研究中，發(fā)現(xiàn)其對阿貝卡星（卡那霉素的衍生物）高度耐藥，介導銅綠假單胞菌對阿貝卡星高度耐藥的是這種新的氨基糖苷類耐藥機制——16SrRNA甲基化酶，(RmtA)，并且該酶的編碼基因和超廣譜β-內(nèi)酰胺酶CTX-M-3編碼基因位于同一接合性質(zhì)粒上[30]。2.4銅綠假單胞菌生物膜的形成生物被膜是細菌為適應(yīng)自然環(huán)境而形成的，系指細菌吸附于生物材料或機體腔道表面，分泌多糖基質(zhì)、纖維蛋白、脂蛋白等，將其本身包繞其中形成的膜樣物[36]。銅綠假單胞菌為臨床產(chǎn)生細菌生物被膜有關(guān)感染最常見的致病菌,銅綠假單胞菌在體內(nèi)粘膜、多個插管、病房物表等上形成的生物膜,這與銅綠假單胞菌引發(fā)的感染,特別是肺部感染,很難被去除,經(jīng)常造成感染的重復發(fā)作有很大的關(guān)系。銅綠假單胞菌在濕潤環(huán)境下,浮游細菌可吸附于固體的表面,形成微菌落,并合成分泌大量胞外多糖基質(zhì),進而微菌落分化為由胞外多糖包裹的成熟生物膜[34]。粘液型銅綠假單胞菌，其重要成分藻酸鹽是形成生物被膜的重要基礎(chǔ)，藻酸鹽使細菌牢固粘附于肺上皮表面形成生物被膜，首先可抵抗單核—巨噬細胞的吞噬作用，另首先可抵制抗菌藥品的殺滅作用[37]。而非粘液型的銅綠假單胞菌在滲入壓高、氯化鈉較多、磷酸鹽少的條件下，容易轉(zhuǎn)化為粘液型[38]。銅綠假單胞菌生物被膜的形成是難治性肺部感染的重要因素，死后肺組織的電鏡分析亦顯示銅綠假單胞菌在患者的肺部形成微菌落[39]。3.藥品研究3.1克制銅綠假單胞菌主動外排銅綠假單胞菌廣泛耐藥的重要因素是主動外排系統(tǒng)，而解決其廣泛耐藥的重要方法是克制主動外排．但是許多在體外活性良好的外排泵克制劑由于安全性、特異性、機制明確性等諸多問題并未能像β-內(nèi)酰胺酶克制劑在臨床廣泛應(yīng)用．但我們相信通過對多個克制外排辦法的研究，特別是對基因靶向干預治療研究的不停進一步和發(fā)展，能夠在很快的將來較好地解決多藥外排介導的抗菌藥品耐藥問題，并獲得較為抱負的效果。3.2干擾QS系統(tǒng)QS(quorumsensing)是含有進化優(yōu)勢的BF信息傳導機制,代表了細菌為控制能感應(yīng)本身密度的特殊基因而專用的一種信息交流系統(tǒng),干擾和破壞QS是從基因分子水平防治生物膜的研究熱點。研究發(fā)現(xiàn)銅綠假單胞菌生物被膜QS的克制物能夠克制生物被膜的形成。Kim等[35]通過模擬呋喃酮的構(gòu)造,合成一系列的5-氧-2,5二氫呋喃-3-烴基類似物,這些合成物克制QS的程度從20%～90%不等,進而克制生物被膜的形成。實驗前模型中預測的QS受體LasR與克制物之間的結(jié)合能和通過實驗得到的數(shù)據(jù)高度一致,為解釋干擾QS的機制提供了科學根據(jù)。C8-CPA(N-Octanoylcyclopentylamide)是銅綠假單胞菌PAO1信號感應(yīng)系統(tǒng)的克制物。通過合成一系列C8-CPA的構(gòu)造類似物來研究對PAO1的克制能力。研究發(fā)現(xiàn):克制能力的強弱與克制物的長度和環(huán)狀構(gòu)造親密有關(guān)。在合成的類似物中,C10-CPA(N-Decanoylcyclopentylamide)克制了毒力因子如彈性酶、綠膿菌素和鼠李糖脂的產(chǎn)物,是PAO1生物被膜的最強克制物[8]。3.3從中藥中篩選銅綠假單胞菌生物膜的克制物孔晉亮等[40]通過實驗證明了黃芩水煎液對銅綠假單胞菌黏附力及生物膜形成都有克制作用,作用效果與紅霉素原則粉劑相稱。陳一強[41]等的研究成果表明金銀花能破壞銅綠假單胞菌的早期和成熟生物膜,對頭孢他啶去除生物膜內(nèi)銅綠假單胞菌有增效作用。與紅霉素對照,對于早期生物膜,兩者的破壞效果及增效作用相仿;而對于成熟BF則金銀花的破壞效果及增效作用比紅霉素更為明顯?？偠灾覀兡軌驈闹兴幹腥ふ抑委熴~綠假單胞菌引發(fā)的感染的，有效成分，由于中藥在治療某些呼吸系統(tǒng)的疾病和燒傷病人的感染中，有它獨到的療效，能夠去研究它對銅綠假單胞菌主動外排系統(tǒng)的基因靶向干預、干擾QS系統(tǒng)和對生物膜的克制等方面，能夠搞清中藥治療銅綠假單胞菌引發(fā)的感染性疾病的作用機理，也可在其中找到有效成分來治療銅綠假單胞菌引發(fā)的感染性疾病。參考文獻：[1]KENDRAP.RUMBAUGH,JOHNA.GRISWOLD,andBARBARAH.IGLEWSKI.1999.ContributionofQuorumSensingtotheVirulenceofPseudomonasaeruginosainBurnWoundInfections.INFECTIONANDIMMUNITY,Nov.1999,p.5854-5862.[2]FujitaniS,SunHY,YuVL,PneumoniaduetoPseudomonasaeruginosa:partI:epidemiology,clinicaldiagnosis,andsource.Chest.Apr;139(4):909-19.[3]THOMASB.MAY,DEANSHINABARGER,ROMILLAMAHARAJ.AlginateSynthesisbyPseudomonasaeruginosa:aKeyPathogenicFactorinChronicPulmonaryInfectionsofCysticFibrosisPatients.CLINICALMICROBIOLOGYREVIEWS,Apr.1991,p.191-206.[4]嚴蓮珍,仲華,劉祖德.呼吸道感染患者銅綠假單胞菌耐藥性分析[J].中華醫(yī)院感染學雜志,,21(3):583-584.[5]王昌明,王晨,何宗廣.銅綠假單胞菌致呼吸機有關(guān)性肺炎的臨床分析[J].中華醫(yī)院感染學雜志,21(2):376-378.[6]黃大明.慢性阻塞性肺疾病并發(fā)社區(qū)獲得性肺炎病原菌分布及耐藥性分析[J]中華醫(yī)院感染學雜志,2(13):1968-1970.[7]胡家安,高蓓莉,鄧偉吾,等.醫(yī)院內(nèi)獲得性支氣管肺感染病原菌及耐藥率調(diào)查[J].上海第二醫(yī)科大學學報,1998,18(1):87.[8]VisengarwalaF,IyerNG,HamillRJ,etal.Ventilatorassociatedpneumonia[J].IntJAntimicrobAgents,1998,10(3):191.[9]陳欽,郭海英,周新,等.呼吸機有關(guān)肺炎病原菌的調(diào)查研究.中華醫(yī)院感染學雜志,,10(2):102～103.[10]MurphyTF,BrauerAL,EschbergerK,etal.Pseudomonasaeruginosainchronicobstructivepulmonarydisease.AmJRespirCritCareMed;177:853-60.[11]LauraMartínez-Solano1,MaríaD，Macia,AliciaFajardo，etal.ChronicPseudomonasaeruginosaInfectioninChronicObstructivePulmonaryDisease.ClinInfectDis.Dec15;47(12):1526-33.[12]肖光夏.醫(yī)院內(nèi)感染的兩個問題[J].中華燒傷雜志,,20(1):4-5.[13]戴志,凌楊,旭崔嵐.燒傷病區(qū)抗菌藥品的應(yīng)用狀況及細菌耐藥性分析[J].中國藥師,,11(10):1233.[14]張志民,夏成德,薛繼東.燒傷病房細菌學調(diào)查及耐藥性分析[J].中國當代藥品應(yīng)用,,16(3):109.[15]BarneaY,CarmeliY,GurE,etal.EfficacyofantibodiesagainsttheN-terminalofPseudomonasaeruginosaflagellinfortreatinginfectionsinamurineburnwoundmodel.PlastReconstrSurg.Jun;117(7):2284-91.[16]衣美英，王鵬遠，黃漢菊，等．外排泵高體現(xiàn)和外膜蛋白缺失在銅綠假單胞菌對碳青霉烯耐藥中的作用［J］．中華醫(yī)學雜志，，86(7):457-461．[17]李良，張煥萍，王秋婷．銅綠假單胞菌主動外排系統(tǒng)MexAB-OprM與碳青霉烯類藥品耐藥的關(guān)系研究［J］．中國衛(wèi)生檢查雜志，，20(2):243-245．[18]呂火祥，孫明洪，劉建棟，等．協(xié)同法過篩檢測金屬β2內(nèi)酰胺酶的研究［J］．中華檢查醫(yī)學雜志，，25(4):232-235．[19]YongD，LeeK，YumJH，etal．Imipenem-EDTADiskMethodforDifferentiationofMetallo-beta-Lactamase-ProducingClinicalIsolatesofPseudomonasspp．a(chǎn)ndAcinetobacterspp［J］．JClinMicrobiol，，40(10):3798-3801．[20]GirlichD,NaasT,NordmannP.BiochemicalcharacterizationofthenaturallyoccurringoxacillinaseOXA-50ofPseudomonasaeruginosa.AntimicrobAgentsChemother,,48(6):2043-2048.[21]PelegAY,FranklinC,WaltersLJ,etal.OXA58andMP4carbapenemhydrolyzingbetalactamasesinanAcinetobacterjuniibloodcultureisolatefromAustralia[J].AntimicrobAgentsChemother,,50(1):399.[22]白海霞,鄭偉.耐亞胺培南銅綠假單胞菌耐藥性分析[J].中國實驗診療學,,12(11):1463.[23]徐衛(wèi),金嶸,石娜,等.醫(yī)院感染銅綠假單胞菌產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶基因型研究[J].檢查醫(yī)學,,24(1):10.[24]趙廷坤周岐新凌保東.銅綠假單胞菌產(chǎn)β-內(nèi)酰胺酶研究進展.國際流行病學傳染病學雜志，33（3）：211-214.[25]LivermoreDM.OfPseudomonas,porins,pumpsandcarbapenems[J].JAntimicrobChemother,,47(3):247-250.[26]鄒德勝,吳志明.208株銅綠假單胞菌的耐藥性分析及oprD2基因的檢測.中華醫(yī)院感染學雜志,21(4):229-230.[27]趙書平,姜梅杰,郝巧光.耐亞胺培南銅綠假單胞菌有關(guān)耐藥基因的研究[J].浙江檢查醫(yī)學,,6(2):42-44.[28]GatesML,SandersCC,GoeringRV,etal.EvidenceformultipleformsoftypeIchromosomalβ-lactamaseinPseudomonasaeruginosa[J].Antimicrob.AgentsChemother,1986,30(2):453-457.[29]BaggeN,CiofuO,HentzerM,etal.Constitutivehighexpressionofchromosomalβ-lactamaseinPseudomonasaeruginosacausedbyanewinsertionsequence(IS1669)locatedinampD[J].AntimicrobAgentsChemother,,46(11):3406-3