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        耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌耐藥機(jī)制的研究進(jìn)展

        2022-03-02 17:34:24禹明均鄭小鵬李春江
        現(xiàn)代鹽化工 2022年3期
        關(guān)鍵詞:耐藥

        禹明均,鄭小鵬,李春江

        (1.佳木斯大學(xué),黑龍江 佳木斯 154000;2.佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)院 檢驗科,黑龍江 佳木斯 154000)

        肺炎克雷伯菌(Klebsiella Pneumoniae,Kpn)是一種革蘭氏陰性機(jī)會致病菌,主要在免疫功能低下的個體中引發(fā)疾病。此外,高毒性Kpn菌株會在健康個體中引發(fā)嚴(yán)重疾病,如支氣管炎、敗血癥、腹膜炎等,而莢膜多糖(Capsule Polysacharides,CPS)作為高毒性Kpn的主要毒力決定因素,保護(hù)細(xì)胞免受免疫系統(tǒng)的殺菌活性。碳青霉烯類是治療耐多藥腸桿菌科重癥感染最有效、最可靠的β-內(nèi)酰胺類藥物。近年來,碳青霉烯類藥物被認(rèn)為是治療耐藥革蘭氏陰性細(xì)菌感染的最后一道防線。然而,隨著碳青霉烯類抗生素的廣泛應(yīng)用,出現(xiàn)了許多對碳青霉烯類抗生素耐藥的細(xì)菌,耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌(Carbapenem-Resistant Klebsiella Pneumoniae,CRKP)就是其中之一。本研究主要綜述CRKP耐藥機(jī)制的研究進(jìn)展。

        1 Kpn的耐藥現(xiàn)狀

        碳青霉烯酶的產(chǎn)生是全世界Kpn中碳青霉烯耐藥最常見的機(jī)制。分子診斷方法證實了絕大多數(shù)CRKP分離株攜帶碳青霉烯酶基因,如Kpn碳青霉烯酶或β-內(nèi)酰胺酶基因。雖然這些分離株的碳青霉烯耐藥性(Carbapenem Resistance,CR)差異很大,但碳青霉烯酶基因的存在的確預(yù)示了表型碳青霉烯的耐藥性。CR的這種變異可能由其他基因型因素驅(qū)動,這也有助于碳青霉烯酶和非碳青霉烯酶產(chǎn)生耐碳青霉烯腸桿菌(Carbapenem Resistant Enterobacteriaceae,CRE)的CR。CRKP中觀察到的一些基因型變異,如碳青霉烯酶基因拷貝數(shù)的變化或轉(zhuǎn)座子亞型和啟動子區(qū)域的變化[1],改變了碳青霉烯酶基因的表達(dá)水平,這可能解釋了碳青霉烯酶耐藥性中的某些變異。其他與碳青霉烯酶表達(dá)不相關(guān)的因素也可能增強(qiáng)碳青霉烯酶的耐藥性,包括擴(kuò)展譜β-內(nèi)酰胺酶的表達(dá),這可能與孔蛋白缺失引起的碳青霉烯膜通透性降低有關(guān)。

        2 CRKP的耐藥機(jī)制

        目前,全球CRKP感染不斷增加,臨床上有限的治療方式已不能滿足患者的需求。此外,CRKP通常會引起醫(yī)院感染,與碳青霉烯敏感的Kpn引起的感染相比,CRKP感染的患者死亡率更高,探究CRKP的耐藥機(jī)制迫在眉睫,以期為臨床指導(dǎo)用藥提供有效的理論依據(jù)。目前,已發(fā)現(xiàn)的Kpn對碳青霉烯類抗菌藥物的耐藥機(jī)制有5種:(1)產(chǎn)碳青霉烯酶,水解碳青霉烯類藥物,是產(chǎn)生耐藥性的主要機(jī)制;(2)高水平產(chǎn)頭孢菌素酶(Axiomatic Multi-Platform C,AmpC)/超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(Extended Spectrum Beta-Lactamases,ESBLs)同時合并外膜孔蛋白(Outer Membrane Protein,OMP)缺失或表達(dá)量不足;(3)高親和位點(diǎn)青霉素結(jié)合蛋白(Penicillin Binding Proteins,PBPs)的數(shù)量不足或親和力下降;(4)主動外排泵系統(tǒng);(5)形成生物被膜[2]。

        2.1 產(chǎn)碳青霉烯酶

        β-內(nèi)酰胺酶的命名最初基于氨基酸序列被定義為Ambler分類,將β-內(nèi)酰胺酶分為4個主要類別:A、B、C、D[3]。其中,包含碳青霉烯酶的A、B、D是Kpn耐碳青霉烯類抗菌藥物的主要機(jī)制。

        2.1.1 A類

        A類即非金屬β-內(nèi)酰胺酶,可以水解碳青霉烯類、頭孢菌素、青霉素和氨曲南,標(biāo)志著β-內(nèi)酰胺酶活性從主要針對青霉素和頭孢菌素的酶進(jìn)化為水解碳青霉烯類的酶。A類絲氨酸碳青霉烯酶的代表包括酶NMC-A、IMI、SME和肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(Klebsiella Pneumoniae Carbapenemase,KPC)。KPC已成為A類絲氨酸碳青霉烯酶中人們最熟悉的酶,多在腸桿菌科中被檢測到,對所有β-內(nèi)酰胺類(不包括碳青霉烯類和單內(nèi)酰胺類)有耐藥性。攜帶KPC基因的革蘭氏陰性菌可以攜帶在移動遺傳元件上,如轉(zhuǎn)座子(Tn4401b)和多種質(zhì)粒(IncFII、IncL/M和IncN)。表達(dá)KPC基因的生物體通常同時對其他類別的抗生素(如喹諾酮類和氨基糖苷類)具有耐藥性。KPC-2生產(chǎn)者引起的CRKP感染率更高,其中,ST11是最常見的譜系。

        2.1.2 B類

        B類即金屬β-內(nèi)酰胺酶(Metallo Beta Lactamases,MBL),已從不動桿菌屬和假單胞菌屬中分離出來,并逐漸與腸桿菌屬成員關(guān)聯(lián),Kpn、催產(chǎn)桿菌、大腸埃希菌和腸桿菌屬M(fèi)BL通常與維羅納整合子編碼的金屬β-內(nèi)酰胺酶、假單胞菌型和新德里MBL相關(guān)[4]。MBL通常由整合子、質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座子等移動遺傳元件表達(dá),這些因素促進(jìn)了MBL的傳播。MBL可有效地水解β-內(nèi)酰胺酶,并且不受β-內(nèi)酰胺酶抑制劑(克拉維酸、他唑巴坦)的抑制。它們也不同于KPC,因為它們含有二價鋅離子,可在活性位點(diǎn)通過協(xié)調(diào)組氨酸/胞嘧啶/天冬酰胺殘基并激活結(jié)合的水/氫氧化物分子對易裂解酰胺的羰基碳進(jìn)行親核攻擊來參與反應(yīng)。MBL已在不同國家被確定為Kpn醫(yī)院暴發(fā)的來源。

        2.1.3 D類

        D類即β-內(nèi)酰胺酶,由于其對β-內(nèi)酰胺的水解活性,最初被定性為苯唑西林酶,最近已成為臨床關(guān)注的問題。D類β-內(nèi)酰胺酶和鄰氯青霉素(Cloxacillin,OXA)變體具有可變但顯著的碳青霉烯酶活性,通常不被克拉維酸、他唑巴坦和舒巴坦抑制(例外:OXA-2和OXA-32被他唑巴坦抑制但不被舒巴坦和克拉維酸抑制,OXA-53被克拉維酸抑制)[5]。近1/3的OXA變體水解碳青霉烯類。產(chǎn)OXA-48 Kpn的最初病例表現(xiàn)為高度耐藥菌株,因為它表達(dá)其他β-內(nèi)酰胺酶(A類ESBLs SHV-2a、窄譜內(nèi)酰胺酶TEM 1和OXA-47)[6]。雖然OXA-48是已知的對亞胺培南具有最高催化效率的β-內(nèi)酰胺酶,但含有質(zhì)粒介導(dǎo)的blaOXA-4基因的生物體可有效水解青霉素,而水解碳青霉烯類的水平較低,對超廣譜頭孢菌素的活性較弱,對頭孢他啶和頭孢吡肟的水解活性較差。OXA-163的序列與OXA-48的序列相比,缺少4個氨基酸,對應(yīng)OXA-48序列的位置DBL222至DBL225。目前,已有200多種OXA酶被報道,在Kpn中,OXA-48最常見。

        2.2 高產(chǎn)AmpC/ESBLs酶合并OMP缺失或表達(dá)量不足

        2.2.1 AmpC酶

        AmpC β-內(nèi)酰胺酶是一種由革蘭氏陰性菌產(chǎn)生的酶,可以水解廣譜β-內(nèi)酰胺抗生素,包括氨基青霉素和第一、第二以及第三代頭孢菌素,常見基因型包括blaACC、blaCIT、blaEBC、blaFOX、blaMOX和blaDHAgenes 6個家族[7]。在某些物種中,AmpC β-內(nèi)酰胺酶位于染色體和質(zhì)粒上。AmpC染色體基因向質(zhì)粒轉(zhuǎn)移產(chǎn)生pAmpC,賦予其耐藥性[8]。pAmpC相關(guān)耐藥性的流行率低于ESBLs。

        2.2.2 ESBLs

        近30年,臨床腸桿菌科分離株中的ESBLs顯著增加。近20年,CTX-M取代SHV,成為全球傳播的主要ESBL類型。亞洲、拉丁美洲和歐洲的研究顯示,大腸埃希菌和克雷伯菌對頭孢菌素的耐藥性急劇增加,這在很大程度上取決于CTX-M型ESBL的傳播[9]。在我國,blaCTX-M-14被確定為最常見的ESBL基因。有人提出,blaCTX-M的質(zhì)粒是產(chǎn)生CTX-M的腸桿菌科細(xì)菌增加的主要原因。blaCTX-M基因被發(fā)現(xiàn)與某些復(fù)制子類型的質(zhì)粒相關(guān),主要包括IncF、IncI1、IncN、IncHI2、IncL/M和IncK。其中,IncF被認(rèn)為在blaCTX-M-15基因的傳播中起重要作用,而IncF、IncK和IncI1在很大程度上有助于blaCTX-M-14基因的傳播。blaCTX-M-3基因主要包含在IncL/M和IncI1質(zhì)粒中,blaCTX-M-9基因主要包含在IncHI2質(zhì)粒中。醫(yī)院感染監(jiān)測系統(tǒng)報告稱,第三代頭孢菌素的耐藥性在5年內(nèi)提高了47%,ESBL的產(chǎn)生在其中起到了至關(guān)重要的作用。

        2.2.3 OMP缺失或表達(dá)下降

        在革蘭氏陰性菌中,OMP充當(dāng)調(diào)節(jié)細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)(如鐵、營養(yǎng)素和抗生素)交換的通道。在臨床分離株中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)OMP丟失,尤其在產(chǎn)ESBLs的腸桿菌科中。Kpn包含不同的OMP(OmpK35、36和37)。有報道稱,在Kpn中,兩種主要孔蛋白OmpK35和OmpK36的缺失或表達(dá)減少與廣泛的抗菌素耐藥性有關(guān)。在產(chǎn)AmpC β-內(nèi)酰胺酶的Kpn中,OmpK35和OmpK36雙重缺失的后果是產(chǎn)生對亞胺培南的廣泛耐藥性[10]。也有學(xué)者認(rèn)為,Kpn的CR也歸因于孔蛋白丟失和AmpC產(chǎn)生的共同作用,僅這些蛋白質(zhì)中的缺陷不一定會導(dǎo)致臨床上的抗生素耐藥性[11]。

        2.3 PBPs位點(diǎn)缺失或數(shù)量下降

        PBPs是細(xì)菌中所有β-內(nèi)酰胺類抗生素的高親和力靶點(diǎn)。眾所周知,所有β-內(nèi)酰胺類都有相同的作用方式:它們通過充當(dāng)PBP轉(zhuǎn)肽酶結(jié)構(gòu)域的底物來抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成,與PBP的活性位點(diǎn)絲氨酸殘基形成穩(wěn)定的共價復(fù)合物。傳統(tǒng)上,PBPs被劃分為高分子質(zhì)量PBPs(HMW-PBPs,包括A和B)以及低分子質(zhì)量PBPs(LMW-PBPs),HMW-PBPs對細(xì)胞存活至關(guān)重要,并且是β-內(nèi)酰胺的實際靶標(biāo)。A類PBP催化聚糖鏈的形成,A類和B類PBP催化細(xì)胞質(zhì)膜外側(cè)肽聚糖干肽的交聯(lián),而LMW-PBPs的作用微乎其微。有報道稱,肺炎鏈球菌對β-內(nèi)酰胺的敏感性降低在很大程度上與PBP的序列變異相關(guān),其中,PBP2在CRKP中最常見[12]。

        2.4 主動外排泵

        主動外排系統(tǒng)的過度表達(dá)對Kpn耐藥性的產(chǎn)生也有不可忽視的作用。外排泵,尤其是多藥外排,是藥物治療的主要關(guān)注點(diǎn),因為它們可以排出多種具有臨床意義的藥物。外排泵在介導(dǎo)對多種藥物和生物膜結(jié)構(gòu)的抗性方面占主導(dǎo)地位[13],其不僅將給定的抗生素擠出細(xì)菌細(xì)胞,還充當(dāng)毒力因子,在感染期間賦予抗菌素耐藥性。簡言之,這些外排系統(tǒng)允許微生物通過排出有毒物質(zhì)(例如代謝物、抗菌劑和毒力決定簇的群體感應(yīng)調(diào)節(jié)表達(dá))來平衡內(nèi)部環(huán)境。到目前為止,acrAB、oqxAB和kexD外排系統(tǒng)與Kpn的抗生素耐藥性有關(guān)。除了acrAB、kexD、kdeA、kmrA、kpnEF和oqxAB,EefAB、ketM和CepA等少數(shù)其他外排基因也在Kpn中被報道。

        2.5 生物膜

        生物膜是生活在由多糖、蛋白質(zhì)和細(xì)胞外DNA組成的高度水合基質(zhì)中的細(xì)菌群落,這種生活方式賦予細(xì)菌許多優(yōu)勢(包括抵御外部威脅)。然而,它們也有助于提高細(xì)菌對抗菌素的耐藥性。據(jù)報道,19世紀(jì)80年代以來,Kpn能在體外作為生物膜生長。Kpn的耐藥性與生物膜形成能力之間存在一定的相關(guān)性已被證實。有研究表明,氨芐西林不能穿透野生型Kpn生物膜,而環(huán)丙沙星和非反應(yīng)性示蹤劑(氯離子)可快速穿透生物膜。氨芐西林只有在由缺乏β-內(nèi)酰胺酶的突變體形成時才能穿透生物膜,證明野生型和突變型Kpn生物膜對氨芐西林和環(huán)丙沙星的耐藥性提高并非由擴(kuò)散緩慢所致。此外,也有研究證明,聚-b-連接的N-乙酰氨基葡萄糖可以介導(dǎo)生物膜的形成并發(fā)揮一定的作用。

        3 結(jié)語

        Kpn作為一種機(jī)會致病菌,是泌尿、呼吸道和血液感染的主要原因之一。近年來,由于抗生素的廣泛應(yīng)用,Kpn的多重耐藥性也隨之出現(xiàn)。CRKP感染患者的死亡率較高,如何處理CRKP是臨床上亟待解決的重要問題,開展CRKP對碳青霉烯類耐藥機(jī)制的研究、尋找有效的治療策略勢在必行。

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