革兰阴性菌β-内酰胺酶的研究进展
细菌的β-内酰胺酶在革兰阳性菌和革兰阴性菌中所起的作用有较大的区别,革兰阳性菌相对较为简单,而革兰阴性菌中种类较多且作用机理不尽相同。目前对β-内酰胺酶的研究较多,特别是对其中的超广谱β-内酰胺酶的研究,包括研究其种类、作用机理、检测方法等。
一、抗菌素的分类及作用机理: 1、β-内酰胺酶类 作用机制:与PBPS结合,其中最重要的一种PBPS转肽酶将其乙酰化,失活,从而抑制了细胞壁的合成。 2、氨基糖甙类 作用机制:与30S小亚基不可逆地结合,抑制蛋白质的合成。 3、喹喏酮类作用机制:抑制DNA复制中的回旋酶,阻碍DNA的解链。
4 、大环内酯类: 作用机制:与细菌核糖体50S大亚基结合,使核糖体在mRNA上位移受阻,蛋白质合成障碍,对青霉素及头孢菌素耐药的细菌有效。5、四环素类: 作用机制:作用于核糖体30S亚基A位,抗菌素与结合,影响蛋白质合成初始阶段和释放,相互之间存在着密切的交叉耐药性。6、肽 类: 作用机制:作用于细胞壁,与粘肽的侧链形成复合物,抑制细胞壁蛋白质的合成。7、 林克霉素类:(与四环素类相同) 8、磺胺类: 作用机制:与对氨基苯甲酸(PBPA)竞争二氢叶酸合成酶,阻断叶酸的合成,使细菌DNA 合成受阻。 9、利福霉素类: 作用机制:抑制细菌RNA合成,最后导致DNA和蛋白合成停止。 10、硝基呋南类作用机制:抑制乙酰辅酶A,干扰微生物的糖代谢。
11、其它: 氯霉素等。 二、细菌对各类抗菌素的主要耐药机制细菌耐药主要机理为:①产生灭活酶,②靶位改变,③低通透性的屏障作用,④主动外运,⑤细菌缺乏自溶酶,对抗菌素产生耐受性。
- β-内酰胺类:细胞壁通透性降低;与PBPs亲和力与结合率降低;产生β-内酰胺酶;细菌自溶酶缺乏。
- 氨基糖甙类:细胞膜主动传递中摄入减少;产生钝化酶;核糖体30S亚基蛋白改变;Eh↓和pH↓均可降低活性。
- 喹诺酮类:细胞外膜OmpF量降低,使喹诺酮类摄入减少,同时细胞膜传透通道改变,外流加快,细菌内积蓄减少;DNA旋转酶A亚基蛋白改变。
- 大环内脂类:核糖体50S亚基改变;局部pH↓可降低活性。
- 四环素类:药物外流加快,在细菌体内积蓄减少;核糖体30S亚基改变;产生灭活酶。
- 氯霉素类:细胞膜摄入减少;产生氯霉素乙酰转移酶。
- 林可霉素类:核糖体50S亚基改变,细菌产生灭活酶。
- 肽 类:如万古霉素,细菌不易产生耐药性,但也可由靶位改变而产生耐药。
- 磺胺类:改变二氢叶酸合成酶的结构;增加磺胺的拮抗物PAPA的产量。
β-内酰胺酶相对较为简单,只有两种:
青霉素酶类,头孢菌素酶类,所以研究的人相对较少。
二、在革兰阴性菌β-内酰胺酶种类较为复杂,几乎所有的肠杆菌细菌其β-内酰胺酶阳性,到目前已发现有二百多种。对他的分类方法有多种,而主要分类方法有二种:
一种为分子生物学的分类,根据末端氨基酸序列及编码基因的位点来分,可分为四类:
A类,为丝氨酸酶,由质粒编码。
B类,为金属酶,由染色体编码。
C类,为丝氨酸酶,由染色体编码。
D类,为丝氨酸酶,由质粒编码。
另一种为临床上较为实用的分类方法,即1989年Bush创建的方法,此分类方法是根据各种酶的等电点、水解底物、是否被克拉维酸抑制及酶的分子结构类别来分,分成五类:①CEP-N酶,②PEN-Y酶,③BSD-Y酶,④EBS-Y酶即ESBLS(超广谱酶),⑤金属酶。
两种分类方法间关系及酶的主要作用底物如下表
关于ESBLS的研究
β-内酰胺酶种类 水解底物种类
Bush方法 分子生物方法
①CEP-N酶 C类酶 能水解头孢菌素,对青霉素水解作用很弱,不能被棒酸等抑制 (头孢菌素酶) (Group 1) ②PEN-Y酶 A类酶 主要水解青霉素,能被棒酸(克拉维酸)所抑制 (青霉素酶 ) (Group 2a) ③BSD-Y酶 A类酶 能水解青霉素类和头孢菌素类,能被克拉维酸抑制 (广谱酶) (Group 2b) ④EBS-Y酶 A类酶 能水解耐酶的头孢菌素、单酰胺菌素等,能被克拉维酸、舒巴坦所抑制 (超广谱酶) (Group 2b) ⑤金属酶 B类酶 能水解包括碳青霉烯类的一大类β-内酰胺类抗菌素,对酶抑制剂敏感性差 (金属β-内酰胺酶) (Group 3)
目前对β-内酰胺酶研究最为热门的是其中的超广谱酶,即EBS-Y酶或ESBLS (Extended-spectrum β-lactamases),ESBLS自1983年首次检测到以来到目前已发现了30多种;对其研究也越来越广,包括其种类、作用机理、检测方法等。
一、ESBLS的种类