耐药机制详解之β-内酰胺酶

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β-内酰胺类抗生素是目前临床抗感染治疗最普遍应用的一类抗生素，随着这类药物的广泛使用(特别是滥用和误用)和致病菌的变迁，产生了病原菌对药物的耐药性问题，而且耐药发生率相当高。细菌产生β-内酰胺酶(β-lactamase)是80%病原菌耐药的原因之一，另外约12%和8%病原菌的耐药分别与细菌细胞外膜通透性障碍和靶位的改变有关。本文对细菌产生β-内酰胺酶所致的耐药性作一简要综述，以便采取相应对策以防止耐药性的蔓延。

1.β-内酰胺酶的特性

β-内酰胺酶是指能催化水解6-氨基青霉烷酸(6-APA)和7-氨基头孢烷酸(7-ACA)及其 N-酰基衍生物分子中β-内酰胺环酰胺键的灭活酶。细菌产生β-内酰胺酶是细菌对β-内酰胺类抗生素耐药的主要机制。β-内酰胺酶分为染色体介导酶和耐药质粒介导酶二大类，以其水解对象可分为青霉素酶、头孢菌素酶、广谱酶和超广谱酶四种。质粒是一种密闭环状双股螺旋结构的DNA，存在于胞浆内，也是具有遗传功能的基因成分，质粒带有各种基因，包括耐药基因，但不是细菌存活所不可缺少的组成物质。

质粒介导的β-内酰胺酶用等电聚焦法分型有TEM型(TEM-1，TEM-2)，OXA型(OXA-1～3)，PSE型(PSE-1～4)，SHV-1，HMS-1等标准酶，均为G-杆菌，主要为大肠杆菌、克雷伯氏杆菌、肠杆菌属、绿脓杆菌等产生。

TEM型酶分布很广，尤以TEM-1型分布最广，出现频率最高，约占50%。染色体介导酶有K1型，P99型及D31型，染色体基因决定细菌对抗生素固有耐药性，近代研究证明在院内感染病人中产生质粒介导酶的耐药菌，其产生耐药性大多是在接触抗生素后获得的，并通过耐药基因的转移而播散，也可由基因表达而传至下代。至今β-内酰胺酶的数量已超过200种，其中超广谱β-内酰胺酶(extended spectrum β-lactamase,ESBL)已超过50种。

2.β-内酰胺酶的分类

Ambler等根据β-内酰胺酶分子结构中氨基酸序列差异，将β-内酰胺酶分成A、B、C、D4种类型。1995年Bush等［2］提出了β-内酰胺酶的功能分类方案，依据酶的底物和酶被抑制不同，将其分为4群，其中2和3群又可分为许多亚群。

2.1A型β-内酰胺酶

A型β-内酰胺酶按Bush分类法属2群，向下又分为8个亚群(2a,2b,2c,2d,2e,2f,2be,2br)，因此，A型β-内酰胺酶在底物动力学性质上显示多样性。大多数青霉素类抗生素都是A型β-内酰胺酶的良好底物，侧链上有氨基的氨苄西林，含羧基的羧苄西林。侧链上具有空间障碍基因的苯唑西林和甲氧西林都是A型β-内酰胺酶的良好底物。从整体上看，A型β-内酰胺酶对青霉素类的水解率较头孢菌素类为高，但也有例外。此类酶的活性可被克拉维酸等酶抑制剂所抑制。

2.2B型β-内酰胺酶

B型β-内酰胺酶的活性依赖于2价过渡态金属离子，大多数情况下为Zn2+，此酶不被棒酸抑制，但能被EDTA所抑制，按Bush分类属3群。按照核苷酸序列，此酶可分为2个亚型，一个亚型以L-1酶为代表，另一亚型以A2酶和CcrA酶为代表。L1酶和CcrA酶有相当广谱的底物轮郭，能水解头孢西丁，也有报告可水解氨曲南。亚胺培南是A2酶的唯一底物，因此，A2酶也可称碳青霉烯酶。

2.3C型β-内酰胺酶

C型β-内酰酶通常被称为头孢菌素酶，按Bush分类法属1群。第1代头孢菌素是C型β-内酰胺酶的良好底物，第2、3代头孢菌素一般对C型β-内酰胺酶不敏感。亚胺培南和氨曲南则表现出对C型β-内酰胺酶的抑制作用。

2.4D型β-内酰胺酶

D型β-内酰胺酶Bush分类属2d群，它们对苯唑西林和氯唑西林的水解速度明显大于苄青霉素，因此，它们又被称为“苯唑西林酶”。细菌β-内酰胺酶的分类见表1。

3.超广谱β-内酰胺酶的种类和特性

超广谱β-内酰胺酶(ESBL)是以能灭活窄谱和广谱头孢菌素、单环类抗生素及抗G-杆菌青霉素等抗生素为特征的β-酰胺酶，属于Ambler分类的A类，按Bush分类属2be群。大多数的ESBL都是TEM-1、TEM-2、SHV-1酶的突变体，为质粒介导酶，所含耐药基因的质粒可在细菌菌株间转移和传播，有较广的水解底物谱，部分产ESBL菌株不但对β-内酰胺类耐药，有的还可对氨基糖苷类、磺胺、四环素、氯霉素和喹诺酮类耐药。

但是，ESBLs不能水解碳青霉烯类和头霉素类抗生素。ESBL一般可被克拉维酸、青霉烷砜和他唑巴坦等酶抑制剂所抑制，其中他唑巴坦的酶抑制作用最强。根据NCCLS1997标准，一旦认定为ESBL突变株，即使药敏结果显示为敏感者，临床上也应视为对所有青毒素类、头孢菌素类及单环类抗生素耐药。

ESBL的捡测：

(1)E-test法　一般认为头孢他丁是识别ESBL的最佳底物之一。单一头孢他啶和头孢他啶/克拉维酸的MIC之比大于4。(2)双纸片法　含头孢他啶纸片的抑菌圈被邻近含阿莫西林/克拉维酸(20/10μg)所扩大。

自1983年在欧洲首次发现ESBL以来，目前发现的TEM类ESBL已有50多种，SHV类ESBL12种。肺炎克雷伯氏菌是ESBL的主要携带菌，其次是大肠埃希氏菌。一项研究表明肺炎克雷伯氏菌和大肠埃希氏菌中产ESBL菌的检出率分别为27.3%和5.7%。77株产ESBL菌对12种抗菌药物的药敏情况见表2。

另一次研究显示：肺炎克雷伯杆菌、大肠杆菌和阴沟肠杆菌中产生ESBL菌的检出率分别为37.4%、30.21%和41.82%。国外文献报道除上述三种细菌外，其他肠杆菌科细菌如粘质沙雷菌、肠杆菌属、构橼酸菌、沙门氏菌和摩根菌也可产生ESBL。

目前认为可用于治疗产ESBL菌所致感染的药物有碳青霉烯类、头霉素类抗生素。亚胺培南具有超广谱，高效的抗菌活性，除金属β-内酰胺酶外，它几乎对所有的ESBL高度稳定。目前认为亚胺培南/西司他汀是治疗ESBL菌感染的首选药物。头孢美唑对ESBL菌的敏感性达84.66%。