初探肺炎鏈球菌感染及耐藥機制

1、初探肺炎鏈球菌感染及耐藥機制肺炎鏈球菌存在于人的喉部和鼻子的后部,大約40%的人平時就攜帶這種病菌,能引發(fā)肺炎、菌血癥和腦膜炎,對人類的健康構(gòu)成了一定的威脅,每年導(dǎo)致300萬兒童死亡。更為嚴重的是,在過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越強?？茖W(xué)家則希望通過對肺炎鏈球菌的基因測序,更好地認識這種細菌并開發(fā)出新的抗生素。近年來肺炎鏈球菌對抗生素耐藥性呈上升趨勢,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,上世紀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%,對復(fù)方磺胺甲唑的耐藥率(R%)是25.0%。1997年-2000年,我國文獻報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,肺炎鏈球菌對青霉素的耐藥率(R+I)已高達42.7%,顯示出快速上升的勢頭。還有一些最新調(diào)查顯示,肺炎鏈球菌對紅霉素的耐藥率超過了70%。目前,對青霉素耐藥的肺炎鏈球菌的數(shù)量報道不一,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重感染,但對這些因子的抗藥性也似乎有

3、所增加。肺炎鏈球菌已對多種抗菌藥物產(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。肺炎鏈球菌對抗生素的耐藥率在逐年增長,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)分離率近年來已在世界范圍明顯上升,特別是某些歐洲國家,美國一些地區(qū),東南亞的某些國家地區(qū)PRSP已高達40%50%3、4。肺炎鏈球菌對青霉素耐藥最早發(fā)現(xiàn)于上世紀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,并使其成為耐藥陽性球菌感染中引人注目的焦點之一。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,對誘導(dǎo)肺炎鏈球菌的耐藥性也起著很大作用。如臺灣省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對大環(huán)內(nèi)酯類的耐藥率高達98%。 3耐藥性的發(fā)生機制 肺炎鏈球菌對青霉素與其他內(nèi)酰胺類抗生素的耐藥機制主要是青霉素結(jié)合蛋白PBPS的改變。肺炎鏈球菌有6個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個分子量較大的PBPS則與青霉素的親和力明顯降低。編碼表達這幾個PBP蛋白的基因為pbpla,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這兩個基因都在體外一步法證明可把肺炎鏈球菌對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、對青霉素耐藥的作用過程包含了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,提示細菌的感受態(tài)可能與非PBPS途徑的耐藥機制相關(guān)。感受態(tài)是肺炎鏈球菌在其生長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驗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)化細菌同樣程度耐藥,提示細菌的耐藥與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,只是在較晚的時候發(fā)生。與非PBPS相關(guān)變異的耐藥基因都與細菌的感受態(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,但目前的研究都只限于已發(fā)現(xiàn)的兩種基因ciaH和cpoA對細菌感受態(tài)的影響,并沒有研究感受態(tài)是否影響它們的表達。對頭孢氨噻和哌拉西林的最低抑菌濃度監(jiān)測的實驗結(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)缺陷可影響菌株對內(nèi)酰胺類抗生素的敏感性,但對不同菌株的影響結(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)。研究認為ciaH系統(tǒng)控制了細菌脂質(zhì)轉(zhuǎn)運的水平,因而該系統(tǒng)對胞壁質(zhì)的合成有一定的調(diào)控作用。一些學(xué)者認為ciaH變異可能導(dǎo)致自身的異常激活,從而刺激細菌萜醇的合成,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),以抵消細胞壁的損傷,使細菌表現(xiàn)出耐藥性增高。 美國研究人員發(fā)現(xiàn),在1994年到1999年間,對大環(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大環(huán)內(nèi)酯類耐藥的機制,研究人員在亞特蘭大對4148個肺炎球菌的分離株進行了長達6年的血清定型和藥敏試驗。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)測中,ermAM血清型在細菌分離株出現(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93%帶有mefE基因離株的最大抑制濃度增大到8mg/ml。近年來的研究表明,肺炎鏈球菌對大環(huán)內(nèi)酯類抗生素耐藥的機制涉及到多個方面,靶位改變由耐藥基因erm變?yōu)閙ls型耐藥。根據(jù)表達方式的不同,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、。我國以ermB基因介導(dǎo)的內(nèi)在型耐藥為主,對紅霉素的耐藥水平較高,對林可霉素類和鏈陽菌素B呈交叉耐藥。我國有研究顯示,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%,為檢測到ermTR基因。ermB基因被轉(zhuǎn)座子攜帶,例如Tn917和Tn1545。在對日本人84株肺炎鏈球菌的研究顯示出對大環(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)顯示對紅霉素有高度耐藥性,但是對羅奇達敏感,是由于Tn1545上ermB基因的存在。第2組(6

12、5株)顯示對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組中沒有一株對大環(huán)內(nèi)酯類持續(xù)耐藥,第2組中菌株的ermB基因促進區(qū)都有一個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是克隆擴散而Tn917是水平性克隆性擴散,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攜帶擴散。 在許多歐洲國家,肺炎鏈球菌對大環(huán)內(nèi)酯類的耐藥水平已經(jīng)超過對青霉素G的耐藥水平。國外學(xué)者認為,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制與不同類型大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的應(yīng)用并無關(guān)聯(lián)。其不同耐藥機制的地區(qū)差異是否與多藥耐藥株的克隆傳播有關(guān),需進一步研究。還有學(xué)者報道,攜帶ermB基因的肺炎鏈球菌對紅霉素的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,但目前尚無動物實驗或臨床試驗證實,仍需進一步研究。 肺炎鏈球菌對頭孢菌素耐藥的機制為: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株肺炎鏈球菌進行了藥敏試驗,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1種以上的其他抗生素耐藥。全部菌株對萬古霉素敏感。12株多種抗生素耐藥者均對青霉素中度以上耐藥。所以萬古