沙門氏菌對常用抗菌藥物的耐藥機制研究進展

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(四川省動物疫病預防控制中心,四川 成都 610041)

0 引言

1885年Salmon 和Smith 在霍亂流行時分離到豬霍亂沙門氏菌，故定名為沙門氏菌屬。沙門氏菌在自然界分布極為廣泛，有2 500多種血清型，絕大多數沙門氏菌對人和動物具有致病性。沙門氏菌病是指由各種類型沙門氏菌所引起的對人類、家畜以及野生禽獸不同形式疾病的總稱。多年來，隨著抗菌藥物在沙門氏菌病防治中的廣泛使用，使細菌對藥物產生了耐藥性。了解沙門氏菌的耐藥機制，有助于我們尋找解決其耐藥性的途徑。

1 沙門氏菌對β-內酰胺類藥物的耐藥機制

β-內酰胺類是現有的抗菌藥物中使用最廣泛的一類，其作用機制包括阻礙細胞壁粘肽合成，使菌體裂解以及觸發細菌的自溶酶活性。由于β-內酰胺類藥物在沙門氏菌病上的廣泛使用，導致耐藥率大幅上升，多重耐藥率不斷增加，我國沙門氏菌對β-內酰胺類藥物的耐藥現象已十分嚴重。馮彩峰等[1]對710株食品動物源沙門氏菌分離株進行了10種β-內酰胺類藥物的敏感性實驗，結果菌株對10種藥物呈不同程度耐藥(耐藥率13.66%～58.03%)，66.19%菌株對3種以上藥物同時耐藥，耐藥譜復雜；且菌株對該類藥物耐藥率隨時間延長呈上升趨勢；耐藥現象廣泛存在于各血清型。

沙門氏菌對β-內酰胺類藥物耐藥的主要機制是由于基因突變產生β-內酰胺酶，使藥物在與細菌作用前被β-內酰胺酶水解, 失去了干擾細菌細胞壁合成的功能。β-內酰胺酶主要分為三類，分別為超廣譜β-內酰胺酶(ESBLs)、AmpC頭孢菌素酶和碳青霉稀酶。ESBLs可水解絕大多數青霉素類、頭孢菌素類和單酰胺環類抗菌藥物[2]。在染色體和質粒上菌均有編碼AmpC酶的基因,該類型的酶能水解第三代頭孢類和單胺類等。碳青霉稀酶是可水解碳青霉烯類。β-內酰胺酶耐藥基因可以在同種屬或不同種屬細菌間轉移，導致沙門氏菌耐藥性的廣泛傳播。

一些耐酶的廣譜青霉素和第二、三代頭孢菌素，與β-內酰胺酶結合后，不能進入靶位發揮抗菌作用。這種β-內酰胺酶的非水解機制又稱為“牽制機制”。

2 沙門氏菌對喹諾酮類藥物的耐藥機制

喹諾酮類抗生素是一類化學合成的廣譜、高效、低毒的抗菌藥物。隨著該類藥物的不當使用，沙門氏菌對喹諾酮類藥物的耐藥率不斷上升。喹諾酮類藥物進入我國僅20多年,其耐藥率己經達80%,居全球首位[3]。喹諾酮類藥物的作用機制為抑制細菌的DNA旋轉酶，影響細菌DNA的正常形態與功能，產生快速殺菌作用。

沙門氏菌對該類藥物耐藥的原因主要由于藥物作用的靶位-DNA旋轉酶發生改變。DNA 旋轉酶是由 GyrA 和 GyrB 基因編碼。位于GyrA基因第67(Ala)和第106(Gln)位氨基酸殘基之間的區域稱為喹諾酮類藥物耐藥決定區(QRDR)，此區域內的基因突變通常會導致對喹諾酮類耐藥，所以GyrA基因變異被用做喹諾酮敏感性下降的分子標志[4]。常見的沙門氏菌 GyrA 基因 QRDR 的堿基突變發生在第 67、81、83、87、106位氨基酸，其中最頻繁發生的突變是第83位Ser突變為Phe，Tyr 或 Ala，其次是第87位Asp突變為Gly，Asn 或 Tyr，從而引起耐藥[5]。譚炳乾等[6]應用PCR 擴增16株沙門氏菌的gyrA基因，氟喹諾酮中敏菌株和耐藥菌株均檢出gyrA基因的點突變。另外GyrB基因第464位的Ser可突變為Phe或Tyr，導致耐藥，但其突變頻率比GryA低得多[5]。

3 沙門氏菌對四環素類藥物的耐藥機制

四環素類藥物作用的機制主要有兩方面：一方面可通過與胞內核糖體30S亞基形成結合體，抑制蛋白質合成，起到抗菌效果[7]；另一方面是可與二價陽離子如Mg2+縮合，破壞Mg2+與核糖體正常結合，從而影響核糖體的功能。

由于多年來的不恰當使用,沙門氏菌對四環素多耐藥。其耐藥的主要機制是核糖體的保護作用。目前已知有11種核糖體保護蛋白，其中研究較多的是Tet(M)和Tet(O)，它們具有核糖體依賴的GTP水解酶活性，當有GTP存在而不是GDP時,這些蛋白結合核糖體，導致核糖體結構改變，降低四環素對核糖體作用的敏感性，而產生耐藥性。

4 沙門氏菌對氨基糖苷類藥物的耐藥機制

氨基糖苷類藥物是抑制蛋白質合成、為靜止期殺菌性藥物，與β-內酰胺等有很好的協同作用,是最常用的抗感染藥物。此類藥物與糖體亞單位的16S rRNA的保守區域結合，使細菌發生讀碼錯誤而死亡。隨著氨基糖苷類藥物在人醫和獸醫臨床中的廣泛使用,沙門氏菌對該類藥物已產生不同程度的耐藥,且不同地區不同時間的氨基糖苷類藥物耐藥情況亦不相同。氨基糖苷類藥物的耐藥機制最主要的是產生氨基糖苷類修飾酶和甲基化酶。

4.1 細菌產生的修飾酶使藥物失活

由沙門氏菌的耐藥基因編碼的氨基糖苷類修飾酶可對氨基糖苷類的結構進行修飾,使其失活而無法作用于沙門氏菌，這是介導氨基糖苷類耐藥的主要機制。氨基糖苷修飾酶可分為乙酰轉移酶(AAC)、腺苷酸轉移酶(AAD)和磷酸轉移酶(APH)[8]，這些酶可催化氨基糖苷分子發生鈍化，失去與核糖體結合的能力,導致高度耐藥。氨基糖苷類修飾酶分布范圍廣泛、亞型眾多，且近年來沙門氏菌攜帶的氨基糖苷類修飾酶已由單一修飾酶作用轉向多種修飾酶共同作用，其介導的耐藥性也逐漸增強。

4.2 核糖體結合位點的變化

氨基糖苷類藥物的結合點是16S rRNA的保守區域，而細菌產生的甲基化酶可使該區域的某個或幾個堿基發生甲基化,不能與氨基糖苷類藥物結合,導致耐藥[9]。甲基化酶的編碼基因具有高度可移動性,因此將會導致越來越多的沙門氏菌對氨基糖苷類耐藥。

5 沙門氏菌對磺胺類藥物的耐藥機制

磺胺類藥物具有廣譜抗菌、性質穩定、使用簡便、便于保存等優點。該類藥物與氨苯甲酸(PABA)競爭二氫葉酸合成酶，使菌體的核蛋白不能形成，導致細菌生長繁殖停止而達到抑菌的目的。但細菌的酶系統與PABA的親和力比對磺胺藥的親和力強。當磺胺類藥物用量或療程不足時，細菌產生較多二氫葉酸合成酶，或直接利用環境中的葉酸，使其代謝得以正常進行，而產生耐藥性。因此為保證藥物的競爭優勢，其濃度應顯著高于PABA的濃度。

6 多重耐藥的產生

6.1 細菌的主動外排作用

細菌外排泵是一類位于細胞膜上的轉運蛋白。外排泵能將藥物從胞內排出到胞外或改變膜的通透性或兩者協同作用。沙門氏菌有9種外排泵系統,研究較多的是AcrAB。RamA是沙門菌外排泵特有的調節因子,當細菌受到外排泵抑制劑作用時RamA合成增加,促進AcrAB的表達[10]，使得外排作用增加，產生耐藥性。研究表明主動外排系統與沙門氏菌對廣泛應用的抗菌藥物如四環素、氯霉素、氨芐青霉素、頭孢、紅霉素、三甲氧芐氨嘧啶等的多重耐藥性相關[11]。

6.2 可移動的細菌遺傳耐藥基因元件

與沙門氏菌耐藥有關的可移動基因元件包括質粒、整合子、轉座子、沙門氏菌I型基因島等。這些基因元件自身攜帶一種或多種抗性基因，可引起細菌的多重耐藥性。如沙門氏菌I型基因島包含多個抗性基因，與臨床使用的氨芐西林、氟苯尼考、鏈霉素、壯觀霉素、磺基酰胺和四環素等的耐藥性相關[12]。

7 結語

沙門氏菌的耐藥現象日益嚴重，隨著時間的推移，其耐藥率將大幅上升, 耐藥譜也會不斷增寬，給我國養殖業和人類健康帶來嚴重威脅。沙門氏菌的耐藥機制極其復雜，仍有許多問題尚待解決，因此繼續探究其耐藥機制,有助于采取合理的干預措施，并為科研機構研制新型抗菌藥物和抗菌佐劑提供借鑒。