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1、四川大学华西基础医学与法医学院 病理生理学教研室 王晓樱 Tel: 136-7905-2535 E-mail: ,质粒介导的喹诺酮耐药基因,Contents,质粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,喹诺酮类抗菌药耐药性及其传统机制,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,2/37,自1985年国内制成第一个FQ-诺氟沙星以来发展迅速，临床应用广泛 至今已近20个品种，每个品种的口服、静脉制剂，多者100种 左氧氟沙星113，加替沙星95，环丙沙星42,氟喹诺酮类(Fluoroquinolones ,FQs),一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理
2、学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,3/37,FQ结构不同于其他抗菌药，具有以下特点： 抗微生物谱广- 病原菌、非典型病原 感染灶组织体液药物浓度高 多数品种口服吸收完全，t1/2长， 减少了给药次数 不良反应大多轻微,一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,4/37,一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,5/37,药动学特性包括：口服F，药物血浓和组织中浓度，t1/2,一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,6/37,诺氟沙星(n
3、orfloxacin,氟哌酸,淋克星) 环丙沙星(ciprofloxacin,环丙氟哌酸,悉得欢) 氧氟沙星(ofloxacin,氟嗪酸,奥氟星,泰利必妥) 洛美沙星(lomefloxacin,多龙,洛美灵) 氟罗沙星(fleroxacin)(多氟哌酸,沃尔得) 莫西沙星(moxifloxacin，拜复乐）,目前临床上常用氟喹诺酮类药物,一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,7/37,1.FQs主要作用机制： 抑制细菌DNA回旋酶(对G-菌)和 拓扑异构 酶(对G+菌),干扰细菌DNA复制，杀灭细菌。 （1）DNA回旋酶(gyrase)
4、（2）拓扑异构酶(topoisomerase)IV,一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,8/37,喹诺酮类药物的作用机制,一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,9/37,DNA回旋酶与喹诺酮类作用靶点,DNA回旋酶,切断后侧双链,在前侧封闭切口,Quinolones,(),(),正超螺旋DNA,负超螺旋DNA,喹诺酮类抑制 DNA 回旋酶切口活性与封口活性。,一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,10/37,拓扑异构酶的作用,
5、拓扑异构酶(topoisomease)(四聚体C2E2)为解链酶，可在 DNA 复制时将环连的子代DNA解环连,拓扑异构酶IV,解环连,一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,11/37,拓扑异构酶IV,解环连,Quinolones,喹诺酮类抑制拓扑异构酶IV的解环连活性阻碍细菌DNA复制细菌死亡。,(),一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,12/37,2.其他可能机制: （1）抑制细菌RNA及蛋白质合成； （2）诱导菌体DNA错误复制； （3）抗菌后效应（PAE）。 （4）新近研究
6、发现： 新型氟喹诺酮类可能同时作用于gyrA和gyrB,一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,13/37,问 题 喹诺酮类药物能否影响人体DNA复制？,哺乳动物真核细胞中不含DNA回旋酶，而 含有概念及机制上相似的拓扑异构酶，喹诺 酮类仅在很高浓度才能将其抑制，故喹诺酮类 对细菌的选择性高，而对人体的不良反应少。,?,一、喹诺酮类抗菌药概述,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,14/37,大肠埃希菌和淋病奈瑟菌耐药性增长显著 其他肠杆菌科细菌呈不同程度增长 铜绿假单胞菌略有增长 社区呼吸道感染病原尚保持敏
7、感,近20余年来某些病原菌对FQ耐药性呈增长趋势,二、喹诺酮类抗菌药耐药性及其传统机制,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,15/37,国内常见病原菌对FQ的耐药现状(R%,CIP或Lev),二、喹诺酮类抗菌药耐药性及其传统机制,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,16/37,细菌对喹诺酮类抗菌药的耐药率较高,自1988年喹诺酮类国内应用，大肠埃希菌从对其几乎全部敏感，至2006年已高达71%； 其他革兰阴性杆菌对喹诺酮类的耐药率也相当高，如铜绿假单胞菌、克雷伯菌属、肠杆菌属及不动杆菌属细菌对喹诺酮类的耐药率已达3162。,汪
8、复等，2003；王辉等，2005； 朱德妹等，2007。,二、喹诺酮类抗菌药耐药性及其传统机制,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,17/37,大肠埃希菌对环丙沙星耐药率监测数据 （中国，部分医院）,汪复等，1999，2001；张婴元等，2006； 陈鸿波等，2002；王辉，等，2008。,二、喹诺酮类抗菌药耐药性及其传统机制,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,18/37,非细菌性感染中的治疗应用 广泛用于以病毒感染为主的“上感”或急性支气管炎等 无指征的围手术期预防用药 泌尿生殖系、肠道手术的围手术期用药 不注重病原检测和
9、药敏测定，用于主要病原菌耐药率甚高的泌尿生殖系感染 治疗方案不合理，多次、小剂量给药 食用动物中的应用,喹诺酮类抗菌药的不合理应用见于,二、喹诺酮类抗菌药耐药性及其传统机制,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,19/37,1998年WHO报告喹诺酮类药物用于食用动物、禽类、鱼类每年消耗量: 美国、欧盟、日本、韩国总计 非专利药70吨 专利药50吨 中国 非专利药约470吨 同期人用约1350吨,食用动物中应用喹诺酮类,二、喹诺酮类抗菌药耐药性及其传统机制,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,20/37,遵循指南(国外、国内)获
10、准适应证(FDA，中国药典) FQ的安全性的考虑 FQ各品种抗菌作用的差异 国内病原菌耐药性变迁情况,正确掌握氟喹诺酮类抗菌药临床适应证,二、喹诺酮类抗菌药耐药性及其传统机制,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,21/37,细菌对FQs的耐药机制染色体介导,FQs耐药机制，以往认为是由染色体介导的： QRDR靶位改变（target alterations）: gyrAGyrA：83、87 parCParC：80、84 2. 主动泵出（active efflux） 细胞膜外排泵-MDR 3. 外膜蛋白改变,二、喹诺酮类抗菌药耐药性及其传统机制,四川大学华西基础与
11、法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,22/37,DNA旋转酶 GyrA、GyrB亚基 拓扑异构酶 ParC、ParE亚基,快速抑制细菌DNA合成， 使细菌死亡。,二、喹诺酮类抗菌药耐药性及其传统机制,NOT transferable,喹诺酮类药物耐药决定区(Quinolone Resistance Determining Regions, QRDR),23/37,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,qnrA：1998年,Jacoby等, 肺炎克雷伯菌,qnrS：2005年,Hata等,福氏志贺菌,aac（6）-Ib-cr： 2006年，Hooper等,新的PMQR 基因
12、？ 2009年、2010年 ,qnrC：2008年,王明贵等，奇异变形杆菌,qepA： 2007年，Arakawa等,qnrD:2009年, Cavaco等， 肠炎沙门菌,三、质粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,qnrB: 2006年,Jacoby等, 肺炎克雷伯菌,7种PMQR基因，通过三种机制介导喹诺酮耐药,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,24/37,qnr基因：与DNA促旋酶或者拓扑异构酶IV结合，对喹诺酮 类抗菌药的作用靶位具有保护作用； aac（6）-Ib-cr：氨基糖苷乙酰转移酶变异体，修饰喹诺 酮类，增强染色体突变的选择； qepA：外排泵
13、基因，由两侧可能的转座因子IS26介导移动， 可使细菌对喹诺酮类药物敏感性下降。,Martinez-Martinez L,et al. 1998; Jacoby GA, et al. 2006; Yamane K, et al. 2007; Ambrozic,et al. 2007; Wang, et al.2009; Cavaco, L. M. et al. 2009,三、质粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,质粒介导喹诺酮耐药基因(plasmid-mediated quinolone resistance, PMQR),四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,
14、质粒介导的喹诺酮耐药基因,25/37,Qnr 意义 ：,1998 Martinez-Martinez首次报道 PMQR MIC 416倍,Martinez-Martinez L，The Lancet 1998. Tran JH. PNAS,2002.,三、质粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,26/37,Qnr 意义 ：,PMQR基因引起的只是细菌对喹诺酮（和/或氟喹诺酮）类抗菌药的低水平耐药,但是，它们却可以提供一个很有利的背景条件，来引发染色体耐药机制选择性地额外发生。,Robicsek, A., et al., Nat
15、 Med, 2006. Robicsek, A., G.A. Jacoby, and D.C. Hooper, Lancet Infect Dis,2006. Robicsek, A., et al., AAC,2006. Cattoir, V., et al., Emerg Infect Dis, 2008.,三、质粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,27/37,Wang MG, AAC. 2003. Patrice Nordmann, JAC，2005,三、质粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,qnrA位于1型整合子In
16、36和In37上（GenBank：AY259085, AY259086）， 通过对这些I类整合子qnrA基因周边序列分析发现它们不完全相同，表明它们可在不同细菌及质粒间转移，从耐药机制及遗传背景水平部分解释了大肠埃希菌对喹诺酮类耐药性上升迅速的原因。,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,28/37,PMQR基因，在世界范围内分布广泛,近十年，全世界许多国家地区均有报道，在大多数常见的菌种中筛查到了这些耐药基因的存在。,Strahilevitz, J., G. A. Jacoby, et al. 2009.,三、质粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,四川大学华西
17、基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,29/37,Amino acid sequence of Qnr displayed to emphasize the pentapeptide repeating unit with a consensus sequence of S/T/A/V/C-D/N-L/F-S/T/R-G.,三、质粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,30/37,三、质粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,31/37,三、质
18、粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,32/37,三、质粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,33/37,Jacoby, G., V. Cattoir, D. Hooper, L. Martnez-Martnez, P. Nordmann, A. Pascual, L. Poirel, and M. Wang. 2008. qnr gene nomenclature. Antimicrob. Agents Chemother. 52:2297-2299. ht
19、tp:/www.lahey.org/qnrStudies/,三、质粒介导喹诺酮耐药基因的发现及其研究,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,34/37,qnrS与同为弧菌科的深发光杆菌和创伤弧菌的氨基酸的同源性：64% 和53%； 三株藻类斯瓦尼菌的染色体上发现了qnrA的亚型（qnrA3qnrA5），MIC：48倍； 多株分离自不同地区河流的气单胞菌属细菌，都发现了qnrS2。,Poirel L, et al. 2005; Picao, R. C., L. Poirel, et al. 2008. Cattoir, V., L. Poirel, et al.
20、2007、2008； Strahilevitz, J., G. A. Jacoby, et al. 2009.,四、质粒介导喹诺酮耐药基因的起源,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,35/37,这些研究表明： 在我们居住的淡水中的水源细菌可能就是qnr基因的储存池； 环境中喹诺酮类抗菌药的累积可能促成了qnr基因的产生，并且为低水平的喹诺酮耐药基因提供了生存的环境优势。,Strahilevitz, J., et al., Plasmid-mediated quinolone resistance: a multifaceted threat. Clin Microbiol Rev, 2009. 22(4): p. 664-89.,四、质粒介导喹诺酮耐药基因的起源,四川大学华西基础与法医学院病理生理学教研室,质粒介导的喹诺酮耐药基因,36/37,Thank You !,