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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。文章编号 : ( ) 04 5203AmpC B-内酰胺酶的分子生物学研究进展蔡琰综述范昕建吕晓菊审校( 四川大学华西医院传染科,成都610041)摘要 :AmpCB2 内酰胺酶是属Bush功能分类 群,Ambler分子分类C 类的头孢菌素酶,主要由染色体介导产生 ,不被克拉维酸抑制 ,能水解第三代头孢菌素、头霉素等广谱 B2 内酰胺类抗生素。 AmpC B2内酰胺酶的表示受amp 复合操纵子调控 ,与肽聚糖合成密切相关。 amp 复合操纵子由 ampC、 ampR、ampD 和 ampG构成 ,分别编码AmpC B2内酰胺酶、转录
2、调节因子AmpR,N 2乙酰葡萄糖胺 2L 2 丙氨酸酰胺酶AmpD和膜结合转运蛋白AmpG。其中 AmpR与 UDP2N 2乙酰胞壁酰五肽结合可抑制ampC转录 ,与 N 2 乙酰胞壁酰酐三肽结合可激活ampC转录。调控基因突变及 B2 内酰胺类抗生素的诱导作用均可使肽聚糖合成与水解反应失衡 , 导致 N 2 乙酰胞壁酰酐肽积聚 , 从而使 AmpCB2 内酰胺酶的产量提高。近年来,质粒编码的 AmpCB2 内酰胺酶逐渐增多 ,源于肠杆菌科细菌 ,与染色体编码的 AmpC B2内酰胺酶在分子结构上具不同程度的同源性。AmpC B2内酰胺酶的诱导产生及质粒编码的AmpCB2 内酰胺酶的出现是细
3、菌针对抗生素造成的选择压力而进化的结果,临床实践中必须慎用超广谱B2 内酰胺类抗生素。关键词 :AmpCB2内酰胺酶;B2 内酰胺耐药性;去抑制突变;诱导作用中图分类号 :Q 556+ . 4,Q 756文献标识码:A收稿日期 :211204作者简介 :蔡琰 ,女,生于1977年,在读硕士研究生,主要从事感染性疾病资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。及细菌耐药机制研究。B2 内酰胺类抗生素是临床常见且有效的抗感染药物 ,可是细菌几乎对每一种新的B2 内酰胺类抗生素都出现了耐药性。产生B2 内酰胺酶是革兰氏阴性杆菌最重要的耐药机制 1 。当前新的B2 内酰胺酶中,以超广
4、谱酶 ( ex tended2spect rum beta2lactam ases, ESBL )和AmpC B2内酰胺酶最具临床意义。ESBL 是由质粒介导的、能赋予细菌对多种B2 内酰胺类抗生素耐药的一类酶 2 ,主要由大肠埃希氏菌和克雷伯氏菌产生。1 AmpC B-内酰胺酶的发现和一般特性AmpC B2内酰胺酶由革兰氏阴性杆菌产生,不被克拉维酸抑制 ,因其优先底物是头孢菌素类抗生素又称头孢菌素酶 ,属 Bu sh 功能分类 群,Am b ler分子分类 C 类 3 。最初 AmpC B2内酰胺酶由染色体介导自然产生 , 主要见于阴沟肠杆菌、 弗氏柠檬酸杆菌、 粘质沙雷氏菌及铜绿假单胞菌。
5、 1967 年 Hennessey 4 报道了一种阴沟肠杆菌产生的可诱导的 B2 内酰胺酶 , 即目前所知的染色体介导的AmpC B2内酰胺酶。 20 世纪80 年代以后 ,许多质粒介导的 AmpC B2内酰胺酶被陆续报道。根据能否被B2 内酰胺类抗生素诱导 ,AmpC B2内酰胺酶又可分为诱导酶和非诱导酶。后者存在于大肠埃希氏菌及志贺氏菌中。而肠杆菌、摩氏摩根菌、弗氏柠檬酸杆菌等细菌中 ,AmpC B2内酰胺酶可被诱导产生 ,因为这些细菌中有AmpC B2内酰胺酶的调节基因 ampR 5, 6 , 而产生非诱导性 AmpC B2内酰胺酶的细菌缺乏该基因。据报道 , 将弗氏柠檬酸杆菌中的 am
6、pC与 ampR克隆至大肠埃希氏菌后 ,大肠埃希氏菌中的资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。AmpC B2内酰胺酶可被诱导表示 7 。产 AmpC B2内酰胺酶的细菌对第二和第三代头孢菌素类、 头霉素类、 单环内酰胺类、 酶抑制剂耐药 , 且肠杆菌科细菌往往同时带有氨基糖苷类、 氯霉素、 四环素等药物的耐药基因 , 造成多重耐药 , 对于这些耐药株 , 碳青霉烯类抗生素是最有效的药物。2 AmpC B-内酰胺酶基因表示的调控机理 ( AmpC酶是 AmpC 内酰胺酶的简称。是由肠杆菌科细菌或和绿脓假单胞菌的染色体或质粒介导产生的一类 内酰胺酶 , 属 内酰胺酶 Amb
7、ler 分子结构分类法中的 C 类和 Bush Jacoby Medeiros功能分类法中第一群 , 即作用于头孢菌素、 且不被克拉维酸所抑制的 内酰胺酶。故 AmpC酶又称作为头孢菌素酶。 )2. 1 amp 复合操纵子AmpC B2内酰胺酶的表示受amp 复合操纵子调控 , 由 4 个不连续基因 ampC、 ampR、 ampD、 ampG 构成 ( 图 1) 。 ampC是结构基因 , 编码 AmpC B2内酰胺酶。ampR 与 ampC相邻排列在染色体上 ,呈逆向转录 ,编码 AmpC B2内酰胺酶的转录调节因子 AmpR 8 。AmpR属 ly sR调节子家族,结合在ampR - a
8、mpC 间区的DNA 上,与 ampC启动基因及ampR 操纵基因直接相互作用 9 ,在有诱导剂时起激活子作用,没有诱导剂时起抑制子作用 9 。ampD 位于远处染色体上 ,编码N 2 乙酰葡萄糖胺 2L 2 丙氨酸酰胺酶 (AmpD) ,参与粘肽代谢。 ampG编码转膜蛋白 AmpG, 在 AmpC B2内酰胺酶的表示调控中起向胞浆内传递诱导信号的作用 10 。 5 6 1 国外医药抗生素分册年 7 月第 23 卷第 4 期资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。? 199 5- Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All
9、rights reserved.图 1AmpC的表示调控2. 2 AmpC B2内酰胺酶基因表示与肽聚糖代谢关系AmpC B2内酰胺酶的诱导与细胞壁的代谢直接相关 11 。在细胞代谢过程中 ,水解酶降解胞壁质产生N 2乙酰葡萄糖胺2N 2乙酰胞壁酰三肽,具透性酶活性的AmpG将其转至胞浆,继而被AmpD水解 ,或先由细胞质B2N 2 乙酰氨基葡糖苷酶( cyto so lic B2N 2acetylgluco sam in idase, Gm ase)降解为N 2乙酰胞壁酰三肽 ,再被AmpD水解。两种水解方式均产生L 2丙氨酰 2D 2 谷氨酰 2 消旋二氨基二酸三肽 , 参与粘肽循环 ,
10、生成胞壁质主要前体物质 UDP2N 2乙酰胞壁酰五肽 12 。研究表明 , UDP2N 2 乙酰胞壁酰五肽能与 AmpR结合 , 改变其与 ampC 启动基因的联系 , 抑制其对 RNA聚合酶转录活性的促进作用。N 2 乙酰胞壁酰三肽则能与 UDP2N 2乙酰胞壁酰五肽竞争与 AmpR结合 , 从而解除其抑制作用 , 恢复 AmpR激活 ampC转录的功能 13 。由此可见 ,AmpC B2内酰胺酶的表示受到胞浆内这两种肽的相对水平的调控 11 。另外 ,D ietz等 16 研究发现 N 2 乙酰葡萄糖胺 2N 2 乙酰胞壁酰五肽也可被AmpG转运至胞浆 , 其水解产物 N 2 乙酰胞壁酰五
11、肽亦可取代 UDP2N 2乙酰胞壁酰五肽与 AmpR结合 , 使AmpR由抑制子变为激活子。2. 3调控基因突变在正常生长条件下 ,野生型菌株中 AmpR主要与UDP2N 2乙酰胞壁酰五肽结合 , ampC 转录处于受抑制状态 ,只产生极微量的酶。可是阴沟肠杆菌、弗氏柠檬资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。酸杆菌、铜绿假单胞菌等野生型群体在自然状态下就能够 10- 5 10- 7 频率发生去抑制突变 , 其中完全去抑制型的 AmpC B2内酰胺酶产量可比突变前提高 1000倍以上。去抑制突变的主要是 ampD突变 , 产生有缺陷的 AmpD, 致使 N 2 乙酰胞壁酰
12、三肽大量积聚于胞浆内 ,而 UDP2N 2乙酰胞壁酰五肽生成量减少,与 AmpR的结合位点被取代 ,AmpR 变成激活子。使用B2 内酰胺类抗生素将清除敏感菌株,而突变株得以繁殖 ,成为优势菌群。此为抗生素对去抑制突变株的选择作用。ampR 突变可产生缺陷型AmpR, 不受诱导剂及其它调节基因的影响 ,失去调控 ampC 转录的能力 ,AmpCB2 内酰胺酶呈持续高表示。3 B- 内酰胺类抗生素的诱导作用B2 内酰胺类抗生素能与细菌青霉素结合蛋白(PBP) 形成共价键 ,抑制其活性。 PBP 是位于细菌内膜表面的酶 ,参与肽聚糖的合成。高分子量PBP la, 1b, 2,3 为细菌生长所必须
13、, PBP la, 1b为转肽酶及转糖苷酶 , 催化多聚糖链延伸及肽聚糖交联。 PBP2, 3 为转肽酶 , PBP2 启动新生肽聚糖插入延伸位点 , PBP3 特异作用于横隔形成 12 。低分子量PBP4, 5, 6a, 6b, 7非细菌生长所必须,多为D 2羧肽酶 ,能使五肽侧链末端D 2丙氨酸水解生成四肽。大肠埃希氏菌中有4 种不同的水解肽聚糖糖苷键的酶 ,其中 Slt70能与 PBP la, 1b和2 作用 ,肽链交联能阻断 Slt70与肽聚糖链作用 ,从而降低该酶的活性 14 。周质间隙中 B2 内酰胺类抗生素与PBP 结合导致肽聚糖合成与水解反应失衡。抗生素对D 2 羧肽酶 PBP
14、4, 5, 6a, 6b的抑制导致肽聚糖中五肽侧资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。链水平升高 ; 对 PBP la, 1b 和 ? 或 2 的抑制导致转肽酶活性丧失 , 胞壁质中肽链交联水平下降 , 造成 Slt70 等水解酶进一步降解胞壁质 15 。因而周质间隙中 N 2 乙酰胞壁酰肽积聚 , 其中最重要的降解产物 N 2 乙酰胞壁酰五肽被转运至胞质中 16 , 取代 UDP2N 2乙酰胞壁酰五肽与 AmpR结合 ,使 AmpR由抑制子变为激活子 8 。抑制 Slt70 活性可降低 B2 内酰胺类抗生素的诱导水平。 B2内酰胺类抗生素的诱导能力有显著差异 : 亚胺
15、培南是强诱导剂 ; 第三代头孢菌素类为弱诱导剂 , 但具选择性 ; 氨曲南和三唑巴坦则没有诱导性。这种差异和抗生素与 PBP 的亲和力不同有关。强诱导剂与 PBP的亲和力远远高于非诱导剂 , 且必须抑制细菌所有的羧肽酶及 PBP la, lb 和 ? 或 PBP2 19 。 D 24 质粒介导的 AmpC B-内酰胺酶编码 AmpC B2内酰胺酶的基因常见于染色体上,近年来出现了向质粒转移的趋势。 质粒中的 ampC没有调控基因 , 呈持续高表示 , 且由于质粒的快速复制和可转移性,造成了更多的菌株耐药。第一个被报道的质粒介导的AmpC B2内酰胺酶是M IR2l,据 DNA 序列分析 ,其来
16、源于阴沟肠杆菌的染色体。当前,质粒编码的AmpC B2内酰胺酶分布于世界各地,并以平均每年发现 l 2个新质粒的速度增加。J ing等 17 发现了克 6 6 1 国外医药抗生素分册年 7 月第 23 卷第4期? 1995 - Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.雷伯氏菌产生的新的 AmpC B2内酰胺酶 CM Y28, 其核苷酸及氨基酸序列与 CM Y21、 MOX21 高度相关 , 可能具有相同的起源 , 且 3 种酶的底物轮廓高度相似 , 均介资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除
17、。导细菌对头孢噻吩、头孢噻肟高度耐药。质粒编码的与染色体编码的AmpC B2内酰胺酶具不同程度的同源性 (37% 99% ) 。阴沟肠杆菌、弗氏柠檬酸杆菌、摩氏摩根菌产生的染色体编码的AmpCB2 内酰胺酶分别与以下3 组质粒编码的 AmpC B2内酰胺酶高度相关 : CM Y2 3, LA T 1 4 (98%氨基酸同源 ) ;MR I(90% 氨基酸同源 ) ,ACT 21;DAH21 。1999 年Delph ine 等 19 发现蜂房哈夫尼菌产生的染色体编码的 AmpC B2内酰胺酶与来自肺炎克雷伯氏菌的 ACC2 1 有一定的同源性。这些表明质粒编码的 AmpC B2内酰胺酶源自肠杆
18、菌科细菌 9 。但 AmpC B2内酰胺酶如何由染色体编码转向质粒编码仍不清楚,值得深入研究。5 结束语AmpC B2内酰胺酶的分子生物学研究为寻找和设计新型抗生素和酶抑制剂提供了新靶位。但从AmpCB2 内酰胺酶的诱导产生及质粒介导的AmpC B2内酰胺酶的出现不难看出 ,随着越来越多的新型抗生素应用于临床 ,细菌也不断经过耐药性逃避厄运。耐药性是细菌针对抗生素应用造成的选择压力而进化的必然结果 18 。质粒或染色体介导的耐药性一般只发生在少数细菌内 , 只有当占优势的敏感菌因抗生素的选择作用被消灭 , 耐药菌才能得以大量繁殖。抗生素的广泛应用特别是滥用造成了耐药性的发展 , 因此控制耐药性不能单纯寄希望于开发和研制新的抗生素 , 临床实践中特别要注意严格掌握用药适应证 , 合理使用超广谱 B2内酰胺类抗生素 ,加强细菌耐药性监测及医院内严格