沙門氏菌對β-內(nèi)酰胺藥物耐藥性的研究進展

文/貴州大學生命科學學院 曹正花

沙門氏菌對β-內(nèi)酰胺藥物耐藥性的研究進展

文/貴州大學生命科學學院 曹正花

沙門氏菌是全球公認的主要動物源性細菌傳染病菌之一，且居于引起食源性疾病的病原菌之首。近年來也有研究表明，動物源耐藥菌可以通過食物鏈將耐藥性傳遞給人源致病菌，對人類健康構(gòu)成嚴重的威脅。目前治療該病主要使用抗生素，但由于人類不合理使用抗菌藥物，造成沙門氏菌耐藥性很普遍，影響藥物的療效甚至無效。而β-內(nèi)酰胺類抗生素是抗菌藥物中應用最為普遍的類型，但隨著該類藥物的大量使用，耐藥性問題也越來越突出。因此，文章就沙門氏菌本身相關(guān)情況、β-內(nèi)酰胺抗菌藥物抗菌機制、沙門氏菌對β-內(nèi)酰胺抗菌藥物耐藥機制、耐藥現(xiàn)狀及預防措施等方面進行綜述。

沙門氏菌；內(nèi)酰胺抗菌藥物；耐藥性

1　沙門氏菌的相關(guān)研究

1.1沙門氏菌概述

沙門氏菌（Salmonellosis）這一名稱是為紀念美國獸醫(yī)師丹尼爾·E·沙門（Daniel E Salmon）而命名的，他在1885年第一次分離得到豬霍亂沙門氏菌。沙門氏菌屬是腸桿菌科中的重要成員之一，屬于血清學相關(guān)的革蘭氏陰性桿菌，不產(chǎn)生芽孢，也無莢膜，大小為（2.0～5.0）μm×（0.7～1.5）μm，其間由短絲狀形成。除雞傷寒沙門氏菌和雞白痢沙門氏菌沒有鞭毛，不能運動外，其他各種菌都以周生鞭毛運動，而且大部分沙門氏菌具有I型鞭毛。沙門氏菌屬的培養(yǎng)特性與埃希氏菌屬類似，在普通培養(yǎng)基上生長較好，需氧及兼性厭氧，培養(yǎng)溫度為37℃左右，pH 7.4～7.6［1，2］。只有羊流產(chǎn)沙門氏菌、甲型副傷寒沙門氏菌、雞白痢氏菌和雞傷寒沙門氏菌等在肉湯瓊脂培養(yǎng)基上生長狀況較差，形成較小的菌落。在腸道桿菌或鑒別性選擇培養(yǎng)基上，大部分沙門氏菌菌株由于不發(fā)酵乳糖而形成無色菌落。本屬在培養(yǎng)基上有S-R變異。

沙門氏菌屬可以分為邦戈爾沙門氏菌和腸道沙門氏菌2個種，而腸道沙門氏菌又包括6個亞種。沙門氏菌具有O、H、K和菌毛4種抗原，其中前2種為主要抗原。沙門氏菌屬根據(jù)不一樣的K抗原、O抗原和H抗原分為不同的血清型［3］。到目前為止，被發(fā)現(xiàn)的沙門氏菌共有52個O群，64種H抗原，59種O抗原，組成了2，600種以上的血清型，除了邦戈爾沙門氏菌含有不到11個罕見的血清型外，其余血清型都屬于腸道沙門氏菌。

1.2沙門氏菌的危害

分布極為廣泛的沙門氏菌，大多數(shù)在人和動物體內(nèi)寄生，可以使得人和動物患有傷寒、副傷寒、胃腸炎和敗血癥等疾病，更為嚴重的還可以引起懷孕母畜流產(chǎn)。不但使得畜禽死亡，還會由于生長遲緩、產(chǎn)量下降等原因?qū)е轮卮蟮慕?jīng)濟損失。沙門氏菌作為造成人類食物中毒的主要病原菌之一，據(jù)衛(wèi)生組織報告，1985年以來，在世界范圍內(nèi)，由其引起的食物中毒已經(jīng)確診的人類患病人數(shù)顯著增加，有些歐洲國家已經(jīng)增加到5倍以上。在我國，據(jù)資料統(tǒng)計，細菌性食物中毒中，70%～80%是由于沙門氏菌引起的，而在引起沙門氏菌中毒的食品中，90%以上是肉類等動物性產(chǎn)品。沙門氏菌污染主要來源于患病的人和動物以及帶菌者，主要由于其糞便、尿、乳汁以及流產(chǎn)胎兒、胎衣和羊水排出的病菌污染水源、土壤和飼料等。當動物因為某些因素導致抵抗力下降時，腸道中的沙門氏菌即可經(jīng)腸系膜淋巴結(jié)合組織進入血液引起全身感染甚至死亡，在養(yǎng)殖過程中的成批死亡將會導致大量經(jīng)濟的損失，給商家造成了破壞性的損失［4～6］。

2　β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物的研究

2.1β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物相關(guān)研究

β-內(nèi)酰胺類抗生素（β-lactams）是指化學結(jié)構(gòu)中包含β-內(nèi)酰胺環(huán)的一大類抗生素，最常用的有青霉素與頭孢菌素。青霉素于1929年被發(fā)現(xiàn)，是最先于臨床使用的β-內(nèi)酰胺類抗生素。隨后，1945年，頭孢菌素C被發(fā)現(xiàn)，這兩類是β-內(nèi)酰胺類抗生素的代表藥物。20世紀60～70年代，又發(fā)現(xiàn)了以6-氨基青霉烷酸（6-ApA）及7-氨基頭孢烷酸（7-ACA）為母核的半合成青霉素類及頭孢霉素類抗生素。此后，克拉維酸（又稱棒酸）、硫霉素等β-內(nèi)酰胺酶抑制劑繼而發(fā)現(xiàn)。在此基礎上，又分別發(fā)展了一系列非典型β-內(nèi)酰胺類抗生素，如單環(huán)內(nèi)酰胺類、氧青霉烯、碳青霉烯、碳頭孢烯等。由于此類抗生素具有殺菌活性強、毒性低、適應癥廣及臨床療效好等優(yōu)點而被廣泛應用。因為本類抗菌藥物化學結(jié)構(gòu)，特別是側(cè)鏈的改變合成了許多不同抗菌譜和抗菌作用以及各種臨床藥理學特性的抗生素［7］。

自從1940年青霉素應用以來，該類抗菌藥物因其治療效果較好，被首選用于G+球菌所引起的感染疾病，對人體細胞毒性小而且價格低廉，得到廣泛應用。目前，青霉素類抗生素已經(jīng)從抗陽性窄譜系列發(fā)展到廣譜系列。已有報道的新型青霉素有福米西林、替莫西林、阿撲西林、阿帕西林等。但隨著青霉素類抗菌藥物在臨床的廣泛應用，其不足之處也逐漸顯現(xiàn)出來，主要有：穩(wěn)定性差，抗菌譜較窄，口服種類少，肌肉注射也常常會引起局部地方疼痛。鑒于上述問題，有待研制開發(fā)出更有效的新型青霉素。

頭孢菌素類抗菌藥物屬于7-氨基頭孢烷酸的衍生物，是在20世紀50年代開始使用的。由于頭孢菌素比青霉素的β-內(nèi)酰胺環(huán)擴張幅度小，因此其結(jié)構(gòu)比青霉素更佳穩(wěn)固，而且具有殺菌作用強、抗菌范圍廣泛、能抗青霉素酶、過敏反應等多重優(yōu)點。到目前為止，頭孢菌素類抗菌藥物中的頭孢烯類已經(jīng)從第1代發(fā)展到第4代，頭霉烯類和氧頭霉烯類已使頭孢菌素從抗需氧菌發(fā)展到抗需氧菌和抗厭氧菌的雙重廣譜作用。

β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物一直是世界各國醫(yī)藥界研制和開發(fā)的重點藥物之一，不斷有新的品種研發(fā)出來，經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，取得了比較驚人的成就，具有很好的應用前景。但是，由于人類對抗菌藥物的不合理使用，甚至濫用，產(chǎn)生大量的耐藥菌株，導致許多抗生素的作用效果降低或無效。所以應加緊研發(fā)新藥，同時還應該注意抗生素的合理使用，只有這樣，抗生素才能成為一個低毒、高效、造福于人類的藥物。

2.2β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物抗菌機制

β-內(nèi)酞胺類抗菌藥物既能以共價鍵與細菌細胞壁合成所需要的青霉素結(jié)合蛋白（PBPs）結(jié)合，也能共價結(jié)合轉(zhuǎn)肽酶，使其活性丟失，從而阻礙敏感菌內(nèi)轉(zhuǎn)肽的交叉聯(lián)結(jié)受體，導致細胞壁缺損，造成菌體內(nèi)的滲透壓增高，使細胞外的水分不斷滲入菌體內(nèi)，從而引起菌體膨脹變形，加上激活自溶酶，致使細菌最終破碎死亡。此類抗菌藥物對革蘭氏陽性菌的殺菌效果較好，因為革蘭氏陽性細菌的細胞壁主要含有肽聚糖，占細胞壁重量的65%～95%，而對革蘭氏陰性菌的作用差，因為革蘭氏陰性菌細胞壁主要含有的成分是磷脂，肽聚糖僅占1%～10%，它們主要影響正在繁殖的細菌細胞，因此這類抗生素被稱為繁殖期殺菌劑。

2.3沙門氏菌對β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物耐藥機理

沙門氏菌對β-內(nèi)酞胺類抗菌藥物產(chǎn)生耐藥性的機理主要有以下3種：沙門氏菌可以產(chǎn)生β-內(nèi)酞胺酶，水解β-內(nèi)酞胺類抗生素，使抗生素失活；沙門氏菌PBPs的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使其與抗生素的親和力下降；沙門氏菌細胞壁的細胞膜通透性發(fā)生改變，形成一道有力屏障，阻礙β-內(nèi)酞胺類抗生素進入。在以上耐藥機制中，產(chǎn)生β-內(nèi)酞胺酶是沙門氏菌耐藥的主要原因，約有80%沙門氏菌的耐藥性與其相關(guān)［8］。2.3.1 沙門氏菌產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶，使易感抗生素被分解而滅活 隨著新型β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物的研發(fā)和臨床使用，新的β-內(nèi)酰胺酶也層出不窮，主要發(fā)現(xiàn)的包括青霉素酶、超廣譜β-內(nèi)酰胺酶、頭孢菌素酶和金屬酶等。超廣譜β-內(nèi)酰胺酶（ESBLs）和頭孢菌素酶（AmpC酶）最近幾年越來越受關(guān)注，但是因為這兩種抗菌藥物具有水解底物范圍廣，耐藥程度強，容易傳播等缺點，所以可使得產(chǎn)β-內(nèi)酰胺酶的沙門氏菌對β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物產(chǎn)生高度的耐藥性。ESBLs主要是由沙門氏菌β-內(nèi)酰胺酶基因衍生，大多數(shù)由質(zhì)粒介導，比較容易傳播，可水解青霉素、頭孢菌素及單環(huán)β-酰胺類藥物，但對頭霉素、第4代頭孢菌素和碳青霉稀類抗生素敏感。在綠膿假單胞菌中可產(chǎn)生AmpC酶，介導此酶產(chǎn)生的基因可以存在于染色體上，也可存在于質(zhì)粒上，能作用于青霉素、頭孢菌素、頭霉素和單環(huán)β-酰胺類抗生素，但對碳青霉烯類抗生素仍敏感，可被3-氨基苯酚硼酸（APB）、氟氯西林（FCC）等抑制。近10年來，沙門氏菌對β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物耐藥的主要機制之一是產(chǎn)生ESBLs和AmpC酶，特別是質(zhì)粒ESBLs和AmpC酶介導的耐藥。

2.3.2β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物作用靶位PBPs的變化，使藥物的抗菌作用受到抑制 當存在細菌體內(nèi)的靶位點位發(fā)生相應改變，則β-內(nèi)酰胺類抗生素與PBPs的結(jié)合就會受到阻礙，從而產(chǎn)生耐藥性。PBPs的改變主要包括抗生素與PBPs的親和力降低、PBPs數(shù)量增多或缺失以及產(chǎn)生新的PBPs，這些原因都可以使得β-內(nèi)酰胺類藥物失去抗菌作用。PBPs改變引起的耐藥性不依賴于β-內(nèi)酰胺酶，耐藥性一旦出現(xiàn)，同源的PBPs染色體基因可部分轉(zhuǎn)移至相關(guān)菌株，在細菌中迅速傳播而帶來危害。由于β-內(nèi)酰胺類抗生素有多個作用靶位，PBPs介導的對β-內(nèi)酰胺類藥物的耐藥性由多種因素決定。因此，只有當所有的β-內(nèi)酰胺類抗生素作用靶位點的親和力均降低或與其結(jié)合受到阻礙時，沙門氏菌才能達到對該類藥物較高的耐藥性。

2.3.3沙門氏菌細胞壁或外膜的通透性改變，使β-內(nèi)酰胺類抗生素不能或很少進入菌體內(nèi)到達作用靶位 由于沙門氏菌細胞膜通透性或其他特性發(fā)生變化而導致抗菌藥物到達不了細菌體內(nèi)或者引起細菌菌體內(nèi)藥物攝取量的減少，使得抗菌藥物濃度在細菌體內(nèi)降低而發(fā)生耐藥。在沙門氏菌的外膜上含有許多蛋白，其中主要的有蛋白K、PhoE、OmpR、OmpF、OmpC、Lama 5種不同的孔蛋白。其中，在這5種重要的蛋白中有4種外膜孔蛋白可以作為多種抗生素進入沙門氏菌胞質(zhì)間隙的通道，如β-內(nèi)酰胺類藥物就能通過沙門氏菌外膜孔蛋白（主要OmpF和OmpC）進入菌體細胞內(nèi)發(fā)揮抗菌作用，OmpF和OmpC的改變或表達減少可使沙門氏菌對多種β-內(nèi)酰胺類類抗生素敏感性下降。如果改變或使得沙門氏菌外膜蛋白缺失則可顯著導致沙門氏菌對β-內(nèi)酰胺類藥物產(chǎn)生耐藥性，但有些情況除外，如像頭孢拉定這種通透性較高的β-內(nèi)酰胺類藥在外膜孔蛋白缺失或減少的情況下，仍可保持較高的抗菌活性。

3　沙門氏菌對β-內(nèi)酰胺類抗菌藥耐藥現(xiàn)狀及預防措施

3.1沙門氏菌耐藥現(xiàn)狀

細菌對β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥是抗生素耐藥中非常普遍和重要的耐藥類型。目前，革蘭氏陰性桿菌中最引人注目的問題是細菌對第三代頭孢菌素等廣譜β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥。近年來，由于產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶的病原菌種類和數(shù)量連續(xù)不斷增加，β-內(nèi)酰胺類抗生素的治療效果大不如從前，病原菌對β-內(nèi)酰胺類抗生素的耐藥，已成為當前難治性感染的嚴重問題。在1999～2001年期間，新的耐藥酶型和出現(xiàn)細菌耐藥的國家都以3倍的速度增長，2004年有對沙門氏菌對β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥的國家已達到43個，其對β-內(nèi)酰胺類抗生素的耐藥率從0增長到3.4%。不同國家耐藥情況不同，例如在美國沙門氏菌對β-內(nèi)酰胺類抗生素的耐藥率為0.1%～1.9%，在臺灣為0.4%～1.5%，2004年沙門氏菌對頭孢菌素的耐藥率是3.4%，而且細菌產(chǎn)生的KPc類型的酶能耐所有的β-內(nèi)酰胺胺類抗生素［9～12］。

李淑芳等［13］在禽源大腸桿菌和沙門氏菌的分離鑒定與耐藥性檢測研究中發(fā)現(xiàn)，沙門氏菌對苯唑西林耐藥率最高，達90.91%，其次對氨芐西林和四環(huán)素耐藥率較高，分別為54.55%和36.36%。葉滿玉等［14］在豬雞致病性大腸桿菌和沙門菌對β-內(nèi)酰胺類藥耐藥表型和基因檢測的研究中發(fā)現(xiàn)，細菌對頭孢噻吩、頭孢他啶、頭孢泊肟、頭孢噻呋、頭孢噻肟、氨曲南、頭孢曲松、頭孢西丁、頭孢吡肟和亞胺培南的耐藥率分別為83.5%、63.4%、61.2%、57.4%、20.6%、12.8%、3.0%、3.0%、2.1%、0%。王銘杰等［15］對獸醫(yī)臨床分離的沙門氏菌的耐藥情況進行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沙門氏菌對土霉素已經(jīng)完全耐藥，耐藥率高達100%，對氨芐西林的耐藥率也達90%。由此表明，沙門氏菌耐藥菌對人類危害越來越嚴重，解決β-內(nèi)酰胺類藥物的耐藥性問題已成為全球性關(guān)注的熱點。

3.2預防措施

由于沙門氏菌的耐藥性情況越來越嚴重，因此在實際的生產(chǎn)生活中要制定合理的用藥計劃，防止沙門氏菌耐藥性更加無節(jié)制地產(chǎn)生與傳播，比如：①對臨床工作人員強化相關(guān)培訓工作，使他們能更為嫻熟地理解并應用抗生素的指相關(guān)原則，嚴格把關(guān)各類抗菌藥物對臨床癥狀適應特點，根據(jù)癥狀選用合理的抗菌藥物。②在使用治療性抗生素時，按常規(guī)進行細菌藥敏實驗，依據(jù)藥敏實驗結(jié)果，有針對性地選用抗菌藥物，是合理使用抗菌藥物的關(guān)鍵。③依據(jù)藥效學、藥動學來規(guī)劃給藥方案。根據(jù)藥效學特點，抗菌藥物可分為兩大類型：第一種是時間依賴型殺菌劑，其特點是無首次接觸效應，藥物濃度達到最小抑菌濃度即可有效殺滅細菌，加大藥物濃度并不能有效地增加藥物的抗菌活性，藥物維持在有效濃度以上的時間對預測殺菌力更為重要。因此，要用高效、長效藥物或每天多次給藥；第二種是濃度依賴型，特點是具有首次接觸效應和較長的抗生素后效應，如哇諾酮類、氨基糖苷類。因此，應大劑量每天給藥1～2次為宜。④在實際應用中，為了有效減輕細菌的耐藥性，如果已經(jīng)確定病原菌，要選擇窄譜抗生素，選用最佳給藥途徑，使用適當劑量，確定適宜療效，策略性替換用藥。⑤多展開細菌耐藥性監(jiān)測工作，更有效地了解耐藥菌種類及細菌耐藥性的相關(guān)形式，以此指導臨床合理用藥和治療［16］。⑥加緊對新型高效的抗菌藥物的研發(fā)，尋找更加有效的耐藥性抑制劑來抵制耐藥菌?！?/p>

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