【前沿速递】艰难发展的多黏菌素——耐药机制及现状

多黏菌素耐药基因mcr-1近年来，抗菌药物不合理使用，使得细菌耐药问题越来越严重，特别是多重耐药（MDR）菌出现，尤其是对碳青霉烯类抗菌药物的耐药问题，已成为威胁全球公共卫生健康的重要问题之一。目前尚无新的针对性抗菌药物被研发，而多黏菌素作为最后一道防线用于临床上MDR革兰阴性菌感染的治疗，使其再度成为世界关注的焦点。然而，2015年我国首次报道质粒介导的多黏菌素耐药基因mcr-1出现,引起全球轰动，亦对临床感染性疾病的治疗提出了巨大挑战。

图1 多黏菌素化学结构


1.多黏菌素作用机制多粘菌素的抗菌作用机制尚存在争议，基于其生物物理研究已提出多种模型。目前公认其抗菌作用机制分两个阶段：首先，在液体环境下，带正电荷的多粘菌素与外膜(outermembrane，OM)上带负电荷类脂 A 发生静电结合，导致外膜膨胀；随后，通过“自促摄取”机制透过外膜，破坏细胞膜磷脂双层的物理完整性，导致渗透失衡，使细胞内的核苷酸、氨基酸、磷酸盐等重要成分外漏，抑制细菌的生长或导致细菌死亡。


2.多黏菌素耐药机制2.1 染色体介导的多黏菌素耐药革兰氏阴性菌对多黏菌素的耐药分为先天性耐药和获得性耐药。多黏菌素 B 和多黏菌素E存在交叉耐药，以往的研究发现，多黏菌素的耐药机制主要由染色体介导产生（见图2[9]）。



图2 多黏菌素的耐药机制（1）脂多糖修饰（lipopolysaccharide modifications）是革兰阴性菌对多黏菌素主要耐药机制（见图3）。带正电荷的4-氨基-4-去氧-L-阿拉伯糖（4-amino-4-deoxy-L-arabinose，L-Ara4N）或磷酸乙醇胺（ phosphoethanolamine ，PEtN）修饰脂质 A 带负电荷的磷酸基团，前者强于后者，使脂多糖表面总净负电荷减少，从而降低多黏菌素与细菌外膜的静电作用，减弱多黏菌素与细菌初始结合位点的结合力，继而耐药。这主要通过调节PhoP/PhoQ 和PmrA/PmrB 双元件系统（two-component system，TCS）来抵抗阳离子抗菌肽。TCSs 由外界环境刺激或内部特定基因的突变而被激活，引起LPS结构修饰的改变，从而降低多黏菌素与细胞外膜的亲和性。

图3 脂多糖修饰机制 (2) 外排泵机制：一类特殊的存在于革兰阴性菌细胞膜上转运蛋白，将细胞膜周质间隙的多黏菌素排到细胞外，减少与内膜发挥抗菌作用的药物浓度，从而导致耐药。（3）过度表达细胞外膜蛋白 OprH，导致低水平耐药。有研究显示在铜绿假单胞菌中，无论是低K+外界环境还是本身基因突变所导致的外膜蛋白OprH高表达，都会引起细菌对多黏菌素耐药。（4）有研究表明鲍曼不动杆菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌对多黏菌素存在异质性耐药。2.2 质粒介导的多黏菌素耐药2015年底，中国学者Liu等第一次报道质粒介导的多黏菌素耐药基因mcr-1(mobile colistin resistance)，并由接合试验证实该基因可通过接合性质粒在细菌间传播。为了鉴定导致多粘菌素抗性的基因，对质粒pHNSHP45（GenBank登录号KP347127）进行了完全测序，结果显示质粒为64015bp，平均GC含量43.0％,见图4。迄今发现的mcr-1基因多位于细菌质粒上，主要包括下列不相容性分型的质粒：IncI2、IncI1、IncHI2、IncHI1、IncP、IncX4、IncFI、IncFII、IncN和IncK等。质粒大小不一(32~400kb)，以IncI2和IncX4最常见，世界多国有报道。Laurent等通过对mcr-1阳性的序列进行比对提出mcr-1位于一个2607bp的称作“mcr-1 cassette”的结构上，该结构能够整体移动，拥有自己的启动序列。

图4 大肠杆菌SHP45携带mcr-1基因质粒pHNSHP45的结构

3. 多黏菌素耐药现状由于质粒介导的mcr-1基因可以在不同菌株间进行水平传播，致使动物源性多黏菌素类药物耐药率趋高，而临床有关携带mcr-1多黏菌素耐药菌株的报道也随之增多。大肠埃希菌为携带mcr-1 的最常见菌种,自mcr-1 报道以来, 肠杆菌科中的其他细菌也陆续有mcr-1 的检出,包括肺炎克雷伯菌、沙门菌、阴沟肠杆菌和弗氏枸橼酸杆菌等10余种。携带mcr-1的菌种具有多样性,其分布也具有广泛性。mcr-1 阳性菌已遍布世界五大洲,目前在世界30 多个国家已有mcr-1 的报道。其中,亚洲mcr-1 的流行现状最为严峻,mcr-1检出率高于欧洲等其他国家和地区。从国内水平来看,mcr-1 广泛分布于我国多个城市和地区。Liu等对2007-2016年我国CARST细菌耐药监测网从全国28家三级甲等医院收集的3854株大肠埃希菌和2410株肺炎克雷伯菌进行mcr-1基因检测。3854株大肠埃希菌中，共筛选出34株mcr-1阳性菌，2007-2008年、2009-2010年均未有mcr-1的检出，2011-2012年、2013-2014年和2015-2016年mcr-1检出率分别为1.44%、1.37%和1.80%，十年间零散检出5株mcr-1阳性肺炎克雷伯菌。2014-2015年全球SENTRY监测结果显示，大肠埃希菌分离株中mcr-1的检出率升高（32.2％的粘菌素耐药菌株检测出mcr-1），但SENTRY调查的总菌数中检出率非常低（<0.1％），所有肺炎克雷伯菌分离株都没有检测到mcr-1。我国于2017年4月1日起，全面禁止多黏菌素作为饲料添加剂应用于畜禽业，多黏菌素在我国尚未正式投入临床使用，在此情况下即产生了mcr-1的全国范围内流行，应当引起高度重视。在当前细菌耐药形势严峻的情况下，多黏菌素这个“老抗菌药”虽然发展艰难，但它仍被认为是一种治疗多重耐药革兰阴性菌感染的有效药物，在临床上市成为必然趋势
。
主要参考文献
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作者：王 珊 吕 媛北京大学临床药理研究所审稿：余方友 上海肺科医院

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