肺炎鏈球菌耐藥相關基因的研究進展

張少毅

【摘要】肺炎鏈球菌是一種主要引起肺炎的病原菌，近年來抗生素濫用導致國內外均出現肺炎鏈球菌臨床菌株對青霉素、紅霉素、四環素等耐藥，而且喹諾酮類藥物耐藥性也呈逐年升高的趨勢，耐2種以上藥物的肺炎鏈球菌也頻繁出現，基因突變被認為是目前耐藥形成的主要原因。本文主要就大環內酯類抗生素和β-內酰胺類抗生素耐藥相關基因以及二元信號傳導系統影響耐藥性形成進行闡述。闡明肺炎鏈球菌對抗生素的耐藥分子機制，對于臨床藥物的選擇以及把握抗生素作用靶點都具有指導意義。

【關鍵詞】肺炎鏈球菌；耐藥性；基因突變；二元信號系統

1、肺炎鏈球菌對大環內酯類和β-內酰胺類抗生素耐藥分子機制

臨床上抗生素藥物不規則使用以及用量的增加是造成耐藥菌株出現的主要原因，肺炎鏈球菌對大環內酯類抗生素耐藥機制主要包括抗生素作用靶點改變、主動外排、修飾酶的產生使藥物失活等。對β-內酰胺類抗生素耐藥機制主要包括產生β-內酰胺酶產生使藥物水解、細菌細胞膜通透性改變、細菌表面青霉素結合蛋白（penicillin-binding proteins，PBPs）突變等。erm基因編碼23SRNA甲基化酶，使核糖體相關酶發生甲基化，進而使核糖體作用的靶位發生改變，此機制能夠引起對多種藥物的交叉耐藥。因肺炎鏈球菌不產生β-內酰胺酶，因此β-內酰胺類抗生素耐藥與β-內酰胺酶無關，又革蘭陽性菌細胞壁呈較大網狀支架結構，因而膜通透性改變對肺炎鏈球菌耐藥性影響很小。研究發現肺炎鏈球菌表面結合蛋白（PBPs）的突變常常導致耐藥的產生，其中pbp2x、pbp2b和pbp1a基因突變與對青霉素的耐藥性密切相關，而且pbp2x聯合pbp2b突變常導致低水平耐藥；pbp2x、pbp2b和pbp1a同時突變導致高水平耐藥，有趣的是，只有在pbp1a突變的前提下才能夠啟動pbp2x聯合pbp2b突變耐藥機制[7]。

2、紅霉素耐藥基因erm、mef

大環內酯類抗菌藥物主要作用于肺炎鏈球菌23S核糖體， erm基因表達后其編碼的23SrRNA甲基化酶使抗菌藥物作用的靶位發生甲基化，藥物作用親和力下降產生紅霉素高水平耐藥。而mefA基因表達會使細菌主動外排作用增強，抗菌藥物將在其泵動力作用下被排出，導致紅霉素耐藥。研究顯示， erm和mef兩種基因任一基因的表達或共同表達均可致紅霉素耐藥。而且erm（B）和mef（A）基因的共同表達易于出現多重耐藥，具有erm（B）和mef（A）基因的分離株的重組率在統計學上高于其他的分離株，這兩種基因的同時出現可能與高重組率相關，這也可能是多重耐藥的肺炎鏈球菌分離株頻繁出現的原因之一，但是也證明了erm（B）和mef（A）基因的攝取與菌株突變的頻率沒有相關性，另外，在除了環丙沙星的大多數抗菌藥物中突變菌株比非突變株不表現出高耐藥率。相反，具有erm（B）和mef （A）基因的肺炎鏈球菌分離株比僅具有mef（A）基因和紅霉素敏感株表現高的重組率，也比僅具有erm（B）基因的分離株的重組率高。

3、pbps基因

青霉素結合蛋白PBPs普遍存在于各種病原菌表面，在細胞壁合成過程中主要起到轉肽基作用，其次還具有羧肽基作用。PBPs酶活性可因與β-內酰胺類抗生素共價結合使其親和力下降甚至喪失，細胞壁合成受阻，使細菌無法承受高滲壓力而崩解后死亡。近年來，對細菌細胞膜的深入研究發現，青霉素結合蛋白是β-內酰胺類抗生素作用的靶酶，青霉素結合蛋白（PBPs）共有6個亞單位，即PBP1a、PBP1b、PBP2a、PBP2b、PBP2x和PBP3。β-內酰胺類抗生素通過與PBPs上的酶活性位點絲氨酸親核基因發生共價結合，產生酰胺酶復合物，從而細菌的細胞分裂作用受到抑制。研究結果表明耐藥菌株pbp2x、pbp2b和pbp1a存在廣泛變異，譜型和敏感菌株多有不同，因此肺炎鏈球菌耐藥主要與pbp1a、pbp2b、pbp2x變異有關。

4、二元信號傳導系統（TCSS）

生物細胞的生命活動過程中不斷與環境信號進行交換，其中信號傳導系統是細胞接受信息并做出反應的物質基礎。細菌信號傳導系統由跨膜的傳感器蛋白（sensor protein，SP）和位于胞漿中的反應調節蛋白（response regulator protein，RRP）組成，磷酸化或去磷酸化激活后可與靶基因啟動子區DNA結合，上調或下調靶基因表達水平。肺炎鏈球菌CiaH為SP，CiaR為RRP，組成一個完整的TCSS；肺炎鏈球菌的二元信號調節系統影響β-內酰胺類藥物的敏感性、自溶作用、抑菌素的產生、感受態的形成、在宿主中的定植和毒性。在自然狀態下，已經發現的二元信號系統有CiaH/CiaR二元信號系統其磷酸化和去磷酸化將對其下游的靶分子起到調控作用，CiaR磷酸化水平低下時細菌耐藥性明顯增強[10]。Pkn2也是肺炎鏈球菌SP，但至今尚未發現其RRP。研究資料顯示，二元信號系統是肺炎鏈球菌的一種與PBPs突變無關、由Pkn2及CiaH/CiaR介導PBPs表達下調的β-內酰胺類抗生素耐藥新機制。

6、展望

目前的研究認為感受態是肺炎鏈球菌的重要生理特征，感受態的形成與細菌生長、毒力因子生成、孢子形成、耐藥性產生、質粒整合、基因轉化等都有密切關系。感受態相關基因是在感受態形成中才大量表達的特殊基因，它與感受態形成密切相關。我們已經在轉錄水平上了解到感受態相關基因comE被激活后可啟動包括自身操縱子在內的多基因表達，多個基因的共同表達使細菌處于感受態狀態后使細菌內部外部基因發生轉化，然而至今我們仍不清楚蛋白comE激活后，下游基因表達和轉化抑制作用由哪些基因控制，因此需要我們進一步對相關基因進行進一步研究。

【參考文獻】

[1]沈麗珍，張愛鳴， 陳素菜，等.肺炎鏈球菌的感染分布與耐藥性分析[J].中國衛生檢驗雜志，2013， 12： 046.

[2]樊歡，孫愛華，夏肖萍，等.肺炎鏈球菌comD/E/C 基因重組表達及ComD/C與β-內酰胺類抗生素耐藥的相關性[J].浙江大學學報：醫學版， 2009， 38（3）： 276-282.