肺炎链球菌耐药相关基因的研究进展

【摘要】肺炎链球菌是一种主要引起肺炎的病原菌，近年来抗生素滥用导致国内外均出现肺炎链球菌临床菌株对青霉素、红霉素、四环素等耐药，而且喹诺酮类药物耐药性也呈逐年升高的趋势，耐2种以上药物的肺炎链球菌也频繁出现，基因突变被认为是目前耐药形成的主要原因。本文主要就大环内酯类抗生素和β-内酰胺类抗生素耐药相关基因以及二元信号传导系统影响耐药性形成进行阐述。阐明肺炎链球菌对抗生素的耐药分子机制，对于临床药物的选择以及把握抗生素作用靶点都具有指导意义。

【关键词】肺炎链球菌；耐药性；基因突变；二元信号系统

1、肺炎链球菌对大环内酯类和β-内酰胺类抗生素耐药分子机制

临床上抗生素药物不规则使用以及用量的增加是造成耐药菌株出现的主要原因，肺炎链球菌对大环内酯类抗生素耐药机制主要包括抗生素作用靶点改变、主动外排、修饰酶的产生使药物失活等。对β-内酰胺类抗生素耐药机制主要包括产生β-内酰胺酶产生使药物水解、细菌细胞膜通透性改变、细菌表面青霉素结合蛋白（penicillin-binding proteins，PBPs）突变等。erm基因编码23SRNA甲基化酶，使核糖体相关酶发生甲基化，进而使核糖体作用的靶位发生改变，此机制能够引起对多种药物的交叉耐药。因肺炎链球菌不产生β-内酰胺酶，因此β-内酰胺类抗生素耐药与β-内酰胺酶无关，又革兰阳性菌细胞壁呈较大网状支架结构，因而膜通透性改变对肺炎链球菌耐药性影响很小。研究发现肺炎链球菌表面结合蛋白（PBPs）的突变常常导致耐药的产生，其中pbp2x、pbp2b和pbp1a基因突变与对青霉素的耐药性密切相关，而且pbp2x联合pbp2b突变常导致低水平耐药；pbp2x、pbp2b和pbp1a同时突变导致高水平耐药，有趣的是，只有在pbp1a突变的前提下才能够启动pbp2x联合pbp2b突变耐药机制[7]。

2、红霉素耐药基因erm、mef

大环内酯类抗菌药物主要作用于肺炎链球菌23S核糖体， erm基因表达后其编码的23SrRNA甲基化酶使抗菌药物作用的靶位发生甲基化，药物作用亲和力下降产生红霉素高水平耐药。而mefA基因表达会使细菌主动外排作用增强，抗菌药物将在其泵动力作用下被排出，导致红霉素耐药。研究显示， erm和mef两种基因任一基因的表达或共同表达均可致红霉素耐药。而且erm（B）和mef（A）基因的共同表达易于出现多重耐药，具有erm（B）和mef（A）基因的分离株的重组率在统计学上高于其他的分离株，这两种基因的同时出现可能与高重组率相关，这也可能是多重耐药的肺炎链球菌分离株频繁出现的原因之一，但是也证明了erm（B）和mef（A）基因的摄取与菌株突变的频率没有相关性，另外，在除了环丙沙星的大多数抗菌药物中突变菌株比非突变株不表现出高耐药率。相反，具有erm（B）和mef （A）基因的肺炎链球菌分离株比仅具有mef（A）基因和红霉素敏感株表现高的重组率，也比仅具有erm（B）基因的分离株的重组率高。

3、pbps基因

青霉素结合蛋白PBPs普遍存在于各种病原菌表面，在细胞壁合成过程中主要起到转肽基作用，其次还具有羧肽基作用。PBPs酶活性可因与β-内酰胺类抗生素共价结合使其亲和力下降甚至丧失，细胞壁合成受阻，使细菌无法承受高渗压力而崩解后死亡。近年来，对细菌细胞膜的深入研究发现，青霉素结合蛋白是β-内酰胺类抗生素作用的靶酶，青霉素结合蛋白（PBPs）共有6个亚单位，即PBP1a、PBP1b、PBP2a、PBP2b、PBP2x和PBP3。β-内酰胺类抗生素通过与PBPs上的酶活性位点丝氨酸亲核基因发生共价结合，产生酰胺酶复合物，从而细菌的细胞分裂作用受到抑制。研究结果表明耐药菌株pbp2x、pbp2b和pbp1a存在广泛变异，谱型和敏感菌株多有不同，因此肺炎链球菌耐药主要与pbp1a、pbp2b、pbp2x变异有关。

4、二元信号传导系统（TCSS）

生物细胞的生命活动过程中不断与环境信号进行交换，其中信号传导系统是细胞接受信息并做出反应的物质基础。细菌信号传导系统由跨膜的传感器蛋白（sensor protein，SP）和位于胞浆中的反应调节蛋白（response regulator protein，RRP）组成，磷酸化或去磷酸化激活后可与靶基因启动子区DNA结合，上调或下调靶基因表达水平。肺炎链球菌CiaH为SP，CiaR为RRP，组成一个完整的TCSS；肺炎链球菌的二元信号调节系统影响β-内酰胺类药物的敏感性、自溶作用、抑菌素的产生、感受态的形成、在宿主中的定植和毒性。在自然状态下，已经发现的二元信号系统有CiaH/CiaR二元信号系统其磷酸化和去磷酸化将对其下游的靶分子起到调控作用，CiaR磷酸化水平低下时细菌耐药性明显增强[10]。Pkn2也是肺炎链球菌SP，但至今尚未发现其RRP。研究资料显示，二元信号系统是肺炎链球菌的一种与PBPs突变无关、由Pkn2及CiaH/CiaR介导PBPs表达下调的β-内酰胺类抗生素耐药新机制。

6、展望

目前的研究认为感受态是肺炎链球菌的重要生理特征，感受态的形成与细菌生长、毒力因子生成、孢子形成、耐药性产生、质粒整合、基因转化等都有密切关系。感受态相关基因是在感受态形成中才大量表达的特殊基因，它与感受态形成密切相关。我们已经在转录水平上了解到感受态相关基因comE被激活后可启动包括自身操纵子在内的多基因表达，多个基因的共同表达使细菌处于感受态状态后使细菌内部外部基因发生转化，然而至今我们仍不清楚蛋白comE激活后，下游基因表达和转化抑制作用由哪些基因控制，因此需要我们进一步对相关基因进行进一步研究。

【参考文献】

[1]沈丽珍，张爱鸣， 陈素菜，等.肺炎链球菌的感染分布与耐药性分析[J].中国卫生检验杂志，2013， 12： 046.

[2]樊欢，孙爱华，夏肖萍，等.肺炎链球菌comD/E/C 基因重组表达及ComD/C与β-内酰胺类抗生素耐药的相关性[J].浙江大学学报：医学版， 2009， 38（3）： 276-282.