几种细菌细胞壁变化对细菌耐药性的影响2009 级兽医学院动物科学类丁颖班 李桢 摘要 介绍了几种细菌因细胞壁变化而产生耐药性的耐药机制。说明 近年研究表明的细胞壁的不同变化产生了不同的耐药机制，以及如何 通过不同的机理作用于细菌，使细菌对不同的药物产生耐药性。关键词 细胞壁 耐药性 金黄色葡萄球菌 肠球菌 脓肿分枝杆菌 肺炎链球菌 铜绿假单胞菌 结核分枝杆菌 L 型引言细菌感染是多种疾病的病因。为治疗由细菌感染引起的疾病，抗生素和某些其他医疗技术在临床上大规模应用。正是由于这样，不少 细菌都有了具有耐药性的菌种。细菌耐药性由革兰氏阴性杆菌发展到 革兰氏阳性球菌，由院内感染发展到院外感染，耐药程度愈演愈烈， 有的已经产生了多重耐药性。细菌耐药性的产生机制极为复杂，除了 灭活酶等主要机制外，细菌细胞壁的变化也是耐药性的产生机制之一面介绍几种因细菌细胞壁变化而产生耐药性的例子。金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌是人类的一种重要病原菌，可引起如肺炎、肠炎、 心包炎甚至败血症等多种严重感染。有“嗜肉菌”之称。临床上常使 用红霉素、万古霉素等药物治疗。近年来，临床上已发现耐万古霉素金黄色葡萄球菌(VRSA)。细胞 壁增厚正是VRSA的耐药机制之一。葡萄球菌的细胞壁结构的主要成 分为肽聚糖，万古霉素为糖肽类抗生素，能和一个或多个肽聚糖合成 中间产物前体小肽D2丙氨酰，从而抑制转肽反应,进而结合成复合物,可以阻止细胞壁的合成，使细菌死亡。因为万古霉素的作用位点在细 胞壁上，细菌细胞壁的增厚导致万古霉素与肽聚糖的亲和力降低，阻 碍了万古霉素与作用位点的接近，从而导致对万古霉素的耐药。Hanaki 等采用透射电镜技术和高效液相色谱技术发现耐万古霉素金黄色葡萄 球菌的细胞壁明显比无耐药性的菌种增厚。肠球菌肠球菌是细菌一个属的名称，包括十二种及一个变异株。以粪肠 球菌为代表的肠球菌能引起尿路感染、化脓性腹部感染、败血症、脑 膜炎、心内膜炎等多种疾病。治疗肠球菌临床上也使用万古霉素治疗，不过和金黄色葡萄球菌 一样，肠球菌也对万古霉素产生了耐药性，耐药性肠球菌(VRE)的 数量也在不断增加。VRE的耐药是因为细菌细胞壁上的肽聚糖前体小 肽D-丙氨酰-D-丙氨酰(D-Ala-D-Ala)被D-丙氨酰-D-乳酸(D-Ala-D-Lac) 或D-丙氨酰-D-丝氨酸(D-Ala-D-Ser)取代，使D-丙氨酰-D-丙氨酰对万 古霉素等糖肽类抗生素的亲和力下降至原来的百分之一，因而表现出 对万古霉素的高度耐药性。根据 VRE 对万古霉素的耐药性、耐药表现 型(诱导型或固有型)及耐药因子是否能转移等特点,可将 VRE 基因型分为VanA,VanB,VanC,VanD,VanE等数种类型，近来，又发现有VanF和VanG等类型。其耐药性产生的机制为:Van A, BR组细胞壁结构中D-Ala-D-Ala末端被D-Lac取代,Van C和E组的D-Ala-D-Ala末端被D-Ser取代。脓肿分枝杆菌脓肿分枝杆菌属于速生非结核分枝杆菌(NTM)，常导致人局部 皮肤软组织和肺部感染，已成为 AIDS 患者最重要的机会性治病原因 之一。该菌对一线抗结核药物利福平(RFP)高度耐药。对脓肿分枝杆菌耐RFP的机制的研究发现，其靶蛋白一RNA聚合 酶也对 RFP 敏感,因此,其耐药机制与结核分枝杆菌并不相同。目前对 造成 NTM 高度耐药性的原因最普遍的观点是,由于其特有的细胞壁结 构，使得NTM对许多抗生素的通透性低下。根据沙巍等人的实验(在 含RFP的液体培养基中加入Tween 80以增加细菌细胞壁的通透性，观 察对RFP具不同MIC的脓肿分枝杆菌的生长在450 nm的光吸收值 (OD450)的变化，同时用电镜对脓肿分枝杆菌标准株、临床耐药株和敏 感株的细胞壁进行超微结构的观察。)结果显示, 脓肿分枝杆菌标准株、 临床耐药株和敏感株的细胞壁在电镜下的超微结构观察的结果也显示 出,在高耐药和敏感株之间的细胞壁结构存在着差异 ,主要表现为高度 耐药的菌株细胞壁内有薄层的深染线,而敏感株则较均匀。因而脓肿分 枝杆菌耐药株确实存在细胞壁通透性低下导致其耐药的机制。肺炎链球菌在自然界中分布广泛，常生活在正常人的鼻腔中，多 数不致病或致病性弱，少数则较强，是引起肺炎、中耳炎、鼻窦炎等 疾病的链球菌属细菌。长期以来,因肺炎链球菌对青霉素高度敏感,青霉 素被作为治疗其感染的首选良药。近年来,由于环境污染,抗生素在临床 治疗上的大量使用及不当使用,导致肺炎链球菌对青霉素和大环内酯类 抗生素表现出很高的耐药性 ,并呈现逐年增加的趋势 ,而且出现对其他 抗生素(如喹诺酮类抗生素等)的多重耐药性。肺炎链球菌对青霉素等0-内酞胺类抗生素的耐药机制主要是通过细菌青霉素结合蛋白基因改变,从而改变细胞壁上高分子量青霉素结合蛋白结构。而青霉素的作用首先是削弱细胞壁的功能，所以青霉素 结合蛋白结构的改变减少了其对抗生素分子亲和性，进而产生耐药性。 肺炎链球菌耐药菌株中有 50%多重耐药。铜绿假单胞菌(PAE)属于非发酵革兰阴性菌，分布广泛，生存简单, 是医院感染的主要条件致病菌之一,常常引起医院内免疫力低下患者的 感染,据报道,铜绿假单胞菌性肺炎致死率 30%,败血症患者的病死率高达 80%90%。铜绿假单胞菌对多种抗菌药物表现出固有与获得性多药耐药,一旦感染,临床治疗十分棘手。铜绿假单胞菌的耐药机制复杂,几乎具有目前所知道的细菌主要耐药机制。其中就包括类似上文肺炎链球菌对青霉素耐药的耐药机制。铜绿假单胞菌通过改变青霉素结合蛋白(PBPs)和DNA拓扑异构酶II 的结构，对卩-内酰胺类和喹诺酮类抗菌药物产生耐药。但通常认为革兰 阴性菌对B -内酰胺类抗菌药物的耐药性与PBPs的关系不如革兰阳性 菌明显和重要。铜绿假单胞菌细胞壁的外膜蛋白 D2 的丢失也是其耐药机制之一。OprD2是目前所知道的铜绿假单胞菌外膜中惟一对抗菌药物通透有意 义的孔道蛋白,具有配体特异性,能形成亚胺培南的特异结合位点。官兰 等获得的结果提示,OprD2基因缺失突变是导致OprD2丢失的分子基 础,这会导致铜绿假单胞菌对亚胺培南的耐药。因此,OprD2丢失是铜 绿假单胞菌对亚胺培南耐药的主要原因之一。铜绿假单胞菌还有一个耐药机制与细胞壁变化有关：外膜低通透性。绿假单胞菌的细胞壁两侧具有内外两层膜,其中内膜结构类似真核细胞的脂质双分子层,具有流动性;外膜有脂多糖、外膜蛋白和脂蛋白等 组成,其中脂多糖上的脂肪酸链为饱和脂肪酸链 ,且 67 条脂肪酸链相 互共价连接,导致外膜的流动性很低,脂溶性药物很难通过细菌外膜。水 溶性物质则主要通过外膜蛋白中的一种非特异性的、跨越细胞膜的孔 道冰溶性通道蛋白，即细胞膜上镶嵌的孔蛋白(porin)进入菌体,但铜绿 假单胞菌的外膜没有类似其他细菌的“高通透性”的孔蛋白,仅存在低 效率的微孔蛋白C(OprC),D(OprD)和E1(OprE1),相对分子质量分别 为(70、46、43)X103，这些孔道渗透速度仅为其他多数革兰阴性菌“典 型”高通透性孔蛋白通道的1%,有研究证明,铜绿假单胞菌的外膜通透 性仅为大肠埃希菌的 1%8%3。这一特点使抗菌药物很难通过铜绿假单胞菌的外膜,药物不易进入菌体,使得铜绿假单胞菌对不同结构的抗菌药物产生耐药,使其具有天然的耐药性。正是由于铜绿假单胞菌具有复杂的耐药机制，所以对化学药物抵 抗力强大，但庆大霉素、多粘菌素等对其有较好作用，有时必须联合 使用多种抗生素来年少耐药菌株的产生。结核分枝杆菌结核分枝杆菌感染可以引起结核病这种人兽共患的严重传染病,也 是人类历史上单一致病菌感染导致死亡率最高的感染性疾病。近年来 由于耐多药结核杆菌(MDR-TB)的出现与扩散以及AIDS的广泛传播, 使结核病出现了第三次世界流行高峰。利福平(RFP)是临床最常用的抗 结核一线药物之一,在结核病的治疗上具有非常重要的作用和显著的效 果。但是结核分枝杆菌对利福平的耐药率已高达 90%以上对结核病的治疗产生了严重的不良影响。研究表明，结核分枝杆菌耐药性可能与其染色体耐药基因 rpoB 突变有关，但亦可能与其细胞壁变化产生的影响有关。细胞壁缺陷是结 核分枝杆菌最常发生的变异现象之一,被认为是结核分枝杆菌生命周期 独特的一个形态时期或相。然而近年的研究发现,结核分枝杆菌不仅可 在人工培养基及动物体内自然发生细胞壁缺陷变异 ,而且也可在利福平、异烟肼和乙胺丁醇等抗结核药物的诱导下发生细胞壁缺陷变异形 成结核分枝杆菌稳定L型。结核分枝杆菌稳定L型对利福平、异烟肼、 乙胺丁醇形成耐药性,但其染色体上耐药相关基因并没有发生突变。除 染色体耐药相关基因突变可造成结核分枝杆菌形成耐药性外,细胞壁缺 陷也是造成结核分枝杆菌形成耐药性的一个重要机制。L 型细菌上文有提到结核分枝杆菌可自发也可用化学物质诱导发生变异形 成L型结核分枝杆菌，是为L型细菌之一。L型细菌的形成与长期大 量使用抗菌药物有关，并使细菌失去细胞壁。因此又称为细胞壁缺陷 菌(。ell 一 walldefieientbaeteria)。1935 年由英国李斯特(Lister)研究所 发现。研究表明，目前几乎所有细菌都可以形成L型，此外螺旋体、 真菌也可形成L型，通常要应用含3.5% 5%NaCI作为培养基。由于细菌失去了细胞壁，所以对作用于细胞壁而影响细胞壁合成 的抗菌药物可产生耐药性。例如兰州大学结核病研究中心的研究发现 L 型戈登菌对异烟肼、链霉素、吡嗪酰胺、乙胺丁醇、对氨基水杨酸 丙硫异烟胺、甲硝唑和呋喃唑酮具有耐药性。 L 型细菌应该采用直接 作用于细菌内部的抗生素治疗。总结总之，细菌细胞壁的各种变化都会或多或少地对该细菌对各种不 同抗生素的耐药性产生一定的影响。所以，为更好地对抗各种病原菌 必须要科学用药并对细菌的包括细胞壁变化在内的各种耐药机制展开 深入研究。但细菌细胞壁的变化并不是细菌产生耐药性的最主要原因， 要战胜各种病原菌还要同时抓牢对其他耐药机制特别是分子水平上形 成的耐药机制的研究。同时，滥用抗生素也会使细菌产生包括细胞壁 变化在内的各种耐药机制，所以合理应用抗生素也是临床上对抗各种 耐药病原菌的重要手段。参考文献1 陈方圆，马笑雪多重耐药性金黄色葡萄球菌(MRSA)的临床药物治疗及耐药机制研J微生物学杂志2010(30)71-742 马筱玲,张 涛 金黄色葡萄球菌细胞壁变化与对万古霉素耐药的关系 浙江检验医学 J 2008( 6) 12-153 CuiLZ, Ma XX, SatoK,et al. Cellwall thickening is a common feature of vancomycin resistance inStaphylococcus aureusJ. Clin Microbio,l 2003, 41(1): 5-14.4 马筱玲,王敬华,李 华,等.异质性万古霉素耐药葡萄球菌分离及生物学特性观察J中华微生物学和免疫学杂志,2004, 24(7): 583-586.5 岳 阳,董玉莹,于芝颖 抗甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌和耐万古霉素肠球菌药物的临床研究进展J中国新药杂志2010 (19)1131-11526 张 媛,张 鹏,吴尚为 耐万古霉素肠球菌耐药机制及实验室 检测的研究进展 J 中国医院感染学杂志 2008（17）1178-11807 顾觉奋，李振国 耐万古霉素金黄色葡萄球菌及抗VRSA感染药物的研究进展 J 抗感染药学 2009（2）73-768 王和 罗振华 徐艳 梁菁苹 细胞壁缺陷结核分枝杆菌耐药性的基因研究