AmpC B内酰胺酶分子生物学的研究进展.docx

AmpC B内酰胺酶分子生物学的研究进展.docx

《AmpC B内酰胺酶分子生物学的研究进展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《AmpC B内酰胺酶分子生物学的研究进展.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

AmpCB内酰胺酶分子生物学的研究进展

文章编号:

100128751（2002）0420165203

AmpCB-内酰胺酶的分子生物学研究进展

蔡琰　综述　　范昕建　吕晓菊　审校

（四川大学华西医院传染科,　成都610041）

　　摘要:

　AmpCB2内酰胺酶是属Bush功能分类É群,Ambler分子分类C类的头孢菌素酶,主要由染色体介导

产生,不被克拉维酸抑制,能水解第三代头孢菌素、头霉素等广谱B2内酰胺类抗生素。

AmpCB2内酰胺酶的表达受

amp复合操纵子调控,与肽聚糖合成密切相关。

amp复合操纵子由ampC、ampR、ampD和ampG构成,分别编码

AmpCB2内酰胺酶、转录调节因子AmpR,N2乙酰葡萄糖胺2L2丙氨酸酰胺酶AmpD和膜结合转运蛋白AmpG。

其

中AmpR与UDP2N2乙酰胞壁酰五肽结合可抑制ampC转录,与N2乙酰胞壁酰酐三肽结合可激活ampC转录。

调

控基因突变及B2内酰胺类抗生素的诱导作用均可使肽聚糖合成与水解反应失衡,导致N2乙酰胞壁酰酐肽积聚,从

而使AmpCB2内酰胺酶的产量提高。

近年来,质粒编码的AmpCB2内酰胺酶逐渐增多,源于肠杆菌科细菌,与染色

体编码的AmpCB2内酰胺酶在分子结构上具不同程度的同源性。

AmpCB2内酰胺酶的诱导产生及质粒编码的

AmpCB2内酰胺酶的出现是细菌针对抗生素造成的选择压力而进化的结果,临床实践中必须慎用超广谱B2内酰胺

类抗生素。

关键词:

　AmpCB2内酰胺酶;　B2内酰胺耐药性;　去抑制突变;　诱导作用

中图分类号:

　Q556+.4,Q756　　　文献标识码:

　A

收稿日期:

2001211204

作者简介:

蔡琰,女,生于1977年,在读硕士研究生,主要从事感染性疾病及细菌耐药机制研究。

　　B2内酰胺类抗生素是临床常用且有效的抗感染

药物,但是细菌几乎对每一种新的B2内酰胺类抗生素

都出现了耐药性。

产生B2内酰胺酶是革兰氏阴性杆菌

最重要的耐药机制[1]。

目前新的B2内酰胺酶中,以超广

谱酶（extended2spectrumbeta2lactamases,ESBL）和

AmpCB2内酰胺酶最具临床意义。

ESBL是由质粒介

导的、能赋予细菌对多种B2内酰胺类抗生素耐药的一

类酶[2],主要由大肠埃希氏菌和克雷伯氏菌产生。

1　AmpCB-内酰胺酶的发现和一般特性

AmpCB2内酰胺酶由革兰氏阴性杆菌产生,不被

克拉维酸抑制,因其优先底物是头孢菌素类抗生素又

称头孢菌素酶,属Bush功能分类É群,Ambler分子

分类C类[3]。

最初AmpCB2内酰胺酶由染色体介导自

然产生,主要见于阴沟肠杆菌、弗氏柠檬酸杆菌、粘质

沙雷氏菌及铜绿假单胞菌。

1967年Hennessey[4]报道

了一种阴沟肠杆菌产生的可诱导的B2内酰胺酶,即目

前所知的染色体介导的AmpCB2内酰胺酶。

20世纪

80年代以后,许多质粒介导的AmpCB2内酰胺酶被陆

续报道。

根据能否被B2内酰胺类抗生素诱导,AmpCB2

内酰胺酶又可分为诱导酶和非诱导酶。

后者存在于大

肠埃希氏菌及志贺氏菌中。

而肠杆菌、摩氏摩根菌、弗

氏柠檬酸杆菌等细菌中,AmpCB2内酰胺酶可被诱导

产生,因为这些细菌中有AmpCB2内酰胺酶的调节基

因ampR[5,6],而产生非诱导性AmpCB2内酰胺酶的细

菌缺乏该基因。

据报道,将弗氏柠檬酸杆菌中的ampC

与ampR克隆至大肠埃希氏菌后,大肠埃希氏菌中的

AmpCB2内酰胺酶可被诱导表达[7]。

产AmpCB2内酰

胺酶的细菌对第二和第三代头孢菌素类、头霉素类、单

环内酰胺类、酶抑制剂耐药,且肠杆菌科细菌往往同时

带有氨基糖苷类、氯霉素、四环素等药物的耐药基因,

造成多重耐药,对于这些耐药株,碳青霉烯类抗生素是

最有效的药物。

2　AmpCB-内酰胺酶基因表达的调控机理（AmpC酶是AmpCβ内酰胺酶的简称。

是由肠杆菌科细菌或和绿脓假单胞菌的染色体或质粒介导产生的一类β内酰胺酶,属β内酰胺酶Ambler分子结构分类法中的C类和BushJacobyMedeiros功能分类法中第一群,即作用于头孢菌素、且不被克拉维酸所抑制的β内酰胺酶。

故AmpC酶又称作为头孢菌素酶。

）

2.1　amp复合操纵子

AmpCB2内酰胺酶的表达受amp复合操纵子调

控,由4个不连续基因ampC、ampR、ampD、ampG构

成（图1）。

ampC是结构基因,编码AmpCB2内酰胺酶。

ampR与ampC相邻排列在染色体上,呈逆向转录,编

码AmpCB2内酰胺酶的转录调节因子AmpR[8]。

AmpR属lysR调节子家族,结合在ampR-ampC间

区的DNA上,与ampC启动基因及ampR操纵基因直

接相互作用[9],在有诱导剂时起激活子作用,没有诱导

剂时起抑制子作用[9]。

ampD位于远处染色体上,编码

N2乙酰葡萄糖胺2L2丙氨酸酰胺酶（AmpD）,参与粘肽

代谢。

ampG编码转膜蛋白AmpG,在AmpCB2内酰胺

酶的表达调控中起向胞浆内传递诱导信号的作用[10]。

·561·国外医药抗生素分册2002年7月第23卷第4期

©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.

图1　　AmpC的表达调控

2.2　AmpCB2内酰胺酶基因表达与肽聚糖代谢关系

AmpCB2内酰胺酶的诱导与细胞壁的代谢直接相

关[11]。

在细胞代谢过程中,水解酶降解胞壁质产生N2

乙酰葡萄糖胺2N2乙酰胞壁酰三肽,具透性酶活性的

AmpG将其转至胞浆,继而被AmpD水解,或先由细

胞质B2N2乙酰氨基葡糖苷酶（cytosolicB2N2

acetylglucosaminidase,Gmase）降解为N2乙酰胞壁酰

三肽,再被AmpD水解。

两种水解方式均产生L2丙氨

酰2D2谷氨酰2消旋二氨基二酸三肽,参与粘肽循环,生

成胞壁质主要前体物质UDP2N2乙酰胞壁酰五肽[12]。

研究表明,UDP2N2乙酰胞壁酰五肽能与AmpR结

合,改变其与ampC启动基因的联系,抑制其对RNA

聚合酶转录活性的促进作用。

N2乙酰胞壁酰三肽则能

与UDP2N2乙酰胞壁酰五肽竞争与AmpR结合,从而

解除其抑制作用,恢复AmpR激活ampC转录的功

能[13]。

由此可见,AmpCB2内酰胺酶的表达受到胞浆

内这两种肽的相对水平的调控[11]。

此外,Dietz等[16]研

究发现N2乙酰葡萄糖胺2N2乙酰胞壁酰五肽也可被

AmpG转运至胞浆,其水解产物N2乙酰胞壁酰五肽

亦可取代UDP2N2乙酰胞壁酰五肽与AmpR结合,使

AmpR由抑制子变为激活子。

2.3　调控基因突变

在正常生长条件下,野生型菌株中AmpR主要与

UDP2N2乙酰胞壁酰五肽结合,ampC转录处于受抑制

状态,只产生极微量的酶。

但是阴沟肠杆菌、弗氏柠檬

酸杆菌、铜绿假单胞菌等野生型群体在自然状态下就

可以10-5～10-7频率发生去抑制突变,其中完全去抑

制型的AmpCB2内酰胺酶产量可比突变前提高1000

倍以上。

去抑制突变的主要是ampD突变,产生有缺陷

的AmpD,致使N2乙酰胞壁酰三肽大量积聚于胞浆

内,而UDP2N2乙酰胞壁酰五肽生成量减少,与AmpR

的结合位点被取代,AmpR变成激活子。

使用B2内酰

胺类抗生素将清除敏感菌株,而突变株得以繁殖,成为

优势菌群。

此为抗生素对去抑制突变株的选择作用。

ampR突变可产生缺陷型AmpR,不受诱导剂及其他

调节基因的影响,失去调控ampC转录的能力,AmpC

B2内酰胺酶呈持续高表达。

3　B-内酰胺类抗生素的诱导作用

B2内酰胺类抗生素能与细菌青霉素结合蛋白

（PBP）形成共价键,抑制其活性。

PBP是位于细菌内膜

表面的酶,参与肽聚糖的合成。

高分子量PBPla,1b,2,

3为细菌生长所必需,PBPla,1b为转肽酶及转糖苷

酶,催化多聚糖链延伸及肽聚糖交联。

PBP2,3为转肽

酶,PBP2启动新生肽聚糖插入延伸位点,PBP3特异

作用于横隔形成[12]。

低分子量PBP4,5,6a,6b,7非细

菌生长所必需,多为D2羧肽酶,能使五肽侧链末端D2

丙氨酸水解生成四肽。

大肠埃希氏菌中有4种不同的

水解肽聚糖糖苷键的酶,其中Slt70能与PBPla,1b和

2作用,肽链交联能阻断Slt70与肽聚糖链作用,从而

降低该酶的活性[14]。

周质间隙中B2内酰胺类抗生素与

PBP结合导致肽聚糖合成与水解反应失衡。

抗生素对

D2羧肽酶PBP4,5,6a,6b的抑制导致肽聚糖中五肽侧

链水平升高;对PBPla,1b和ö或2的抑制导致转肽酶

活性丧失,胞壁质中肽链交联水平下降,造成Slt70等

水解酶进一步降解胞壁质[15]。

因而周质间隙中N2乙

酰胞壁酰肽积聚,其中最重要的降解产物N2乙酰胞壁

酰五肽被转运至胞质中[16],取代UDP2N2乙酰胞壁酰

五肽与AmpR结合,使AmpR由抑制子变为激活

子[8]。

抑制Slt70活性可降低B2内酰胺类抗生素的诱

导水平。

B2内酰胺类抗生素的诱导能力有显著差异:

亚

胺培南是强诱导剂;第三代头孢菌素类为弱诱导剂,但

具选择性;氨曲南和三唑巴坦则没有诱导性。

这种差异

和抗生素与PBP的亲和力不同有关。

强诱导剂与PBP

的亲和力远远高于非诱导剂,且必需抑制细菌所有的

D2羧肽酶及PBPla,lb和ö或PBP2[19]。

4　质粒介导的AmpCB-内酰胺酶

编码AmpCB2内酰胺酶的基因常见于染色体上,

近年来出现了向质粒转移的趋势。

质粒中的ampC没

有调控基因,呈持续高表达,且由于质粒的快速复制和

可转移性,造成了更多的菌株耐药。

第一个被报道的

质粒介导的AmpCB2内酰胺酶是MIR2l,据DNA序

列分析,其来源于阴沟肠杆菌的染色体。

目前,质粒编

码的AmpCB2内酰胺酶分布于世界各地,并以平均每

年发现l～2个新质粒的速度增加。

Jing等[17]发现了克

·661·国外医药抗生素分册2002年7月第23卷第4期

©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.

雷伯氏菌产生的新的AmpCB2内酰胺酶CMY28,其核

苷酸及氨基酸序列与CMY21、MOX21高度相关,可能

具有相同的起源,且3种酶的底物轮廓高度相似,均介

导细菌对头孢噻吩、头孢噻肟高度耐药。

质粒编码的与染色体编码的AmpCB2内酰胺酶

具不同程度的同源性（37%～99%）。

阴沟肠杆菌、弗氏

柠檬酸杆菌、摩氏摩根菌产生的染色体编码的AmpC

B2内酰胺酶分别与以下3组质粒编码的AmpCB2内酰

胺酶高度相关:

CMY2～3,LAT1～4（98%氨基酸同

源）;MRI（90%氨基酸同源）,ACT21;DAH21。

1999年

Delphine等[19]发现蜂房哈夫尼菌产生的染色体编码

的AmpCB2内酰胺酶与来自肺炎克雷伯氏菌的ACC2

1有一定的同源性。

这些表明质粒编码的AmpCB2内

酰胺酶源自肠杆菌科细菌[9]。

但AmpCB2内酰胺酶如

何由染色体编码转向质粒编码仍不清楚,值得深入研

究。

5　结束语

AmpCB2内酰胺酶的分子生物学研究为寻找和设

计新型抗生素和酶抑制剂提供了新靶位。

但从AmpC

B2内酰胺酶的诱导产生及质粒介导的AmpCB2内酰胺

酶的出现不难看出,随着越来越多的新型抗生素应用

于临床,细菌也不断通过耐药性逃避厄运。

耐药性是细

菌针对抗生素应用造成的选择压力而进化的必然结

果[18]。

质粒或染色体介导的耐药性一般只发生在少数

细菌内,只有当占优势的敏感菌因抗生素的选择作用

被消灭,耐药菌才能得以大量繁殖。

抗生素的广泛应用

尤其是滥用造成了耐药性的发展,所以控制耐药性不

能单纯寄希望于开发和研制新的抗生素,临床实践中

尤其要注意严格掌握用药适应证,合理使用超广谱B2

内酰胺类抗生素,加强细菌耐药性监测及医院内严格

的消毒隔离制度。

参考文献

[1]NordmannP,NoasT.Theincreasingproblemof

resistancetocephalosporins.[J].CurrOpinInfDis,

1997,l0:

435

[2]　孙长贵,陈汉美.超广谱B2内酰胺酶的研究进展.[J].国

外医药抗生素分册,2000,21（3）:

111

[3]BushK,JacobyGA,MedeirosAA.Afunctional

classificationschemeforbeta2lactamasesandits

correlationwithmolecularstructure.[J].Antimicrob

AgentsChemother,l995,39

:

1211

[4]HennesseyTD.InducibleB2lactamaseinEnterbacter

cloacae.[J].JGenMicrobiol,1967,49:

277

[5]LindbergF,NormarkS.Contributionofchromosome

B2lactamasetoB2lactamresistanceinEnterobacteria.

[J].RevinfectDis,l986,8:

s292

[6]LindqustS,LindbergF,NormarkS.Bindingofthe

CitrobacterfreudiiAmpRregulatortoasingnalDNA

siteprovidesbothautoregulationandactivationofthe

inducibleampCB2lactamasegene.[J].JBacteriol,l989,

171:

3746

[7]LingdergF,LindqustS,NormarkS.Inactivationofthe

ampDgenecausessemi2consitiveoverproductionofthe

inducibleCitrobacterfreundiiB2lactamase.[J].J

Bacterial,l987,l69:

1923

[8]JacobsC,FrereJM,NormarkS.Cytosolicintermediates

force1lwallbiosynthesisanddegradationcontrol

induciblebeta2lactamaseresistanceinGram2negative

bacteria.[J].Cell,l997,88.823

[9]CirlichD,NaasT,BellaisS.Biochemical2genetic

characterizationandregulationofexpressionofanAcc2I2

likechromosome2bornecephalosporinasefromHafnia

alvei.[J].AntimicrobAgentsChemother,2000,44

:

l470

[10]StapletonP,ShannonK,PhillipsI.DNAsequence

differencesofampDmutantsofCitrobacterfreundii.

[J].AntimicrobAgentsChemother,1995,39（11）:

2494

[11]JacobsC.Lifeinthebalance:

cellwallsandantibiotic

resistance.[J].Science,1997,278（5344）:

1731

[12]王以光,主译.抗生素——多学科研究入门.[M].北京:

人

民卫生出版社,1998

[13]张磊.AmpCB2内酰胺酶:

抗感染治疗面临的新挑战.[J].

国外医药抗生素分册,2000,21（3）:

116

[14]BramhillD.Bacteriacelldivision.[J].AnnuRevCell

DevBiol,1997;13:

395

[15]WiedemannB.B2lactamaseinductionandcellwall

recyclinginGram2negativebacteria.[J].DrugResist

Updates,l998,1:

223

[16]DietzH,PteitleD,SchwarzU.ThesignalmoleculeforB2

lactamaseintroductioninEnterbactercloacaeisthe

anhydromuramylpentapeptide.[J].AntimicrobAgents

Chemother,1997,41:

2113

[17]YanJJ,WuSM,TsaiSH.PrevalenceofSHV212among

clinicalisolatesofKlebsiellapneumoniaproducing

extended2spectrumB2lactamasesandidentificationofa

novelAmpCenzyme（CMY28）inSoutherTainan.[J].

AntimicrobAgentsChemother,2000,44

:

1438

[18]邢旺兴.论抗生素与细菌的耐药性.[J].医学与哲学,

1998,19

（1）:

1

[19]DieteP,EvaJ,BerndW.Roleofpenicillin2binding

proteinsintheinitiationoftheAmpCB2lactamase

ExpressioninEnterobactercloacae.[J].Antimicrob

AgentsChemother,2000,44

（1）:

169

·761·国外医药抗生素分册2002年7月第23卷第4期

©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.作者单位:

200003上海,第二军医大学附属长征医院实验诊断

科

·继续教育园地·

AmpCβ内酰胺酶的检测

赵虎　孔宪涛

　　AmpCβ内酰胺酶（简称AmpC酶）是由肠杆菌科细菌或

/和绿脓假单胞菌的染色体或质粒介导产生的一类β内酰胺

酶,属β内酰胺酶Ambler分子结构分类法中的C类和Bush2

Jacoby2Medeiros功能分类法中第一群,即作用于头孢菌素、

且不被克拉维酸所抑制的β内酰胺酶。

故AmpC酶又称作

为头孢菌素酶[1,2]。

AmpC酶按其产生的方式分为3类:

诱导高产酶、持续

高产酶和持续低产酶[2,3]。

（1）诱导高产酶:

AmpC酶的合成

往往与β2内酰胺类抗生素的存在有关。

绝大部分肠杆菌科

细菌和绿脓假单胞菌在正常条件下（即无β内酰胺类抗生素

存在的条件下）只产生少量的AmpC酶。

而当有诱导作用的

β内酰胺类抗生素存在的条件下,AmpC酶的产量明显增加,

增加的范围在100～1000倍之间。

（2）持续高产酶:

另有一

部分产AmpC酶的菌株不论在有无β内酰胺类抗生素存在

的条件下均可持续高水平产生AmpC酶,其原因为去阻遏突

变,即调控基因之一的ampD基因发生突变,产生的有缺陷

的AmpD蛋白,不能与另一种调控蛋白—AmpR蛋白结合形

成复合物,AmpR蛋白即以激活子状态发挥激活作用,引起

AmpC酶的大量表达。

质粒介导的AmpC酶往往都属于此

类AmpC酶。

产生这种AmpC酶的细菌对临床的危害最大,

是临床微生物实验室检测的重点。

（3）持续低产酶:

还有极

少部分产AmpC酶的菌株,不论在有无β内酰胺类抗生素的

存在的条件下均持续低水平的产生AmpC酶,其原因可能是

另一种调节基因—ampR基因发生突变,产生有缺陷的

AmpR蛋白,不能在无β内酰胺类抗生素存在的条件下起到

抑制子的作用,也不能在有β内酰胺类抗生素存在的条件下

起到激活子的作用,故AmpC酶得以持续低水平地表达。

检

测不同类型的AmpC酶或检测产不同类型AmpC酶的菌株,

其方法也有所不同。

近年来,随着β内酰胺类抗生素、尤其是头孢菌素的广

泛应用,产AmpC酶的革兰阴性杆菌越来越多见,尤其是出

现了（去阻遏）持续高产AmpC酶和质粒介导的AmpC酶,导

致耐药菌株广泛传播和临床对该类细菌感染的治疗困难,已

引起临床的高度重视,故检测AmpC酶具有非常重要的临床

意义。

目前已陆续报道了多种检测AmpC酶的方法,除改良的

三维试验较为经典外,其他的检测方法还不成熟,尚在摸索、

试验阶段,检测的结果也各不相同。

现讲述如下。

一、头孢西丁敏感试验[4]

AmpC酶可以水解头孢西丁（FOX）,即产AmpC酶的菌

株对头孢西