沙门氏菌对β-内酰胺药物耐药性的研究进展

文/贵州大学生命科学学院 曹正花

沙门氏菌对β-内酰胺药物耐药性的研究进展

文/贵州大学生命科学学院 曹正花

沙门氏菌是全球公认的主要动物源性细菌传染病菌之一，且居于引起食源性疾病的病原菌之首。近年来也有研究表明，动物源耐药菌可以通过食物链将耐药性传递给人源致病菌，对人类健康构成严重的威胁。目前治疗该病主要使用抗生素，但由于人类不合理使用抗菌药物，造成沙门氏菌耐药性很普遍，影响药物的疗效甚至无效。而β-内酰胺类抗生素是抗菌药物中应用最为普遍的类型，但随着该类药物的大量使用，耐药性问题也越来越突出。因此，文章就沙门氏菌本身相关情况、β-内酰胺抗菌药物抗菌机制、沙门氏菌对β-内酰胺抗菌药物耐药机制、耐药现状及预防措施等方面进行综述。

沙门氏菌；内酰胺抗菌药物；耐药性

1　沙门氏菌的相关研究

1.1沙门氏菌概述

沙门氏菌（Salmonellosis）这一名称是为纪念美国兽医师丹尼尔·E·沙门（Daniel E Salmon）而命名的，他在1885年第一次分离得到猪霍乱沙门氏菌。沙门氏菌属是肠杆菌科中的重要成员之一，属于血清学相关的革兰氏阴性杆菌，不产生芽孢，也无荚膜，大小为（2.0～5.0）μm×（0.7～1.5）μm，其间由短丝状形成。除鸡伤寒沙门氏菌和鸡白痢沙门氏菌没有鞭毛，不能运动外，其他各种菌都以周生鞭毛运动，而且大部分沙门氏菌具有I型鞭毛。沙门氏菌属的培养特性与埃希氏菌属类似，在普通培养基上生长较好，需氧及兼性厌氧，培养温度为37℃左右，pH 7.4～7.6［1，2］。只有羊流产沙门氏菌、甲型副伤寒沙门氏菌、鸡白痢氏菌和鸡伤寒沙门氏菌等在肉汤琼脂培养基上生长状况较差，形成较小的菌落。在肠道杆菌或鉴别性选择培养基上，大部分沙门氏菌菌株由于不发酵乳糖而形成无色菌落。本属在培养基上有S-R变异。

沙门氏菌属可以分为邦戈尔沙门氏菌和肠道沙门氏菌2个种，而肠道沙门氏菌又包括6个亚种。沙门氏菌具有O、H、K和菌毛4种抗原，其中前2种为主要抗原。沙门氏菌属根据不一样的K抗原、O抗原和H抗原分为不同的血清型［3］。到目前为止，被发现的沙门氏菌共有52个O群，64种H抗原，59种O抗原，组成了2，600种以上的血清型，除了邦戈尔沙门氏菌含有不到11个罕见的血清型外，其余血清型都属于肠道沙门氏菌。

1.2沙门氏菌的危害

分布极为广泛的沙门氏菌，大多数在人和动物体内寄生，可以使得人和动物患有伤寒、副伤寒、胃肠炎和败血症等疾病，更为严重的还可以引起怀孕母畜流产。不但使得畜禽死亡，还会由于生长迟缓、产量下降等原因导致重大的经济损失。沙门氏菌作为造成人类食物中毒的主要病原菌之一，据卫生组织报告，1985年以来，在世界范围内，由其引起的食物中毒已经确诊的人类患病人数显著增加，有些欧洲国家已经增加到5倍以上。在我国，据资料统计，细菌性食物中毒中，70%～80%是由于沙门氏菌引起的，而在引起沙门氏菌中毒的食品中，90%以上是肉类等动物性产品。沙门氏菌污染主要来源于患病的人和动物以及带菌者，主要由于其粪便、尿、乳汁以及流产胎儿、胎衣和羊水排出的病菌污染水源、土壤和饲料等。当动物因为某些因素导致抵抗力下降时，肠道中的沙门氏菌即可经肠系膜淋巴结合组织进入血液引起全身感染甚至死亡，在养殖过程中的成批死亡将会导致大量经济的损失，给商家造成了破坏性的损失［4～6］。

2　β-内酰胺类抗菌药物的研究

2.1β-内酰胺类抗菌药物相关研究

β-内酰胺类抗生素（β-lactams）是指化学结构中包含β-内酰胺环的一大类抗生素，最常用的有青霉素与头孢菌素。青霉素于1929年被发现，是最先于临床使用的β-内酰胺类抗生素。随后，1945年，头孢菌素C被发现，这两类是β-内酰胺类抗生素的代表药物。20世纪60～70年代，又发现了以6-氨基青霉烷酸（6-ApA）及7-氨基头孢烷酸（7-ACA）为母核的半合成青霉素类及头孢霉素类抗生素。此后，克拉维酸（又称棒酸）、硫霉素等β-内酰胺酶抑制剂继而发现。在此基础上，又分别发展了一系列非典型β-内酰胺类抗生素，如单环内酰胺类、氧青霉烯、碳青霉烯、碳头孢烯等。由于此类抗生素具有杀菌活性强、毒性低、适应症广及临床疗效好等优点而被广泛应用。因为本类抗菌药物化学结构，特别是侧链的改变合成了许多不同抗菌谱和抗菌作用以及各种临床药理学特性的抗生素［7］。

自从1940年青霉素应用以来，该类抗菌药物因其治疗效果较好，被首选用于G+球菌所引起的感染疾病，对人体细胞毒性小而且价格低廉，得到广泛应用。目前，青霉素类抗生素已经从抗阳性窄谱系列发展到广谱系列。已有报道的新型青霉素有福米西林、替莫西林、阿扑西林、阿帕西林等。但随着青霉素类抗菌药物在临床的广泛应用，其不足之处也逐渐显现出来，主要有：稳定性差，抗菌谱较窄，口服种类少，肌肉注射也常常会引起局部地方疼痛。鉴于上述问题，有待研制开发出更有效的新型青霉素。

头孢菌素类抗菌药物属于7-氨基头孢烷酸的衍生物，是在20世纪50年代开始使用的。由于头孢菌素比青霉素的β-内酰胺环扩张幅度小，因此其结构比青霉素更佳稳固，而且具有杀菌作用强、抗菌范围广泛、能抗青霉素酶、过敏反应等多重优点。到目前为止，头孢菌素类抗菌药物中的头孢烯类已经从第1代发展到第4代，头霉烯类和氧头霉烯类已使头孢菌素从抗需氧菌发展到抗需氧菌和抗厌氧菌的双重广谱作用。

β-内酰胺类抗菌药物一直是世界各国医药界研制和开发的重点药物之一，不断有新的品种研发出来，经过近几十年的发展，取得了比较惊人的成就，具有很好的应用前景。但是，由于人类对抗菌药物的不合理使用，甚至滥用，产生大量的耐药菌株，导致许多抗生素的作用效果降低或无效。所以应加紧研发新药，同时还应该注意抗生素的合理使用，只有这样，抗生素才能成为一个低毒、高效、造福于人类的药物。

2.2β-内酰胺类抗菌药物抗菌机制

β-内酞胺类抗菌药物既能以共价键与细菌细胞壁合成所需要的青霉素结合蛋白（PBPs）结合，也能共价结合转肽酶，使其活性丢失，从而阻碍敏感菌内转肽的交叉联结受体，导致细胞壁缺损，造成菌体内的渗透压增高，使细胞外的水分不断渗入菌体内，从而引起菌体膨胀变形，加上激活自溶酶，致使细菌最终破碎死亡。此类抗菌药物对革兰氏阳性菌的杀菌效果较好，因为革兰氏阳性细菌的细胞壁主要含有肽聚糖，占细胞壁重量的65%～95%，而对革兰氏阴性菌的作用差，因为革兰氏阴性菌细胞壁主要含有的成分是磷脂，肽聚糖仅占1%～10%，它们主要影响正在繁殖的细菌细胞，因此这类抗生素被称为繁殖期杀菌剂。

2.3沙门氏菌对β-内酰胺类抗菌药物耐药机理

沙门氏菌对β-内酞胺类抗菌药物产生耐药性的机理主要有以下3种：沙门氏菌可以产生β-内酞胺酶，水解β-内酞胺类抗生素，使抗生素失活；沙门氏菌PBPs的结构发生变化，使其与抗生素的亲和力下降；沙门氏菌细胞壁的细胞膜通透性发生改变，形成一道有力屏障，阻碍β-内酞胺类抗生素进入。在以上耐药机制中，产生β-内酞胺酶是沙门氏菌耐药的主要原因，约有80%沙门氏菌的耐药性与其相关［8］。2.3.1 沙门氏菌产生β-内酰胺酶，使易感抗生素被分解而灭活 随着新型β-内酰胺类抗菌药物的研发和临床使用，新的β-内酰胺酶也层出不穷，主要发现的包括青霉素酶、超广谱β-内酰胺酶、头孢菌素酶和金属酶等。超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）和头孢菌素酶（AmpC酶）最近几年越来越受关注，但是因为这两种抗菌药物具有水解底物范围广，耐药程度强，容易传播等缺点，所以可使得产β-内酰胺酶的沙门氏菌对β-内酰胺类抗菌药物产生高度的耐药性。ESBLs主要是由沙门氏菌β-内酰胺酶基因衍生，大多数由质粒介导，比较容易传播，可水解青霉素、头孢菌素及单环β-酰胺类药物，但对头霉素、第4代头孢菌素和碳青霉稀类抗生素敏感。在绿脓假单胞菌中可产生AmpC酶，介导此酶产生的基因可以存在于染色体上，也可存在于质粒上，能作用于青霉素、头孢菌素、头霉素和单环β-酰胺类抗生素，但对碳青霉烯类抗生素仍敏感，可被3-氨基苯酚硼酸（APB）、氟氯西林（FCC）等抑制。近10年来，沙门氏菌对β-内酰胺类抗菌药物耐药的主要机制之一是产生ESBLs和AmpC酶，特别是质粒ESBLs和AmpC酶介导的耐药。

2.3.2β-内酰胺类抗菌药物作用靶位PBPs的变化，使药物的抗菌作用受到抑制 当存在细菌体内的靶位点位发生相应改变，则β-内酰胺类抗生素与PBPs的结合就会受到阻碍，从而产生耐药性。PBPs的改变主要包括抗生素与PBPs的亲和力降低、PBPs数量增多或缺失以及产生新的PBPs，这些原因都可以使得β-内酰胺类药物失去抗菌作用。PBPs改变引起的耐药性不依赖于β-内酰胺酶，耐药性一旦出现，同源的PBPs染色体基因可部分转移至相关菌株，在细菌中迅速传播而带来危害。由于β-内酰胺类抗生素有多个作用靶位，PBPs介导的对β-内酰胺类药物的耐药性由多种因素决定。因此，只有当所有的β-内酰胺类抗生素作用靶位点的亲和力均降低或与其结合受到阻碍时，沙门氏菌才能达到对该类药物较高的耐药性。

2.3.3沙门氏菌细胞壁或外膜的通透性改变，使β-内酰胺类抗生素不能或很少进入菌体内到达作用靶位 由于沙门氏菌细胞膜通透性或其他特性发生变化而导致抗菌药物到达不了细菌体内或者引起细菌菌体内药物摄取量的减少，使得抗菌药物浓度在细菌体内降低而发生耐药。在沙门氏菌的外膜上含有许多蛋白，其中主要的有蛋白K、PhoE、OmpR、OmpF、OmpC、Lama 5种不同的孔蛋白。其中，在这5种重要的蛋白中有4种外膜孔蛋白可以作为多种抗生素进入沙门氏菌胞质间隙的通道，如β-内酰胺类药物就能通过沙门氏菌外膜孔蛋白（主要OmpF和OmpC）进入菌体细胞内发挥抗菌作用，OmpF和OmpC的改变或表达减少可使沙门氏菌对多种β-内酰胺类类抗生素敏感性下降。如果改变或使得沙门氏菌外膜蛋白缺失则可显著导致沙门氏菌对β-内酰胺类药物产生耐药性，但有些情况除外，如像头孢拉定这种通透性较高的β-内酰胺类药在外膜孔蛋白缺失或减少的情况下，仍可保持较高的抗菌活性。

3　沙门氏菌对β-内酰胺类抗菌药耐药现状及预防措施

3.1沙门氏菌耐药现状

细菌对β-内酰胺类抗生素耐药是抗生素耐药中非常普遍和重要的耐药类型。目前，革兰氏阴性杆菌中最引人注目的问题是细菌对第三代头孢菌素等广谱β-内酰胺类抗生素耐药。近年来，由于产生β-内酰胺酶的病原菌种类和数量连续不断增加，β-内酰胺类抗生素的治疗效果大不如从前，病原菌对β-内酰胺类抗生素的耐药，已成为当前难治性感染的严重问题。在1999～2001年期间，新的耐药酶型和出现细菌耐药的国家都以3倍的速度增长，2004年有对沙门氏菌对β-内酰胺类抗生素耐药的国家已达到43个，其对β-内酰胺类抗生素的耐药率从0增长到3.4%。不同国家耐药情况不同，例如在美国沙门氏菌对β-内酰胺类抗生素的耐药率为0.1%～1.9%，在台湾为0.4%～1.5%，2004年沙门氏菌对头孢菌素的耐药率是3.4%，而且细菌产生的KPc类型的酶能耐所有的β-内酰胺胺类抗生素［9～12］。

李淑芳等［13］在禽源大肠杆菌和沙门氏菌的分离鉴定与耐药性检测研究中发现，沙门氏菌对苯唑西林耐药率最高，达90.91%，其次对氨苄西林和四环素耐药率较高，分别为54.55%和36.36%。叶满玉等［14］在猪鸡致病性大肠杆菌和沙门菌对β-内酰胺类药耐药表型和基因检测的研究中发现，细菌对头孢噻吩、头孢他啶、头孢泊肟、头孢噻呋、头孢噻肟、氨曲南、头孢曲松、头孢西丁、头孢吡肟和亚胺培南的耐药率分别为83.5%、63.4%、61.2%、57.4%、20.6%、12.8%、3.0%、3.0%、2.1%、0%。王铭杰等［15］对兽医临床分离的沙门氏菌的耐药情况进行调查，结果发现，沙门氏菌对土霉素已经完全耐药，耐药率高达100%，对氨苄西林的耐药率也达90%。由此表明，沙门氏菌耐药菌对人类危害越来越严重，解决β-内酰胺类药物的耐药性问题已成为全球性关注的热点。

3.2预防措施

由于沙门氏菌的耐药性情况越来越严重，因此在实际的生产生活中要制定合理的用药计划，防止沙门氏菌耐药性更加无节制地产生与传播，比如：①对临床工作人员强化相关培训工作，使他们能更为娴熟地理解并应用抗生素的指相关原则，严格把关各类抗菌药物对临床症状适应特点，根据症状选用合理的抗菌药物。②在使用治疗性抗生素时，按常规进行细菌药敏实验，依据药敏实验结果，有针对性地选用抗菌药物，是合理使用抗菌药物的关键。③依据药效学、药动学来规划给药方案。根据药效学特点，抗菌药物可分为两大类型：第一种是时间依赖型杀菌剂，其特点是无首次接触效应，药物浓度达到最小抑菌浓度即可有效杀灭细菌，加大药物浓度并不能有效地增加药物的抗菌活性，药物维持在有效浓度以上的时间对预测杀菌力更为重要。因此，要用高效、长效药物或每天多次给药；第二种是浓度依赖型，特点是具有首次接触效应和较长的抗生素后效应，如哇诺酮类、氨基糖苷类。因此，应大剂量每天给药1～2次为宜。④在实际应用中，为了有效减轻细菌的耐药性，如果已经确定病原菌，要选择窄谱抗生素，选用最佳给药途径，使用适当剂量，确定适宜疗效，策略性替换用药。⑤多展开细菌耐药性监测工作，更有效地了解耐药菌种类及细菌耐药性的相关形式，以此指导临床合理用药和治疗［16］。⑥加紧对新型高效的抗菌药物的研发，寻找更加有效的耐药性抑制剂来抵制耐药菌。■

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