我国动物源CTX-X型超广谱β内酰胺酶的流行及变异

张冬冬，王红宁

（四川大学生命科学学院，动物疫病防控与食品安全四川省重点实验室，“985工程”西南资源环境与灾害防治科技创新平台，生物资源与生态环境教育部重点实验室，四川 成都 610064）

β内酰胺酶是指由细菌表达的，能够通过破坏抗生素结构，为细菌提供多种β内酰胺类抗生素（如青霉素类、头孢菌素类、头霉素类、碳青霉烯类）耐药性的一类水解酶。这一类抗生素都具有一个四原子环，称为β-内酰胺环。β内酰胺酶通常是锌离子依赖的，通过水解活性打开β-内酰胺环，使抗生素分子失去抗菌能力。β-内酰胺酶由染色体和质粒介导，可在铜绿假单胞菌、嗜麦芽窄食单胞菌、粘质沙雷菌、肠杆菌属菌、肺炎克雷伯菌、嗜水气单胞菌和不动杆菌等细菌中检出。β内酰胺酶是在抗生素压力下细菌逐渐形成的生存机制，现今报道的β内酰胺酶已有300多种。

1 CTX-M型超广谱β内酰胺酶（ESBLs）的产生

在现有的抗菌药中β-内酰胺类是使用最广泛的一类抗菌药，它具有杀菌活性强、抗菌谱广、毒性小等优点，在国内外医学及兽医临床上都得到了广泛应用[1]。自青霉素投入使用之后，在1940年左右就发现大肠杆菌提取液可以破坏青霉素的酶；后又发现了头孢菌素酶，以及既能水解青霉素又能水解头孢菌素的广谱酶。第一个报道的超广谱β内酰胺酶（ESBLs）是1983年在德国的一株肺炎克雷伯氏菌中发现的，它是SHV-1酶的一种变异型，能够水解多种β内酰胺类抗生素[2]。随后在法国报道了TEM-1和TEM-2两种酶的变异型。产CTX-M型超广谱β内酰胺酶的细菌在上世纪90年代报道得较少，以后CTX-M的分离率逐渐升高，主要从大肠杆菌中分离，大肠杆菌也被公认为CTX-M的主要宿主菌[3]。

CTX-M对头孢噻肟的耐药性比对头孢他啶更强，它对头孢噻肟的水解能力比对青霉素强，优先水解头孢噻肟一般作为临床鉴定的首个筛选依据[4]。ESBLs-CTX-M主要由质粒介导，质粒是环状可自主复制的DNA，它可以通过接合、转化和转导等形式在细菌中传播。近期报道的多个携带ESBLs基因的质粒同时还带有其他抗生素如氨基糖苷类、氟喹诺酮类、磺胺类的耐药基因，从而引起多重耐药性，给携带ESBLs致病菌的治疗带来困难。

2 CTX-M型超广谱β内酰胺酶的基因结构

目前报道的CTX-M型β内酰胺酶已有超过100种亚型。它们均是编码基因的同源基因发生变异而产生的[5]。CTX-Ms基因编码约291个氨基酸，部分亚型存在氨基酸的插入缺失突变，如：CTX-M-11（282），CTX-M-107、108（288），CTX-M-45、109（289），CTX-M-40、63、106（290），CTX-M-110（292）。由于氨基酸的变化，各亚型间的水解活性也不尽相同，且由于亚型较多，进行完整不同亚型间水解活性的比较也十分困难。Zhao W H等[6]在2013年对CTX-M的流行和基因型进行了分析，将CTX-Ms划分为7个亚型（Cluser）。

3 我国动物源CTX-M型超广谱β内酰胺酶的流行现状

我国已报道的CTX-M亚型较多，目前鸡源大肠杆菌中流行的优势CTX-M亚型以CTX-M-15、CTXM-55、CTX-M-14和CTX-M-65为主。根据相关报道，CTX-M-55和CTX-M-65普遍分布在中国动物源分离株中。在过去几年里，CTX-M-55迅速增加，甚至超过blaCTX-M-15成为我国人类分离株中第二个常见的CTX-M基因型。2009年，首次在河南鸡源大肠杆菌中检测到CTX-M-65，在29株产ESBL大肠杆菌中占到37.9%。而blaCTX-M-65在人类细菌中不常见。不同地区间CTX-M型超广谱β内酰胺酶的分布存在一定差异。杜向党等2009年通过PCR基因检测技术，对河南地区猪源、鸡源大肠杆菌中ESBLs的流行情况进行了分析，发现河南地区猪源、鸡源CTX-M检出率较高：鸡源大肠杆菌中CTX-M型ESBLs的阳性检出率为89.8%（53/59），猪源大肠杆菌CTX-M型ESBLs的阳性检出率为69.4%（25/36）。郭翠平等2013年对山东禽源大肠杆菌中ESBLs基因进行了检测，得出ESBLs基因检出率为75.42%，其中CTX-M基因检出两种，分别为CTX-M-9（37.29%）、CTX-M-1（28.00%）。叶满玉等2008年对四川地区的猪源大肠杆菌及沙门氏菌中的β-内酰胺类药物耐药基因进行了检测，其中TEM检出率为82%、SHV检出率为34%、CTX-M检出率为23%。近年来，已有多个报道证明，同一质粒可能含有多种超广谱β内酰胺酶基因，目前已报道的TEM-1、TEM-2、OXA-1、SHV等分别与CTX-M共同存在于同一质粒中。

4 动物源CTX-M型超广谱β内酰胺酶的流行原因及应对策略

ESBLs的传播机制有两种：ESBLs菌株的垂直传播（克隆传播）和ESBLs编码基因的水平传播。耐药基因水平转移通常由质粒、转座子、噬菌体和整合子等可移动元件完成[7]。产ESBLs菌株主要是通过质粒将耐药基因水平转移给敏感的非产ESBLs菌株，从而引起耐药细菌暴发流行。由于ESBLs的编码基因位于质粒上，因此可以通过多种水平传播方式如转导、接合、转移等方式传递耐药基因，在很多革兰氏阴性杆菌中（如阴沟肠杆菌、产气肠杆菌等）都可以分离出产ESBLs菌株，很容易造成产ESBLs细菌的广泛传播。根据本实验室前期研究，发现产CTX-M质粒可以发生水平转移，接合效率在 6.7×10-5～9.3×10-3不等。

产ESBLs细菌的质粒往往还同时携带氨基糖苷类、氯霉素、磺胺类、氟喹诺酮类药物耐药基因，造成多重耐药，因此准确及时地检测出产ESBLs菌株对于指导临床用药尤为重要。blaCTX-M基因结构促进了CTX-M型ESBLs的广泛流行：一方面blaCTX-M耐药基因大部分位于可接合的质粒上；另一方面，不同的遗传元件（插入序列、转座子和整合子）在参与blaCTX-M基因传播与表达中起到了更重要的作用。多种因素综合导致细菌耐药性传播问题变得越来越严重。为了有效控制耐药基因并合理使用抗菌药，关于blaCTX-M耐药基因的水平转移机制还需要进一步深入研究。

长期滥用β-内酰胺类抗菌药物的危害不仅会导致动物体内的肠道细菌产生耐药性，而且会给人类健康造成威胁，因为抗菌药在动物体内不可能被完全吸收，人类通过食物长期摄入含抗菌药残留的动物性食品后，将会增加人体耐药性，降低抗菌药疗效。不仅如此，耐药菌所携带的耐药 基因扩散到环境中后，会促进环境中细菌对β-内酰胺类药物产生耐药性，使得耐药范围进一步扩大。

总体上看，我国动物源产CTX-M型超广谱β内酰胺酶的菌株的分离率呈现增长趋势，为了应对这一现象，一方面应当减少健康动物的抗生素使用，从而减少CTX-M携带菌株的人为筛选；另一方面，目前已经有β内酰胺酶抑制剂（如邻氯西林、双氯西林、棒酸、舒巴坦、他唑巴坦、甲氧西林等）应用于人医临床，可考虑在兽医临床上使用。

[1]李道佩，黄巧莲.第一类抗生素的临床应用[J].中国药物与临床，2004，4（9）：722-724.

[2]Kliebe C，Nies B A，Meyer J F，et al.Evolution of plasmid-coded resistance to broad-spectrum cephalosporins[J].Antimicrobial Agents and Chemotherapy，1985，28（2）：302.

[3]Cantón R， Coque T M.The CTX-M β-lactamase pandemic[J].Current Opinion in Microbiology，2006，9（5）：466-475.

[4]余细勇.抗菌药物耐药性的分子生物学机制[J].中华医药杂志，2004.

[5]Bradford PA.Extended-spectrum β-lactamases in the 21st century：characterization，epidemiology and detection of this important resistance threat[J].Clinical Microbiology Reviews，2001，14（4）：933-951.

[6]Zhao W H，Hu Z Q.Epidemiology and genetics of CTX-M extended-spectrum β-lactamases in Gramnegative bacteria[J].Critical Reviews in Microbiology，2013，39（1）：79-101.

[7]Yu Y S，Zhou H，Yang Q，et al.Widespread occurrence of aminoglycoside resistance due to ArmA methylase in imipenem-resistant acinetobacter bau原mannii isolates in China[J].Journal of Antimicrobial Chemotherapy，2007，60（2）：454-455.