抗菌机制和耐药性机制的研究进度

来源

中国抗生素杂志，2019年7月，第44卷，第7期

作者

Qiao Han li enkan

中国医学科学院北京联合医学院制药生物技术研究所

反感染药物研究的主要实验室

概括

多性淋湿儿是临床治疗多药抗革兰氏阴性细菌感染的最后防御措施。

但是，随着在临床，畜牧业和农业中越来越多地使用多氧化素，并且发生了一些抗生素滥用，其革兰氏阴性细菌的治疗效果相对较低，并且已经出现了多种革兰氏阴性细菌，这些细菌对多聚糖浆具有抗性。

本文回顾了不同药物抗性细菌的抗菌机制，副作用机制和耐药性机制。

关键字

革兰氏阴性细菌；多牙剂抗性； MCR-1;耐药性机制；副作用机制

文本

临床实践中的抗生素过度使用对细菌施加强大的选择压力，从而加速了细菌的抗生素耐药性（NCE，AMR）。

近年来，细菌抗性问题，尤其是由耐多年革兰氏阴性细菌引起的感染，引起了人们越来越普遍的关注。

根据世界卫生组织的相关数据，每年约有70万人死于抗生素耐药细菌引起的感染[1]。

多牙我们的抗生素是治疗多药抗革兰氏阴性细菌感染的最后防御方法。如果细菌治疗细菌感染的最后一道防御线也被细菌打破，那么人类可能会进入抗生素前时代。

多霉菌素于1947年被发现，是一种古老的药物，价格低。它是一组由芽孢杆菌型多粘蛋白产生的具有〜E成分的环状肽抗生素[2]。

当前，用于临床实践中的产品主要是多粘蛋白B和多粘蛋白E的硫酸盐和甲烷磺酸盐。

多粘染素由线性三肽部分连接N脂肪链链和环状七肽。 L-DAB（α，γ-二氨基丁酸）在4位凝结与L-THR的4位凝结处形成七肽肽环。

多粘蛋白B和多粘蛋白E的结构非常相似，在6位时仅氨基酸差异。

多粘蛋白B的6位是D-PHE，多粘蛋白E的6位是D-LEU（图1）[3]。

多牙素对大多数肠杆菌科有活跃，包括肠杆菌，克雷伯菌，柠檬酸杆菌，沙门氏菌和志贺氏菌，还具有对常见的非发酵的革兰氏阴性细菌的显着活性，包括， ， 。

然而，某些菌株自然抗多性淋巴结，包括蛋白质细菌，摩根摩根，普罗维登斯，塞拉蒂亚，塞拉蒂亚，假单胞菌马来亚假单胞菌，伯克霍尔德洋葱，鳄鱼细菌，爱德华七世纪，布鲁斯，布鲁斯，军团，，，和 。

对革兰氏阴性球菌（），革兰氏阳性和厌氧菌细菌无活性[4]。由于多粘质具有狭窄的抗菌光谱和高毒性，因此最初用于兽药和饲料添加剂。

后来，随着碳青霉烯抗生素抗生素的细菌的产生，多粘染素开始逐渐应用于临床治疗，并被称为临床治疗多药耐药的革兰氏阴性细菌感染的最后防御方法。

随着使用多霉菌素的使用增加，一些细菌对它们具有抗药性，并且多粘质抗性的机理也已成为研究热点。

多层状毒素耐药性的完整机制尚未完全阐明，但是多层粘蛋白耐药性的发生可能与药物使用时间的延长和药物使用的增加有关。

本文将审查并讨论多粘染素的抗菌机制，副作用产生机制和耐药性机制。

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多牙蛋白的抗菌机制

革兰氏阴性细菌外膜（OM）的关键作用是充当渗透屏障[6]。

多聚酸性的原始靶标是外膜上的脂多糖（LPS）成分。

LPS由三个域，即脂质A，核心多糖和O-抗原组成。

脂质A充当疏水端，脂肪酰基链的紧密积累有助于稳定整个外膜的结构[7]。

多碳素通过与脂质A的成分相互作用来增加细菌外膜的渗透性，从而发挥其抗菌作用（图2）。

多粘染素的抗菌光谱是狭窄的，因为它只能与有限数量的LP结合[6，8-9]。

尽管LPS是最初的靶标，但多粘染素的确切作用方式尚不清楚，并且以下是已知的机制。

1.1“自我促进摄入”机制

该机制是一个广泛认可的模型，它认为多粘质的两性特性对于多粘质分子穿过外膜屏障至关重要。

在该模型中，多粘蛋白DAB残基上的游离氨基基团在生理条件下质子化，并具有磷酸盐阴离子的静电吸引力（图3）。

质子化的多碳素代替二价阳离子（Mg2+和Ca2+），以稳定脂多糖层。 N-FAT酰基链的插入和多聚酸性分子的疏水部分削弱了相邻脂质A脂肪酰基链的积累，从而导致外膜单层的扩张，并最终扩展外膜[10-11]。

随后，通过诱导磷脂交换来实现多粘毒素介导的外膜和细胞膜的融合，最终导致渗透性失衡和细胞死亡[5]。

1.2多性淋巴细胞介导的内膜和外膜的囊泡之间的接触

该假设是基于多粘蛋白B与阴离子磷脂囊泡结合的实验结果，并能够形成囊泡 – 果胶接触[11-12]。

这些接触可以促进囊泡之间的磷脂交换。

在革兰氏阴性细菌中，多粘质B可以在周质空间中的内膜和外膜之间形成接触和脂质交换，而内膜和外膜均富含磷脂酰甘油和心磷脂。所得的磷脂交换将减少其成分的差异，从而导致细胞渗透和细胞活力的丧失失衡[12]。

1.3细菌内膜中重要呼吸酶的抑制

一般而言，细菌呼吸链由三个复合物组成，喹酮和还原辅酶（NADH）作为班车电子和大蛋白质复合物之间的质子的载体[13]。

在复合物1中，已经鉴定出了NADH氧化酶家族的三种子宫内膜呼吸酶：NDH-1，NDH-2和钠转运NADH-Q氧化还原酶[13-14]。

依赖性多牙蛋白通过羟基自由基的释放浓度抑制了革兰氏阴性细菌内膜的NDH-2酶活性，从而诱导了鲍曼曼尼杆菌和其他革兰氏阴性细菌的迅速杀死[15]。

1.4抗内毒素作用

除了直接的抗菌活性外，多粘染素还具有有效的抗耐毒素活性。

革兰氏阴性细菌的内毒素是LPS分子的脂质A。

多霉素B结合LPS的脂质A并中和脂质A，阻断了LP和完整细胞在孵育后诱导内毒素休克介导者肿瘤坏死因子（TNF）的能力，从而有效地保护了被革兰氏阴性细菌感染的宿主[16-17]。

副作用机理多粘毒素

尽管多性淋赛对某些耐药的革兰氏阴性细菌感染具有突出且不可替代的作用，但由于较窄的抗菌光谱和高毒性的毒性高，它不可能是理想的药物。

随着碳青霉烯抗生素抗生素的细菌的产生，多聚酸性必须成为针对多种耐药的革兰氏阴性细菌的最后防御，但其重大副作用，包括神经毒性和肾毒性，也是无法忽视的问题。

因此，有必要理解和讨论临床使用过程中多性淋巴症引起的副作用的相关机制。

2.1神经毒性

神经毒性是剂量依赖性和可逆的，并且是剂量依赖性和可逆的。

分子伴侣HSP90是活细胞中的必需蛋白质之一[18-19]。

对HSP90的活性没有影响，低浓度不会影响HSP90的伴侣活性[20]，但是可以特异性地结合Hsp90，通过N末端结构域诱导HSP90聚集。因此，学者推测神经毒性是由于HSP90在大脑中高浓度的和hsp90处的聚集，导致HSP90失活。 HSP90的失活可能导致细胞功能崩溃，并可能间接诱导细胞凋亡。

2.2肾毒性

肾毒性是最常见的不良反应，特别是对于新推荐的高剂量治疗方案。

肾毒性主要包括急性管状坏死，表现为肌酐清除率的降低以及血清尿素和肌酐水平的增加。

与神经毒性相似，肾毒性也依赖于剂量，早期停用的症状是可逆的。

结肠素的肾毒性主要与其D-氨基丁酸和脂肪酸成分有关，肾毒性机制与其抗菌作用相似：

（1）细胞膜毒性：结肠素增加肾小管上皮的细胞膜的渗透性，导致阳离子，阴离子和水的流入，导致细胞肿胀和细胞裂解[21]。

（2）氧化应激损害：指的是需要去除体内的衰老细胞的身体，或者遭受各种有害刺激，高活动分子（例如活性氧自由基（ROS）和反应性氮（RNS）自由基（RNS）自由基的氧化度过多，以及氧化的程度超过了氧化系统，并且氧化度超过了氧化系统，并产生了氧化系统，并超过了氧化的氧化系统。在组织损伤中[22]。抗氧化剂（例如维生素C，褪黑激素和N-乙酰半胱氨酸）可以保护副作用的发生，例如脂质过氧化和肾细胞的凋亡，由引起的肾细胞[23]。

（3）细胞凋亡途径（即线粒体，死亡受体和内质网途径）和自噬途径：动物和体外细胞模型的研究证实，线粒体凋亡途径，线粒体细胞凋亡途径，内胞质内胞质的凋亡途径和死亡受体凋亡途径及其伴侣群及其 and and – and – and —受体途径是结肠素诱导凋亡的主要途径[24-25]。

（4）此外，结肠素还可以通过抑制宿主核核和核糖体的功能性糖体功能来产生肾毒性。

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2.3其他毒性

大肠杆菌素的其他不良反应包括过敏反应，皮疹和报告。由大肠菌素引起的过敏反应的发生率约为2％[26]。

此外，假膜性结肠炎代表了的另一种副作用，尽管很少见，但也是结肠蛋白酶治疗的潜在副作用。用雾化的结肠素治疗可能会进一步加重支气管收缩和胸部紧绷。

然而，在用雾化的结肠素治疗之前，吸入的β2激动剂治疗可以防止支气管收缩的发展。

脑室室内给药，尤其是在高剂量时，可能导致抽搐。但是，这些不良反应中的大多数很少见，因此发生的机制仍有待研究。

多霉质抗性机制

随着耐药性的出现和增加，对耐药性机制的研究已成为目前的热门话题。

尚未完全阐明多牙我们的耐药性的完整机制。当前，有四种主要类型已被明确定义[27]：外膜脂多糖（LPS）结构的修改和修改；激活屏障系统或广谱外排泵系统；存在药物降解蛋白；对细菌等的异质耐药性[11，28-29]。

3.1外膜脂多糖（LPS）的结构修改和修改

多聚淋巴素对革兰氏阴性细菌作用的关键步骤是多肌膜蛋白的正电荷α，γ-二氨基丁酸（DAB）残基与脂质A上的负电荷磷酸基团之间的静电相互作用[3,5]。

因此，许多细菌抗多碳素的机制是基于脂质A头部组的修饰，从而减少了这种初始静电相互作用。

在大肠杆菌中，沙门氏菌型沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌，肺炎克雷伯氏菌和铜绿假单胞菌，以4-氨基-4-氨基-4-氨基-4-氨基 – 二氧基 – 二氧基 – 二氨基酸酯和/苯丙胺磷酸磷酸的范围和磷酸量的较低的脂质A的磷酸盐修饰，并改变了磷酸的磷酸基团，并降低了磷酸的趋势。 （图4）。

这种修饰脂质A的机制进一步分为质粒荨麻疹，全身性瘙痒，发烧和轻度胃肠道疾病。它是介导的，染色体介导。

3.1.1质粒介导的多牙毒素抗性机理

过去，人们认为结肠素的抗性机制是由染色体突变介导的，无法通过基因的水平转移引起抗性。然而，在2015年，质粒介导的结肠蛋白耐药基因MCR-1（）首先在动物源大肠杆菌[30]中发现，并且体外结扎测定证明，该基因可以通过可韧带的质粒在不同细菌物种之间扩散，从而介导了降低核蛋白抗性水平。

GC含量为49％的MCR-1基因的全长位于INCI2型质粒上。

产品MCR-1蛋白的长度为541个氨基酸。

氨基酸序列分析结果表明，MCR-1与先前报道的磷酸乙醇胺转移酶家族具有约60％的相似性，并且其与芽孢杆菌编码的磷酸乙醇胺转移酶的同源性为63％[30]。

磷酸乙醇胺的转移酶可以在脂多糖表面添加磷酸乙醇胺基（PETN）黏菌素，从而降低了肠球菌素和脂多糖的静电作用，从而导致对大肠杆菌素的细菌抗性[31-32]。

通过ESI-MS分析，可以证实MCR-1具有磷酸乙醇胺转移酶的活性，这可以催化乙醇胺磷酸磷酸与脂多糖表面脂质A的结合并介导肠道素耐药性[30]。

通过对MCR-1蛋白的仿真结构分析，MCR-1蛋白是一种膜结合蛋白，具有N末端膜结合结构域，其中包含5个疏水性跨膜α-螺旋结构和C末端的水亲属结构。

跨膜结构域可以将MCR-1固定在细胞膜的周质表面上，并在阴性中对脂质A的完全共价修饰。它还指出，MCR-1（E246，T285，H395，D465和H466）中的五个氨基酸残基可能与其底物结合活性有关[33]。

MCR-1类似于两个已知的可溶性磷酸乙醇转移酶结构（图5），即脑膜炎奈瑟氏菌的LPTA和弯曲杆菌的eptc [30]。

除MCR-1外，2016年6月在比利时的大肠杆菌中鉴定出一种新型的质粒介导的结肠毒素耐药基因MCR-2 [34]。

MCR-2基因长，比MCR-1短9个，并且与MCR-1具有76.75％的同源性。

MCR-1和MCR-2蛋白显示80.65％同源。

2017年4月，发现了第三个移动结肠蛋白耐药基因MCR-3 [35]。

MCR-3基因的全长分别与MCR-1和MCR-2分别显示出45.0％和47.0％的核苷酸序列同源性。

MCR-3的氨基酸序列与MCR-1和MCR-2分别具有32.5％和31.7％的氨基酸同源性。

在2017年发现MCR-3后不久，还发现了MCR-4的全长基因[36]。

2017年12月，发现了一个称为MCR-5（）的基因[37]，该基因是TN3家族转座子的一部分，通常位于相关的多拷贝Cole型质粒上。

MCR-5与MCR-1和MCR-2具有81.23％的氨基酸序列同源性，据信是起源于摩拉氏菌属。

MCR-5和MCR-1，MCR-2，MCR-3和MCR-4的蛋白序列同源性分别为36.11％，35.29％，34.72％和33.71％[37]。

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3.1.2染色体介导的多粘蛋白耐药机制

对于 和，对多粘素的天然抗性与通过乙醇胺磷酸盐（PETN）或4-氨基阿拉伯糖（L-ara4n）阳离子组修饰的LPS的脂质A有关。

这种修饰增加了多粘染素，LPS的初始靶标的电荷，从而降低了多粘染素的结合，从而导致对这些菌株的固有抗性[38-40]。

对于肠杆菌科细菌，还将阳离子基（例如L-ARA4N和PETN）添加到LPS中，与之相关的基因包括直接参与LPS修饰的酶基因和操纵子（负责合成阳离子组的合成以及/或将其添加到LPS中）。喜欢：

（1）PMRC基因：操纵子编码三种蛋白质，即磷酸乙醇胺转移酶PMRC，反应调节剂PMRA（也称为BASR）和传感器激酶蛋白PMRB（也称为低音）[41]。

（2）PMRE基因和操纵子（也称为PBGPE操纵子）：负责L-氨基阿拉伯糖组（L-ARA4N）的合成及其脂质A的固定[42]。

（3）PMRA和PMRB基因：PMRB是一种具有组氨酸激酶活性的蛋白质，通过磷酸化激活PMRA。 PMRA依次激活与LPS修饰有关的操纵子，操纵子和PMRE基因的转录[41]。

（4）PHOP和PHOQ基因：PHOQ是一种具有组氨酸激酶活性的蛋白质，可通过磷酸化激活PHOP。 PHOP反过来激活了操纵子的转录，该操纵子与L-ARA4N添加到LPS的脂质A中有关[43-44]。 PHOP还可以通过PMRD结膜直接或间接地激活PMRA蛋白，从而导致PETN向LPS添加。

（5）MGRB基因：MGRB（也称为YOBG）是一种具有47个氨基酸的小型跨膜蛋白。 PHOP激活后，MGRB基因被上调。 MGRB蛋白抑制PHOQ编码基因的表达，因此MGRB蛋白对PHOPQ操纵子具有负反馈作用。 MGRB基因的失活导致PHOPQ操纵子的过表达，这又导致操纵子激活，导致L-ARA4N改变LPS并引起耐药性[45-46]。

（6）CRRAB操纵子：CRRAB操纵子编码两种蛋白质，调节蛋白CRRA和传感器蛋白激酶CRRB。 CRRB基因的灭活导致PMRAB操纵子的过表达，这导致了操纵子，PMRC和PMRE基因的激活，并最终导致细菌获得结肠蛋白抗性。 CRRB灭活还可以通过激活糖基转移酶样蛋白来改变脂质A [47-48]。

（7）三个两个组件系统：PARRS，COLRS和CPRRS：PARRS（多粘毒素自适应抗性）两个组分系统与多染色质的适应性抗性有关[49]。

该系统中的突变导致操纵子的组成型表达，从而导致L-ARA4N向LPS添加，从而导致结肠蛋白酶抗性。

COLRS和CPRRS系统的作用可能通过激活Phoq基因或其他基因而导致col菌素抗性[50]。

3.2屏障系统的变化或广谱流出泵系统的激活

除了LP的修改效果外，还有其他一些机制，例如：

（1）囊囊多糖（CPS）的产生增加：一项研究表明，CP可以用作肺炎克雷伯氏菌的保护性屏障[51]。 CPS在细菌表面上释放阴离子，该阴离子与多聚酸性蛋白结合，从而降低了多聚淋巴结与LPS的结合，从而可以保护细菌细菌[52]并产生多层状蛋白耐药性。

（2）内在调节剂RAMA：它调节与渗透率障碍相关的基因，因此可能参与降低抗生素的易感性。调节剂水平的这种增加会导致LP的变化，从而降低了对多染色素的敏感性[53]。

（3）膜孔蛋白的作用：YDEI基因编码14KDA寡糖/寡核苷酸结合折叠蛋白（OB折叠蛋白）。这种OB折叠蛋白可以与膜孔蛋白（OMPD/NMPC：β折叠外膜孔蛋白家族的成员）相互作用，从而增加细菌对多聚酸性蛋白的抗性，例如沙门氏菌对多发性乳腺癌的耐药性[54]。

（4）废水泵的功能：kpnef和Acrab的突变泵的突变可导致大肠杆菌素MIC显着降低[55-56]。在低剂量外排泵抑制剂氰化物M-氯苯酮（CCCP）中培养抗药性细菌可以减少抗药性菌株的MIC（减少128-512倍），并完全或完全抑制抗性的再生抗性菌株[57]。

（5）脂质A生物合成基因（LPXA，LPXC和LPXD基因）的改变：这些基因可以被替换，截短，截断，移植或插入灭活，导致LPS完全丧失，最终导致多孕蛋白抗性[58-59]。

3.3存在药物蛋白质的存在

除上述机制外，还有一种直接的耐药性机制，即细菌可以产生降解多碳素的酶，从而降解多型多粘毒素，以便它们无法与细菌的脂质A相互作用。

由于多粘素本身属于多肽抗生素，因此也应是可以降解的蛋白酶。 2018年，学者筛选了叶丘杆菌DC-01，该杆菌有效地从几种产生蛋白酶的细菌中降解了 [60]。

这种菌株可以在23至44°C之间产生结肠癌降解酶，但是由于尚未得到进一步证实，尚不清楚编码蛋白酶的基因是否位于质粒或染色体中，但我们仍然应该保持警惕，以防止获得一些革兰氏阴性细菌，从而无法产生一些导致烯烃的能力，从而导致共依赖蛋白。

3.4细菌的异质耐药性

异质耐药性是一种特殊的细菌，具有感知同源性，显示出对特定抗生素的部分敏感性[61]，即在体外的常规药物敏感性测试中，该菌株似乎是敏感的。如果使用一种特殊的方法来检测它，则可以发现大多数细胞的亚群都是敏感的，但是少数亚群是耐药的，而且少数亚群甚至显示出高水平的耐药药。耐药亚群的这一部分可能导致临床抗生素治疗的失败[62]。

（1）鲍曼尼杆菌中对的异质抗性的机制可能与LPS或/和PMRAB两组分组系统的丧失有关[63]。

（2）洋葱对多粘蛋白B的异质耐药性取决于盐酸二丁胺分泌水平和YCEI的差异。由于二丁胺盐酸胺是挥发性的，因此也可以以挥发性介导的方式传递到物理分离的细菌[64]。

（3）铜绿假单胞菌对多胺的异质抗性也与多胺有关[65]。

摘要和前景

迄今为止，多牙素是临床治疗多药抗革兰氏阴性细菌感染的最后防御方法。

因此，极其有必要探索多牙蛋白的作用机理和副作用，以开发更有效的多层型类似物具有较少的副作用。有必要探索多牙我们的耐药性机制，以发现对抗耐药性的更有效靶标。

预计本文阐述的机制将成为临床治疗和基本探索以及抵抗多粘质耐药性的指导作用的一部分。

参考

请参阅《中国抗生素杂志》，第44卷，第7期，2019年7月