blaKPC耐药基因在肺炎克雷伯菌中的传播机制研究.docx

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1、blame耐药基因在肺炎克雷伯菌中的传播机制研究贾阿韶(作者)综述L余广超4 审校，作者简介：贾阿韶，在读硕士，课题方向：临床微生物检验与细菌耐药性研究 通讯作者：余广超，医学博士，副主任技师，硕士生导师，510630(暨南大学附属第一医院临床检验中心，广东 广州510630)【摘要】肺炎克雷伯菌(KlebsMUa Pneumoniae,KP)是一种革兰阴性杆菌，是导 致医院感染的常见病原菌之一。随着抗菌药物的广泛使用，肺炎克雷伯菌对多种 抗菌药物的耐药水平呈上升趋势，其中耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌 (carbapenem-resistant Klebsiellapneumoniae,CRKP)的

2、出现给临床抗感染治疗带 来了严峻挑战，研究肺炎克雷伯菌KPC耐药基因的传播机制对于临床防控具有 重要意义。CRKP对碳青霉烯类抗菌药物产生耐药的机制是产生碳青霉烯酶，而 KPC型碳青霉烯酶是肺炎克雷伯菌产生的最主要的一种碳青霉烯酶。blaKPC基 因的传播可以通过不同的分子机制介导，本文主要就KPC耐药基因在肺炎克雷 伯菌中的传播机制做一综述。【关键词】肺炎克雷伯菌；碳青霉烯酶；KPC基因；可移动遗传元件；传播机 制Transmission mechanism of blakpc resistance gene in KlebsiellapneumoniaeA-shao Jia(author)

3、, Guang-chao Yu(reviser)(Clinical laboratory center of Jinan University)Abstract Klebsiella Pneumoniae is a gram-negative bacterium,as well as one of the common pathogens causing nosocomial infections. With the widespread use of antibacterial drug, the resistant rates of Klebsiella pneumoniae to var

4、ious antibiotics has been increasing obviously. The emergence of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae (CRKP) has brought severe challenges to clinical anti infection treatment. It has great significance for clinical prevention and control to study the transmission mechanism of blapc resistance

5、 gene of Klebsiella pneumoniae. The mechanisms of CRKP resistant to antibacterial drugs is due to the production of Carbapenemase. KPC-type Carbapenemase is the most common Carbapenemase in Klebsiella Pneumoniae. The spread of the blapc gene can be mediated by different molecular mechanisms. This ar

6、ticle mainly reviews the transmission mechanism of blakpc resistance gene in Klebsiella pneumoniae.Key wordsAKlebsiellapneumoniae; Carbapenemase; blapc gene; Movable genetic element; Transmission mechanismKPC型碳青霉烯酶作为A类碳青霉烯酶中最常见的一种酶类，能够水解包 括碳青霉烯类在内的所有B-内酰胺类抗菌药物川/OKPC基因是KPC型碳青霉烯 酶的编码基因，KPC基因的传播可以通过不同的

7、分子机制来介导，通过可移动 遗传元件(如质粒等)介导是其中很常见的一种传播机制，亦可由染色体介导或 克隆等方式进行传播。近期有研究发现，耐碳青酶烯肺炎克雷伯菌(CRKP) 所导致的血流感染发生率和死亡率均呈上升趋势34。因此，从基因水平研究产 KPC型碳青霉烯酶的传播机制对于控制和延缓细菌耐药性的传播具有重要意义。 本文主要就KPC基因通过可移动遗传元件进行传播的相关研究做一综述。1质粒介导的力及KPC耐药基因传播机制质粒是一种存在于染色体以外的核酸分子，具有自我复制以及在细菌之间进 行转移的特征。质粒本身携带有一些特殊基因，可用于表达特定的功能，包括耐 药基因、毒力基因等，虽然这些基因对于细

8、菌的生存不是必要的，但其存在对于 细菌适应生存环境的改变往往有所裨益56。耐药基因通过质粒介导的传播较之 染色体更具有灵活性，传播速度也更快，这一特性使得携带KPC耐药基因的质 粒更容易造成在肠杆菌科细菌间的水平传播，从而导致了产酶菌株的快速播散质粒上存在各种抗菌药物的抗性基因，即耐药基因，这些耐药基因的积累是 由于在多种抗菌药物的选择压力下各种复杂的移动元件水平转移事件导致的。 质粒作为介导耐药基因进行传播的一种媒介，其传播方式是多样的，通过质粒接 合作用介导耐药基因的水平传播是其中最常见的一种方式，接合作用可以使得耐 药质粒从耐药菌株成功转移至敏感菌株，这种转移方式不仅可以造成耐药基因在

9、同种菌株间的快速播散，甚至可以造成不同种属间的快速播散口1。质粒分子量 大小不同，通过估算质粒的分子量大小，有助于研究耐药性质粒的传播及其进化 的过程。有研究发现，肺炎克雷伯菌中KPC酶基因位于不同大小的质粒上，携 有耐药基因的质粒可以从数十Kb到数百Kb不等，故此可以推断质粒在介导耐 药基因进行水平传播的过程中很有可能出现了重组事件或插入事件口汽 这种可 能的存在导致质粒的水平转移可以从外界获得耐药基因，加快了质粒介导的耐药 基因在细菌间的传播进程。截至目前，据全质粒测序分析发现携带KPC耐药基因的质粒有近50种， KPC的Aokpc耐药基因最常见于IncF型质粒上口叫 希腊曾暴发过由InC

10、FnK质 粒介导的产KPC-2酶大肠埃希菌(ST410)的广泛流行，在此之前，该质粒曾介 导过肺炎克雷伯菌在希腊的广泛传播口久有研究发现，肠杆菌中有4个属6个 种的耐碳青霉烯酶肠杆菌的KPC耐药基因均存在于pUVA01质粒上。介导 Z0PC耐药基因传播的质粒具有广谱宿主性和多样性。介导KPC耐药基因传播的质粒具有广谱宿主性和多样性，质粒的某些特性 赋予了它更多的传播方式，使其介导耐药基因的传播过程也变得更容易，从而更 易导致耐药菌的广泛流行。2转座子介导的力及KPC耐药基因传播机制转座子（7）是指能将自身基因插入基因组中任何一个序列的一组DNA序 列，它可以在基因组上进行自由移动口叫 转座子可

11、以介导性内酰胺酶基因，通 过水解0-内酰胺类抗生素，从而导致KPC耐药基因的水平传播口力。据流行病学调查报告表明，转座子Tn4401是欧美地区最常见的携带blac 的基因元件口叫Tn4401转座子全长IOkb左右，其结构组成包括blaKPC -2基因、 转座酶基因（tnpA）、解离酶基因（tnpR）和ISKPn6、ISKPn7两个插入序列。 Tn4401序列两边有5bp的靶位复制序列，可以携带着blaKPC以较高的频率插 入到不同质粒的开放读码框（ORF）中，这就使得4kpc耐药基因得以在相同菌 种甚至不同菌种间实现快速播散，因此Tn4401被认为加速了产酶菌株的全球扩 散H（不同于欧美地区，

12、在我国，复合转座子Tn3-Tn4401和转座子Tnl721 是国内产菌株最常报道的携带blaPC耐药基因的基因元件,尤其是在江浙地区报 道的菌株中经常出现PL这种复合转座子被认为是基于Tn3的转座子和部分 Tn4401结构的整合，其ORF顺序为：Tn3转座子的Tn3-转座酶和Tn3-解旋酶、 ISKpn8blaKPC -2基因和ISKpn6样元件,该转座子仅有2070bp的区域与Tn4401 相同,包括MaKPC-2基因和类似ISKPn6的ORF。位于复合转座子Tn3-Tn4401 中ISKpn8插入序列下游的4pc-2耐药基因，往往是以Tn3-Tn4401复合转座子 的整体形式进行转移，而非

13、单独随ISKPn8 一起移动Ml。Tnl721转座子是我国早 期报道的与blaKPC基因传播有关的转座子，最近有研究表明，我国东部地区 blaKPC-2基因主要位于2种Tnl721转座子亚型，其分别被命名为Tnl721A和 Tnl721Bo Tnl721A 的结构与Tnl721B的不同之处在于Tnl721A不包含额外的 IRL和IRL2等附加的反向重复序列内。无论kpc2耐药基因是位于转座子内 部还是外部，都可随Tnl721转座子运动，通过转座子插入到质粒中来介导耐药 基因的水平传播，但相较于转座子Tn4401无特异性的插入位点，转座子TnI721 插入位点基因的周围环境表现为AT含量由两端向

14、中间递减的趋势W,这表明转 座子Tnl721的插入位点可能更具特异性。此外，有研究发现含4kpc-3基因的 Tn4401转座子可直接插入到一个复合转座子Tnl331中已力。携带KPC基因的Tn4401转座子可直接插入到质粒中进行传播,融入质粒的 转座子结构大多保持了其自身的转座能力，同时也可以随质粒接合转移进行传 播。这种传播方式在介导KPC耐药基因进行水平传播的过程中存在着至关重要 的作用。3整合子介导的况KPC耐药基因传播机制整合子是存在于很多细菌中的一种具有运动属性的DNA分子，常定位于质 粒、染色体和转座子上，其具有独特的结构可以捕获外源基因特别是耐药基因并 稳定表达，以此来提高细菌对

15、周围环境改变的耐受性。整合子可分为I、II III 类整合子，intll intI2 intI3分别为I、III类整合子的遗传标记。研究表明， 携带MaKPC基因的肺炎克雷伯菌对抗生素具有耐药性与I、II类整合子密切相 美,与III类整合子相关性不大磔，2叫Aqkpc耐药基因以基因盒的形成位于整合子 可变区，可随整合子在不同细菌之间水平传播。携带耐药基因的整合子随其他可 移动遗传元件（如转座子等）融合到质粒上，从而介导耐药基因在不同菌株间发 生水平传播。4插入序列介导的况KPC耐药基因传播机制插入序列（/S）是编码转座酶的一段DNA序列，大小一般在600bp2000bp, 可看成一种简单形式的

16、转座子。有研究认为在转座子Tn4401的形成过程中， ISKpn6和ISKPn7分别插入到qkpc上下游，破坏IRRl,从而形成一个完整的 转座子Tn4401,并随转座子Tn4401转移到质粒上介导耐药基因的水平传播。被插入序列插入的位点基因可因受损不再表达而导致基因失活，称为插入失 活（insertional inactivation）,从而使细菌产生对抗生素的耐药。甚至可因此而 产生一种转座子突变体，如：国内曾报道了转座子Tnl721的突变体，就是由于 IS26 在 Tn3 的 tnpA 插入导致 tnpA 丢失，形成了一种 TnI721 功0pc-2-ZTn3-IS26 样的新结构阳。插入序列作为转座子的一部分，可携带Aokpc耐药基因随转座子转移到质粒 上介导耐药基因的水平传播3叫 亦可导致插入位点基因的失活，形成一种转座 子突变体，从而介导新的耐药机制的产生。5噬菌