β-内酰胺酶研究进展

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1、β-内酰胺酶研究进展7β-内酰胺酶研究进展β-内酰胺酶研究进展摘要：青霉素于40年代初首次用于临床，几年后就从链球菌中分离到了青霉素酶，以后随着β-内酰胺类抗生素的不断开发和广泛应用，特别是近几十年来超广谱新品种的大量应用，β-内酰胺酶的种类、底物谱和耐药程度均以惊人的速度在发展，不能不引起格外的重视。关键词：细菌，β-内酰胺酶，耐药任何生物都试图适应周围环境并生存下去，细菌个体小，易变异,拥有耐药能力，这是自然界的法则。科学界有一种理论叫“中性突变漂变学说”，以“中性突变”为基础的分子进化学已逐渐形成。这个学说认为，在分子水平上看，大部分

2、基因突变对于生命体的生存既不产生有利效应，也不酿成不利后果，因此，这类突变在自然选择中是“中性”的。在亿万年中，生物体内的基因不断产生中性突变，他们不受自然选择的支配，而是通过随机的偶然过程（即遗传漂变）在群体中固定下来或是被淘汰，结果就造成了基因和蛋白质分子的多样性，实现了分子的进化。在药物选择性压力下，产β-内酰胺酶的细菌被筛选出来，得以泛滥。为了对β-内酰胺酶有一个教深入了解，现将β-内酰胺酶的研究综述如下。1β-内酰胺类药物作用机理肽聚糖合成的最后一步是被称为青霉素结合蛋白（penicillinbindingproteins，即PB

3、Ps）的转肽酶形成的。β内酰胺类抗生素与D-丙氨酰-D-丙氨酸结构上的相似使得它们与青霉素结合蛋白结合（图一）。β-内酰胺核不可逆地与青霉素结合蛋白的Ser403单元结合，使其失活，从而抑制细菌细胞壁的形成。此外这个结合可能还激活细胞壁中的自溶酶。图1青霉素与青霉素结合蛋白结合使酶失活2β-内酰胺酶起源β-内酰胺酶是指能催化水解6-氨基青霉烷酸(6-APA)和7-氨基头孢烷酸(7-ACA)及其N-酰基衍生物分子中β-内酰胺环酰胺键的灭活酶。β-内酰胺酶来源于细菌细胞壁合成酶(即PBPs)，是由于细菌合成PBPs的过程中的基因的变异而造成的（

4、图2）。β-内酰胺类药物在这类酶的作用下，使β-内酰胺环水解开环，而β-内酰胺环是与PBPs结合的活性功能部位，因此β-内酰胺环的破坏使其失去了干扰细菌细胞壁合成的功能。7β-内酰胺酶研究进展图2PBPs突变为酶后可结合青霉素并将其破坏3β-内酰胺酶破坏β-内酰胺抗生素的作用机制β-内酰胺酶破坏β-内酰胺抗生素的β-内酰胺环有两种作用机制。第一，绝大多数常见的β-内酰胺酶有一个依赖丝氨酸发挥作用的机制，并且根据氨基酸序列组成分为三类（A，C和D）。通常它们的活性位点具有一个狭窄的纵形沟状结构，在沟的底部形成了一个空腔（氧阴离子袋），这种疏松

5、的构造容易弯曲，便于结合底物。由于β-内酰胺环上的羰基碳在结合β内酰胺酶活性部位的丝氨酸时发生了不可逆的反应，结果使其成为开环物，进而重建了β-内酰胺酶。这类酶对青霉素、头孢菌素、单内酰环类抗生素都有活性。第二，是一类不大多见的β-内酰胺酶，被称为金属类β-内酰胺酶，或B类β-内酰胺酶。它们的特点是利用一个2价金属离子，绝大多数为锌离子，分别与组氨酸或半胱氨酸结合，或同时与二者结合，并与β-内酰胺类抗生素的羰基碳的酰胺键相互作用，使其不能发挥作用。这类酶主要对青霉素、头孢菌素、碳青酶烯类抗生素发挥作用，但对单内酰环类抗生素无效。4β-内酰胺

6、酶分类细菌产生β-内酰胺酶是细菌对β-内酰胺类抗生素耐药的主要机制。β-内酰胺酶分为染色体介导酶和耐药质粒介导酶二大类，以其水解对象可分为青霉素酶、头孢菌素酶、广谱酶和超广谱酶四种。染色体介导酶有K1型，P99型及D31型，染色体基因决定细菌对抗生素固有耐药性。质粒介导的β-内酰胺酶用等电聚焦法分型有TEM型(TEM-1，TEM-2)，OXA型(OXA-1～3)，PSE型(PSE-1～4)，SHV-1，HMS-1等标准酶，均为G-杆菌，主要为大肠杆菌、克雷伯氏杆菌、肠杆菌属、绿脓杆菌等产生。近代研究证明在院内感染病人中产生质粒介导酶的耐药菌

7、，其产生耐药性大多是在接触抗生素后获得的，并通过耐药基因的转移而播散，也可由基因表达而传至下代。至今β-内酰胺酶的数量已超过200种。根据Bush–Jacoby-Medeiros的最新分类法[l]，β-内酰胺酶按照各自的底物和抑制轮廓分为4组，根据各自的氨基酸序列分属于A、B、C、D共4种分子类别(表1)。表1β-内酰胺酶分类β-内酰胺酶分类组别分子类型优先选择的底物被抑制情况代表酶克拉维酸EDTA1C头孢菌素－－革兰氏阴性杆菌的AmpC,MIR-12aA青霉素＋－革兰氏阳性菌的青霉素酶7β-内酰胺酶研究进展2bA青霉素，头孢菌素＋－TEM

8、-1，2，SHV-12beA青霉素，窄谱和广谱头孢菌素，单环类＋－TEM-3~26，SHV-2~6，产酸克雷伯氏菌K12brA青霉素±－TEM-30~362cA青霉素，羧苄西林＋