肠杆菌科细菌外排泵AcrAB-TolC调控机制的研究进展

AcrAB-TolC外排泵在多重耐药肠杆菌中的作用研究进展作者：华炜聪邓在春张筠朱丹萍陈众博来源：《中国现代医生》2021年第04期[摘要] 耐多药肠杆菌的出现严重威胁着人类健康。

AcrAB-TolC外排泵的过量表达是引起肠杆菌多重耐药的主要机制之一，其主要由周质融合蛋白AcrA、外膜通道蛋白TolC和药物质子转运子AcrB构成，受整体调控因子、局部调控因子以及环境中的化学物质等调节。

对AcrAB-TolC外排泵的研究，不仅有助于阐明相关耐药本质，还有助于研制有临床意义的外排泵抑制剂（EPIs），为解决肠杆菌多重耐药问题提供新思路。

本文对AcrAB-TolC外排泵的结构、调控等方面的研究进展作一综述。

[关键词] AcrAB-TolC;外排泵;肠杆菌;多重耐药[中图分类号] R378.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2021）04-0184-05Research progress of AcrAB-TolC efflux pump in multidrug resistant enterobacteriaHUA Weicong1 DENG Zaichun1， 2 ZHANG Yun2 ZHU Danping2 CHEN Zhongbo1， 21.Ningbo University School of Medicine， Ningbo 315020， China;2.Department of Respiratory Medicine， the Affiliated Hospital of Medical School of Ningbo University， Ningbo 315020， China[Abstract] The emergence of multidrug-resistant enterobacteria poses a serious threat to human health. Overexpression of AcrAB-TolC efflux pump is one of the main mechanisms that causes multidrug resistance in enterobacteria. It is mainly composed of periplasmic fusion protein AcrA，outer membrane channel protein TolC and drug proton transporter AcrB， and is regulated by global regulatory factors， local regulatory factors and chemicals in the environment. The study of AcrAB-TolC efflux pump is not only helpful to clarify the nature of drug resistance， but also helpful to develop clinically significant efflux pump inhibitors（EPIs）， providing new ideas for solving the problem of multiple drug resistant enterobacteria. This article makes a review on the research progress of the structure and regulation of AcrAB-TolC efflux pump.[Key words] AcrAB-TolC; Efflux pump; Enterobacteria; Multidrug resistance隨着抗生素使用的日益增多，细菌多重耐药问题已成为全球公共卫生危机[1-2]。

大肠埃希菌外排泵AcrAB-TolC研究相关进展王旭【摘要】@@ 细菌的外排系统是一种非特异性耐药机制,是通过细菌外排泵将进入菌体内的药物或其他底物排出膜外,它可以泵出多种对其自身有害的物质,包括喹诺酮类、氯霉素、红霉素、四环素、青霉素、利福平等多种抗菌药物、染料和去污剂等,从而加强细菌在药物选择压力下的生存能力.【期刊名称】《重庆医学》【年(卷),期】2010(039)019【总页数】4页(P2670-2673)【关键词】大肠埃希菌;耐药;外排泵【作者】王旭【作者单位】泸州医学院附属医院感染科,四川泸州,646000【正文语种】中文【中图分类】R378.21;R969.3细菌的外排系统是一种非特异性耐药机制,是通过细菌外排泵将进入菌体内的药物或其他底物排出膜外,它可以泵出多种对其自身有害的物质,包括喹诺酮类、氯霉素、红霉素、四环素、青霉素、利福平等多种抗菌药物、染料和去污剂等,从而加强细菌在药物选择压力下的生存能力。

目前,已在不同细菌上发现几十种外排泵,依据氨基酸序列的同源性,将与抗菌药物相关的膜外排泵分子分为5个主要超家族[1],包括主要易化子超家族(major facilitato r superfamily,M FS)、A TP结合盒(A TPbinding cassette,ABC)超家族、耐药节结化细胞分化(resistance nodulation division,RND)超家族、小多重耐药性(smallmultidrug resistance,SMR)家族、多药和有毒化合物排出(multidrug and toxic compound extrusion,MA TE)家族。

按能量来源不同可分为两大类:ABC型多药外排系统和次级多药外排系统。

大多数抗菌药物的外排系统都属于次级外排系统,多数细菌通过质子驱动力来表达对不同结构化合物的耐药。

1980年Bah和M cM urry在研究大肠埃希菌对四环素的耐药性时发现了主动外排耐药机制,此后人们对细菌特别是大肠埃希菌的外排耐药系统有了进一步的认识。

AcrAB-TolC主动外排泵与宋内志贺菌多重耐药关系的研究中期报告前言：多重耐药 (MDR) 的问题已经成为全球性的公共卫生问题。

同时，伴随着抗生素的应用，导致耐药性细菌的不断出现，长期使用抗生素使得细菌逐渐对抗生素产生抗药性，因此寻找新的治疗方案以及阻碍耐药性菌株的扩散变得极为紧迫。

目前，既有研究表明，细菌多重耐药的机制与细菌主动外排泵之间的关系十分密切。

本文主要讲述 acrAB-TolC主动外排泵与宋内志贺菌多重耐药关系的研究中期报告。

研究背景和意义：因为宋内志贺菌的多重耐药问题而导致的危害性已经日益显现，因此需要深入研究宋内志贺菌的多重耐药的机制，以便寻找新的治疗方案和抑制耐药性细菌的扩散。

以 acrAB-TolC 主动外排泵和多重耐药的关系为研究方向，对解决宋内志贺菌多重耐药的问题具有很大的意义。

研究方法：选择了两株具有多重耐药性的宋内志贺菌，分别是 EC5 和 EC6。

其中EC5 为 osmotolerant 和准多药耐药的，EC6 为多药耐药的。

从其血清学分类、总 DNA 提取、PCR 扩增检测、Sanger 测序等多个方面对宋内志贺菌进行了鉴定和分离，其实验操作符合规范的 BIOFIRE FilmArray 操作流程和重组 PCR 、文库制备、测序等操作规范。

并对 acrAB-TolC 主动外排泵和多重耐药之间的关系进行了探究。

研究结果：从 PCR 扩增与 Sanger 测序的结果分析，结果表明这两个菌株的16S rRNA 序列与 NCBI 数据库中的 E. coli 完整基因组的 16S rRNA 序列一致。

此外，细菌多重耐药与 acrAB-TolC 主动外排泵的相关分析结果显示，伴随着 acrAB-TolC 主动外排泵的异常表达， EC6 呈现出了较强的多重耐药现象。

研究结论：本次研究证实了 acrAB-TolC 主动外排泵与宋内志贺菌多重耐药之间的关系十分密切，说明减弱 acrAB-TolC 主动外排泵的正常作用可能为预防宋内志贺菌多重耐药提供了新思路。

多药外排系统AcrAB药物外排泵是能将有害底物排除菌体外的一组转运蛋白，其过量表达可引起细菌对抗生素耐药。

大肠埃希菌是发现药物外排泵最多的一种细菌，一般认为在其约30种外排泵中AcrAB—TolC外排泵是最主要的外排泵细菌耐药性的产生及扩散使新型抗生素从一问世就面临耐药的威胁，尤为突出的是，当细菌接触某种抗生素时，其可产生对多种结构不相关抗生素的多重耐药，这种表型通常是多药外排系统超表达的结果。

相关研究以认识到在决定细菌对各种抗微生物制剂固有及获得性耐药的因素中，主动外排机制居主要地位。

其中AcrAB -TolC是大肠埃希菌最主要的、占绝对优势的多药外排系统，并存在于其它肠杆菌科细菌中，其与细菌对氟喹诺酮耐药及多重耐药密切相关。

AcrAB-TolC系统包括3个组分，外排转运子AcrB、周质融合蛋白AcrA和多功能外膜通道蛋白TolC，其中AcrA为连接内膜组分和外膜孔道的脂蛋白，AcrB为药物质子转运子，TolC 为大肠埃希菌对有机溶剂耐受所必需的外膜孔道。

3组分协调配合，主动将菌体内的物质泵出细胞外。

AcrAB—TolC外排泵过量表达时，可对广泛应用的抗生素包括镰孢菌酸、四环素、氯霉素、新霉素、红霉素、夫西地酸、萘啶酸、氯比西林、氟喹诺酮类、p内酰胺类、利福平及SDS、吖啶橙、结晶紫、溴乙啶、吐温X一100等多种化合物产生耐药性，因此，AcrAB—TolC外排泵在革兰阴性菌多重耐药性的产生过程中发挥了重要作用。

A c r R是位于a c r A B基因上游的一个阻遏子基因的产物，对acrAB转录起一定程度的抑制作用。

AcrR突变可使 a c r A B转录增加，AcrAB水平提高。

AcrAB—TolC外排泵在最低水平表达时主要受AcrR的负向调控，其负向调控作用与AcrAB 的诱导作用无关。

AcrR基因的无意义突变使AcrAB基因的表达水平可能提高2倍；AcrR缺失时，MarA则进一步促进AcrAB 基因转录水平的增加。

大肠埃希菌多重耐药外排泵AcrAB-TolC主动外排机制的研究朱莉丽;刘德梦【期刊名称】《天津医科大学学报》【年(卷),期】2013(019)001【摘要】目的:研究天津地区大肠埃希菌外排泵AcrAB-TolC在临床株中的携带情况、与耐药的相关性及羰基氰氯苯腙(CCCP)对大肠埃希菌外排泵AcrAB-TolC的抑制作用.方法:纸片扩散法(Kirby-Bauer)检测大肠埃希菌临床株对3类6种抗菌药物的敏感性；PCR技术检测受试菌株携带acra、acrb基因的情况；微量肉汤稀释法检测10株多重耐药大肠埃希菌对5种抗菌药物的最低抑菌浓度(MIC),并对比加入CCCP前后MIC的变化.结果:本地大肠埃希菌对6种抗生素均存在不同程度耐药现象,氟喹诺酮类耐药率最高,阿米卡星耐药率最低为10％,耐药模式以双药耐药与多重耐药为主；acra,acrb基因在多重耐药模式中阳性率高达84.6％和80.8％,与全敏感组比较具有统计学差异；加入CCCP后,10株多重耐药菌对5种抗生素的MIC值均有不同程度的下降,最高下降达128倍,多数由耐药变为敏感.结论:本地大肠埃希菌普遍携带外排泵AcrAB-TolC基因,外排泵AcrAB-TolC可能是大肠埃希菌多重耐药的重要原因之一.多重耐药大肠埃希菌存在主动外排机制,CCCP能有效抑制细菌对抗菌药物的主动外排作用.%Objective: To investigate the earring situation of AcrAB-TolC efflux pump of E.coli detected in clinic in Tianjin, the correlation with drug resisitance, and the inhibitory ability of carbonyl cyanide 3 - chloropheny/hydrazone (CCCP) on efflux pump of E.coli. Methods: The susceptibility of 90 strains of E.coli to 6 antibiotics weredetected by disk diffusion(Kirby-Bauer); acra, acrb were detected by PCR; The MIC of 10 multi-drug E.coli to 5 antibiotics were tested by constant broth dilution method, and compared the variation of MIC which CCCP has been added. Results: The resissitant to 6 antibiotics exist in varying degrees local E.coli. The resisitant rates of E.coli to fluoroquinolones were the highest, hut AMK was the lowest 10%. Two kinds of drug resistance and multi-drug resisitance were the main parts of resistant patterns. Acra, acrb positive rate were the highest, 84.6% and 80.8%, of multi-drug resistant pattern. After adding CCCP, 10 multi-drug resistant strains of the MICs values of 5 antibiotics were tested. The MIC values reduced by 0.78% when compared to the formers for instance. Most strains turn from drug resistant to sensitive. Conclusion: The earring of acra/acrb of local E.coli is common. AcrAB-TolC is important reason of multi-durg resistance, active efflux mechanism exists in multi-drug resistant E.coli. CCCP can inhibit the efflux system of bacteria to antibiotics effectively.【总页数】4页(P52-55)【作者】朱莉丽;刘德梦【作者单位】天津医科大学第二医院感染性疾病研究所,天津300211;天津医科大学第二医院感染性疾病研究所,天津300211【正文语种】中文【中图分类】R37【相关文献】1.大肠埃希菌外排泵AcrAB-TolC研究相关进展 [J], 王旭2.大肠埃希菌AcrAB-TolC外排泵表达水平调控机制的研究进展 [J], 马红霞;马述清;刘玉堂;伞治豪3.大肠埃希菌多重药物外排泵AcrAB-TolC研究进展 [J], 贺政新;贾克然;徐铮4.苯扎溴铵及土霉素诱导大肠埃希菌耐药株AcrAB-TolC外排泵调控基因变异研究[J], 曾杨梅;杨森;段培强;陈红伟;吴俊伟5.大肠埃希菌多药外排泵AcrAB-TolC系统的研究进展 [J], 王芝敏;郑铃因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

细菌耐药机制与抗菌药物研究进展作者：朱琛琛上海交通大学生命学院研究生学号：0080809020摘要 自然性抗菌药物和合成抗菌药物的出现使有效治疗各种细菌感染成为可能，为保障人类健康做出了卓越贡献。

随着抗生素的广泛应用，细菌耐药性逐年增加，致使一些抗生素疗效降低、甚至失去效应。

细菌对抗菌药物的耐药性机制是生物医药研究的重要领域。

抗菌药物耐药机制研究在多方面有重要的发现,这些研究成果提示细菌对不同抗菌药物的多种耐药保护机制及细菌本身基因结构的多样性与可移动性使其能进化产生新的耐药机制以适应抗菌药物的作用。

严谨合理地应用抗菌药物以最大限度地减少细菌耐药性发生、传播和延长抗菌药物的疗效周期是人类所面临的长期挑战。

关键词 耐药机制 抗菌药物 抗生素 耐药性变异抗菌药物的发展史就是细菌对其耐药性的发展史。

伴随抗菌药物强大的抗感染疗效的同时，细菌等病原体对抗菌药物的耐药问题日渐显露出来。

以青霉素为例，1929年，美国弗来明（Fleming）博士报告发现了青霉素。

他在报告中指出，青霉素能抑制革兰氏阳性球菌生长，可用来鉴别革兰氏阳性菌和阴性菌。

随后，青霉素被应用到临床治疗感染性疾病。

1942年，Waksman在美国细菌学会提出“抗生素”一词，抗菌药物时代来临。

随着研究的不断深入和青霉素提取技术的进步，培养液中青霉素产量由每毫升500单位提高到每毫升50000单位以上，在临床逐步大量使用。

随着化学合成技术的发展，在弄清自然来源的抗生素的结构后，人们开始生产半合成抗生素，许多半合成抗生素加入到了抗感染队伍中。

从磺胺药的问世到青霉素等β-内酰胺类抗菌药物的不断发展，及其他抗菌药物陆续投入临床使用，抗菌药物在人类与感染性疾病的斗争中发挥了举足轻重的作用。

耐药问题接踵而至，随着青霉素的广泛使用，金葡菌的耐药性迅速增加，当时主要通过质粒介导的诱导性A类β-内酰胺酶水解青霉素。

为满足临床需要，广谱青霉素及头胞菌素的开发与应用发展迅速，但细菌的耐药性也进一步发展。

细菌对氟喹诺酮类药物耐药机制的研究进展喹诺酮类药物是一类由萘啶酸发展起来的合成抗菌药，其中氟喹诺酮类药物于20世纪80年代起陆续上市，属于第三代喹诺酮类药物，具有抗菌谱广、抗菌活性高、组织穿透性强等特点且可单药使用，对革兰阳性菌和革兰阴性菌均显示有良好的抗菌活性，广泛应用于临床各种感染性疾病的治疗。

近年来，随着氟喹诺酮类药物在临床中的广泛使用，对其耐药菌株也在世界各地频繁出现。

下面就细菌对氟喹诺酮类药物的耐药机制研究进展作一简要介绍。

细菌对氟喹诺酮类药物耐药的机制主要有——1）靶点的改变。

喹诺酮类药物的作用机制是针对细菌DNA复制过程中所需的拓扑异构酶。

拓扑异构酶Ⅱ和拓扑异构酶Ⅳ是喹诺酮类药物的主要作用靶点。

拓扑异构酶Ⅱ是由2个A亚基和2个B亚基组成的四聚体，分别为gyrA和gyrB[1, 2]。

拓扑异构酶Ⅳ是由2个C亚基和2个E亚基组成的四聚体，分别由parC和parE基因编码[3]。

在对喹诺酮类药物耐药的革兰阴性菌中，gyrA的改变最常见，其次是gyrB。

对喹诺酮类药物耐药的革兰阳性菌，拓扑异构酶Ⅳ的改变是主要的，且parC的改变比parE更常见[4]。

研究发现，革兰阴性菌对喹诺酮类药物耐药主要是由于gyrA和parC变异所致，其中变异位点最常见于gyrA的丝氨酸Ser83和天冬氨酸Asp87以及parC的丝氨酸Ser80和谷氨酸Glu84，其它位点的变异频率较低[5, 6]。

2）耐药性质粒。

不同研究人员先后在世界各地不同种属的细菌中发现了耐喹诺酮类药物质粒。

该质粒可在不同菌属间广泛传播，从而引起了人们的高度重视。

其中，整合子介导的多重耐药机制因可引起耐药基因高效、快速转移而备受重视。

质粒作为一种可移动基因元件，通过整合酶的作用捕获外来的耐药基因(包括对氨基糖苷类、喹喏酮类、磺胺类和消毒剂等药物耐药的基因)。

整合子-基因盒系统是新的可移动基因元件，能捕获和整合细菌的耐药基因，是细菌多重耐药形成和传播的主要内在机制[7~9]。