恶唑烷酮_酰胺醇类耐药基因optrA研究进展.pdf

国外医药抗生素分册2 0 2 3年5月第44卷第3期.155.恶唑烷酮/酰胺醇类耐药基因optrA研究进展叶超，张域琪，吴克，王娟2,*(1杨凌职业技术学院动物工程学院，陕西杨陵7 12 10 0；2 西北农林科技大学动物医学院，陕西杨陵7 12 10 0)摘要：耐药基因optrA能够介导细菌对酰氨醇类抗生素如氯霉素、氟苯尼考和恶唑烷酮类抗生素如利奈唑胺、特地唑胺的耐药性。酰氨醇类药物是畜牧养殖业中用于预防和治疗细菌感染的主要抗生素；恶唑烷酮类药物则是人医临床上治疗多重耐药阳性菌株的最后一道防线。本研究综述了自2 0 15年恶唑烷酮/酰胺醇类耐药基因optrA发现至今的相关文献资料，以期对optrA的研究进展作出总结。关键词：恶唑烷酮类抗生素；酰氨醇类抗生素；optrA；耐药机制；流行特征中图分类号：R978.1文献标志码：A文章编号：10 0 1-8 7 51(2 0 2 3)0 3-0 155-0 5Research Progress of Oxazolidinones/Phenicols-resistant Gene optrAYe Chao,Zhang Yu-qi,Wu Ke,Wang Juan?(1 School of Animal Engineering,Yangling Vocational&Technical College,Yangling 712100;2 College of Veterinary Medicine,Northwest A&F University,Yangling 712100)Abstract:Antibiotic resistance gene(ARG)optrA mediates resistance against phenicols such as chloramphenicoland florfenicol,and oxazolidinones like linezolid and tedizolid.Phenicols is one of the main used antibiotics indomestic breeding for bacterial infection prevention.Moreover,oxazolidinones are the last-resort treatment formultidrug resistant gram-positive bacteria in clinical medicine.This study summarizes the relevant literature since thefirst discovery of oxazolidinones/phenicols-resistant gene optrA in 2015,with a view to summarizing the researchprogress of optrA.Key words:oxazolidinones;phenicols;optrA;drug resistance mechanism;epidemiological characteristic1酰胺醇类药物和恶唑烷酮类药物酰氨醇类抗生素也称氯霉素类抗生素，包含氯霉素、甲矾霉素和氟苯尼考在内的多种常用药物(图1),自从上市以来被广泛应用于畜禽业规模化养殖。氟苯尼考是一种人工合成的甲砜霉素单氟衍生物，分子式为C,H,C1,FNO,S，是一种兽医专用广谱抗生素，也是最常用的酰氨醇类抗生素。该抗生素通过作用于细菌7 0 S核糖体的50 S亚基，抑制肽酰转移酶转肽、抑制肽链延伸，从而阻止蛋白质的合成、达到抑菌效果2-3。氟苯尼考具有抗菌谱广、动物机体吸收迅速、不产生再生障碍性贫血等不良反应，及对氯霉素耐药菌株敏感的优点4。因其良好的药效学特征，氟苯尼考在畜牧养殖中被广泛应用于预防和收稿日期：2 0 2 2-11-0 9作者简介：叶超，讲师，主要从事兽医传染病研究工作。*通讯作者：王娟，副教授，主要从事兽医传染病研究工作。治疗细菌感染；包括由沙门菌、大肠埃希菌、巴氏杆菌等引起的禽下痢、霍乱，以及猪的传染性胸膜肺炎和链球菌病等多种畜禽疾病。自1990 年上市以来，为我国畜牧养殖业规模扩大和可持续发展作出了重要贡献5-8 。恶唑烷酮类抗生素是一种新型的全合成化合物，包括利奈唑胺和由利奈唑胺经骨架修饰改造而得到的多种药物9。目前获批能够应用于临床的恶唑烷酮类抗菌药有利奈唑胺、特地唑胺和康泰唑胺(图1)。其中利奈唑胺于2 0 0 0 年作为第一个全合成的恶唑烷酮类抗生素被美国食品和药物管理局(FAD)批准应用于临床，并于2 0 0 7 年引入我国；而特地唑胺和康泰唑胺则于2 0 14和2 0 2 1年才被批准上市使用10-11。目前恶.156.World Notes on Antibiotics,2023,Vol.44,No 5氟苯尼考氯霉素0甲霉素QHHNOH图1酰氨醇类和嗯唑烷酮类常见药物分子结构唑烷酮类药物中利奈唑胺的使用较广，利奈唑胺是hp细菌蛋白质合成的抑制剂，对菌体DNA和RNA的optrA正常功能没有影响；其主要通过竞争性地与50 S核糖hphp体亚基结合，阻止7 0 S起始复合物的形成，进而阻fexA止菌体蛋白质的合成来发挥抑制细菌生长作用12 。hp恶唑烷酮类药物用于人医临床中治疗由多重耐药性的革兰阳性病原菌造成的感染，特别是甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(MRSA)、万古霉素耐药的肠球菌(VRE)、甲氧西林耐药的凝固酶阴性葡萄球菌(MRCoNS)以及多重耐药的链球菌和分枝杆菌13-16 。作为临床上防治多重耐药阳性菌感染的最后一道防线，恶唑烷酮类药物对公共卫生安全和人类生命健康意义重大。2optrA的发现及介导耐药机制2015年我国研究者发现耐药基因optrA之前，酰氨醇类药物的已知耐药机制有外排泵的主动外排作用、靶位改变和酶的水解作用。涉及的相关耐药基因主要有fexA、f e x B、p e x A 和cfr，细菌对恶唑烷酮类药物耐药则主要通过cfr及其变体编码的rRNA甲基转移酶修饰2 3SrRNA中的腺嘌呤残基来实现17-2 1。2 0 15年，中国农业大学科研工作者对利奈唑胺耐药粪肠球菌进行研究过程中，发现其不存在已知的恶唑烷酮耐药基因cfr及2 3S rRNA基因突变。为在不含cfr基因的粪肠球菌菌株中寻找介导恶唑烷酮类抗菌药物耐药的相关因子，研究人员通过接合试验验证其携带的恶唑烷酮药物耐药相子位于质粒上、并对耐药菌株E349的质粒pE349进行了全基因组测序(图2)。通过对质粒结构和序列分析，最终发现一种编码ABC转运蛋白的基因；证明其存在介导了酰氨醇类OHHNFOHHNOHCICIClCICICI利奈唑胺特地唑胺N=N康泰唑胺FAdenine-specific methyltransferase hp35kbp30kbphp25kbp20kbp图2 0optrA在质粒pE349上定位2 和恶唑烷酮类药物的耐药，并将其命名为optrA22。因optrA编码的ABC转运蛋白OptrA没有跨膜结构，故被定义为ABC-F类蛋白；又因其介导抗生素耐药，也被称为抗生素耐药(ARE)蛋白2 3-2 4。前期研究显示，ARE蛋白家族中的某些成员如Vga(A)、M s r(A)能够通过与细菌膜蛋白或核糖体的相互作用介导细菌菌体对抗菌药物的耐药性2 5-2 6 。为探究OptrA引起酰氨醇/恶唑烷酮类药物耐药的机制；2 0 17 年吉林大学一项研究通过构建optrA表达载体在金黄色葡萄球菌RN4200中表达OptrA蛋白、发现OptrA蛋白不能作用于金黄色葡萄球菌的膜蛋白，与OptrA无跨膜结构的特征相符。后该研究通过加入氟苯尼考抑制菌体的核糖体翻译，并设置对照组同时加入OptrA蛋白。FFOHpE34936331bp15kbp5kbp10 kbp国外医药抗生素分册2 0 2 3年5月第44卷第3期最终发现OptrA蛋白对氟苯尼考抑制菌体核糖体翻译具有一定的缓解作用2 7 。但因该研究中影响变量较多及试验用菌种较少，OptrA蛋白介导细菌对酰氨醇/恶唑烷酮药物耐药的机制仍需进一步研究。3optrA的遗传多样性和流行特征自从我国科研工作者在粪肠球菌中发现optrA以来，陆续在美洲、欧洲、非洲、澳洲等世界其他地域的人类、动物、食品和环境中的粪肠球菌及屎肠球菌中发现并报道2 8-32 。虽然初次发现时optrA位于菌株E349的可转移质粒上，但后续关于该基因序列方面的分析显示其通常定位于转座子上，可在不同细菌的染色体和质粒DNA之间进行转移。并且随着时间推移，optrA在细菌间的传播范围逐渐扩大；截至目前optrA已在粪肠球菌3-34、金黄色葡萄球菌35、猪链球菌36 和产气荚膜梭菌37 等环境常见菌及具有较强致病性的革兰阳性菌中陆续发现。相比之下，optrA在革兰阴性菌中的报道较少，目前optrA在革兰阴性菌中的研究报道主要集中于动物及动物产品中分离的弯曲杆菌属细菌38-39。自发现后，多项临床研究陆续从医院、病房或人源肠球菌中检测到optrA基因。2 0 16 年有研究在杭州第三人民医院病房中分离到的8 6 株肠球菌中通过PCR检测到了13株同时携带optrA和fexA的菌株，表明了optrA在医院环境中的广泛存在40 。2 0 19年报道称我国杭州健康人群中分离到的肠球菌对optrA的携带率在3.5%上下，并且携带optrA的肠球菌主要为粪肠球菌。通过对分离到的肠球菌中optrA的基因环境分析显示其能够以IS1216E-fexA-optrA-erm(A)-IS1216E、IS12 16 E-o p t r A-e r m(A)-IS12 16 E和IS1216E-fexA-optrA-IS1216E的形式在不同菌株中存在。同时，该研究指出肠球菌中optrA基因能够根据碱基序列的差异分为19种optrA变体，并且得出不同optrA变体介导的利奈唑胺耐药性存在一定的差异41。此外，世界其他国家如德国、意大利、澳大利亚等国的临床样本中也多次分离到optrA阳性的肠球菌，序列分析显示这些肠球菌中optrA基因环境与序列和我国分离到的肠球菌相似，并且能够和fexA、c f r 等基因同时存在于同一可转移质粒上42-。除在人源肠球菌中存在外，optrA也在多种动物源细菌中被检测到。2 0 17 年中国农业大学的研究者自广东、山东和上海的猪源松鼠葡萄球菌中发现了耐药基因optrA，并且optrA阳性的松鼠葡萄球菌大多数还同时携带cfr45。2 0 19年南京农业大学研究人员.157.自江苏省健康猪分离的10 7 株猪链球菌中的41株检测到了optrA；其中发现一株具有多重耐药性的猪链球菌菌株，全基因组测序显示该菌株携带包括optrA、cfr、t e t(M)、e r m(B)在内的多种耐药基因36 。2 0 2 0年、2 0 2 1年和2 0 2 2 年的研究分别自山西省鸡、青海省藏羊和陕西省奶山羊源产气荚膜梭菌(2 C45，Q H Y-2，2 1-D-5)的质粒上检测到optrA基因；质粒序列分析得出在3株optrA阳性的产气荚膜梭菌中optrA的序列保守度较好且基因环境相同，均为ISVlua-fexA-IS1216-optrA-erm(A)-IS1216-ISVlua(图3)37.46-47,揭示了optrA在产气荚膜梭菌之间以ISVlua-fexA-IS1216-optrA-erm(A)-IS1216-ISVlua的形式进行传播的可能性。ISVluaIS1216crm()optrAIS1216fexAJSVlua21-D-52C45金QHY-2图3optrA在产气英膜梭菌中基因环境47 目前针对optrA在革兰阴性菌中检测的报道主要集中于弯曲杆菌。2 0 2 0 年的一项报道自我国广东省和山东省动物、食品和环境中分离到的7 株大肠弯曲杆菌中检测出了optrA基因。7 株optrA阳性的大肠弯曲杆菌optrA基因序列与菌株E349质粒上检测到的optrA序列相似度达99.9%；并且通过对这7 株大肠弯曲杆菌中optrA的基因环境分析得出其可以分为IS1216E-optrA-erm(A)-like-fer-IS1216E和IS1216E-fexA-hp-0ptrA-IS1216E两种不同的基因环境38 。2 0 2 1年报道指出分离自我国39个城市的超市和食品零售市场的肉类样本发现对利奈唑胺表现较强的抵抗力且携带有optrA的空肠弯曲杆菌；通过对该菌的基因组序列进行分析发现optrA以IS1216E-optrA-hp-fexA-hp-ISEfal1-IS1216E的形式存在39。同年，中国农业大学研究者就首次在猪源空肠弯曲杆菌中发现了optrA和fexA基因共同存在的现象48 。总的来说，弯曲杆菌中所发现的optrA基因环境与先前发现的多种阳性菌中该基因的基因环境相似，且optrA所在的片段其GC含量高于菌株基因组整体GC含量，表明了弯曲杆菌中optrA由阳性菌传播而来的可能性。4结语酰氨醇类和恶唑烷酮类抗生素对畜牧养殖和多重耐药阳性菌的临床用药具有重要作用。optrA作为新发现的酰氨醇类/恶唑烷酮类耐药基因，其作用机制和传播趋势的研究对保护畜牧经济效益和公共卫耐药基因插入元件假定蛋白.158.生安全具有重要意义。经本文综述，optrA在世界多国的临床环境中多有发现，并且在我国动物源细菌中也具有一定程度传播。虽然目前各项研究中optrA的检出率仍处于较低水平，但值得注意的是，在肠球菌、弯曲杆菌、链球菌和产气荚膜梭菌等多种来源阴性菌或阳性菌中，optrA都是和其他多种耐药基因如cfr、f e x A、e r m(A)同时存在于插入序列之间或基因岛上。此种现象的存在无疑会进一步促进optrA和其他耐药基因的协同传播；对optrA和其他耐药基因的协同传播趋势及机制进行研究、并寻求有效的解决方案，对防止细菌对酰氨醇类/恶唑烷酮类抗生素耐药性的传播至关重要。参考文献1Al-Shahrani S,Naidoo V.Florfenicol induces earlyembryonic death in eggs collected from treated hensJ.BMC Vet Res,2015,11:213-219.2 刘蔚雯,汪洋.细菌对氟苯尼考的耐药机制研究进展J.中国动物传染病学报,2 0 18,2 6(0 1):1-6.3 Wei R,Ge F,Chen M,et al.Occurrence of ciprofloxacin,enrofloxacin,and florfenicol in animal wastewater and waterresourcesJ.J Environ Qual,2012,41:1481-1486.4Schwarz S,Kehrenberg C,Doublet B,et al.Molecular basisof bacterial resistance to chloramphenicol and florfenicolJ.FEMS Microbiol Rev,2004,28:519-542.5 Li X,Chen L,Yue H,et al.Depletion of florfenicol andflorfenicol amine in eggs of laying hens and growing pulletsafter oral administrationJ.Food Addit Contam Part AChem Anal Control Expo Risk Assess,2020,37:1449-1458.6杨影影.猪链球菌利奈唑胺耐药基因optrA的检测及其传播机制研究D.郑州：河南农业大学,2 0 2 2.7孙继超，陈晨，张东辉，等.氟苯尼考的研究进展 .江苏农业科学,2 0 2 0,48(2 0):31-36.8吴蓓蓓，杜向党氟苯尼考耐药菌的构建及大肠杆菌中FloR蛋白定位.畜牧兽医学报,2 0 0 8,10:1438-1441.9Vara Prasad JV.New oxazolidinonesJ.Curr OpinMicrobiol,2007,10:454-460.10】胡宇华，赵欣彤，李天磊，等.恶唑烷酮类抗菌药物研究进展J.药学学报,2 0 2 2,5(7):32 7 6-32 91.11 Jr R C M.Tedizolid:a novel 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