疾病监测, 2014, 29(1): 79-82
DOI: 10.3784/j.issn.1003-9961.2014.01.022
The Relevant Characteristics of OXA-48
GONG Lin, YUAN Min, LU Jin-xing, LI Juan
State Key Laboratory for Communicable Disease Control and Prevention, Institute for Communicable Disease Control and Prevention, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 102206, China
Abstract
OXA-48 carbapenemase belongs to class D β-lactamase and is increasingly reported in enterobacteriaceae. This enzyme hydrolyzes penicillins significantly whereas hydrolyzes carbapenems at a very low level, and it is not susceptible to β-lactamase inhibitors. The blaOXA-48 was part of a composite transposon named Tn1999 and made of two copies of IS 1999 bracketing this gene. The current spread of the blaOXA-48 gene is mostly linked to the dissemination of a self-transferable plasmid of 62 kb that does not carry any additional resistance gene. Therefore, it can spread widely among bacteria. The technique of PCR remain the gold standard for the identification of isolates carring blaOXA-48 gene.
Keywords:    OXA-48   carbapenemases   class D   plasmid  

OXA-48的相关特性
龚林, 袁敏, 卢金星, 李娟
中国疾病预防控制中心传染病预防控制所 传染病预防控制国家重点实验室, 北京 102206
收稿日期：2013-10-17
作者简介：龚林，男，湖北省潜江市人，硕士，主要从事流行病学与统计学研究工作
通讯作者：李娟，Tel：010-58900766，Email：lijuan@icdc.cn
摘要
苯唑西林酶OXA-48是一种D类碳青霉烯酶，近年来在肠杆菌科中报道日益增多。该酶对青霉素类水解能力很强，对碳青霉烯类药物活性较弱，酶活性不能被β-内酰胺酶抑制剂抑制。blaOXA-48基因上下游分别有一插入序列IS1999，共同组成转座子Tn1999。大多数菌株中，blaOXA-48基因位于一个可转移并且不携带其他耐药基因的62 kb的质粒上，因此可以在细菌间广泛传播。PCR技术是检测菌株是否携带blaOXA-48基因的金标准。
关键词:    OXA-48   碳青霉烯酶   D类   质粒  
内容大纲
1 OXA-48的流行特征
2 OXA-48的活性与作用机制
3 blaOXA-48的基因环境
4 携带blaOXA-48基因的质粒特性
5 OXA-48的检测
6 结语

目前，在所有β-内酰胺类抗生素中，碳青霉烯类具有最广泛的抗菌活性，特别是对产Amp C 酶和广谱β-内酰胺酶等菌株，可以发挥明显的抑制作用，其临床代表药物主要有美罗培南、亚胺培南及厄他培南等[1]。然而，随着其临床使用的迅速增加，超剂量及滥用等不合理用药情况的增多，肠杆菌科菌株对碳青霉烯类抗生素逐步产生耐药性，严重削弱了碳青霉烯类抗生素抗感染的效果，这种状况已引起相关研究学者的担忧和重视[2]。

菌株产生碳青霉烯酶是细菌对碳青霉烯类抗菌药物耐药的机制之一。碳青霉烯酶包括Ambler分子结构分类的A、B、D三类酶，A类酶有SHV、KPC等；B类酶包括IMP、VIM、NDM等；D类酶有OXA[3]，其中OXA-48在碳青霉烯类耐药中，显示出了日趋重要的碳青霉烯酶的活性，其在世界各地肠杆菌科的报道逐年增多[3]。

本研究从OXA-48的流行特征、活性与作用机制、基因环境、质粒特点、检测手段等方面进行综述。

1 OXA-48的流行特征

OXA-48于2001年首次发现于土耳其的肺炎克雷伯菌中[4]，该菌株几乎对所有β-内酰胺类药物耐药，包括青霉素类、头孢菌素类、单环内酰胺类和碳青霉烯类。对该肺炎克雷伯菌的进一步分析得知，其合并表达SHV-2a、TEM-1和OXA-47，并且有细胞外膜蛋白的缺失，导致了它对各种抗生素的高度耐药[4]。随后几年里，OXA-48菌株在土耳其各地区相继出现过暴发或流行。除土耳其外，OXA-48在比利时、黎巴嫩、突尼斯、德国、摩洛哥、法国等国家均有报道[4-15]。迄今为止，OXA-48仅在肠杆菌中有报道，包括肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌、弗氏柠檬酸杆菌、阴沟肠杆菌、雷氏普罗威登斯菌等[4-15]。在世界各地呈现出散发或暴发的趋势[16]。

2 OXA-48的活性与作用机制

Ambler分子结构分类的三类碳青霉烯酶中，A类碳青霉烯酶可以水解青霉素类、早期头孢菌素类、氨曲南和碳青霉烯类，对亚胺培南的水解活性强于美罗培南，可被β-内酰胺酶抑制剂他唑巴坦、克拉维酸抑制[17]。金属β-内酰胺酶具有稳定且高效的碳青霉烯类(丝氨酸酶不能将其水解)的水解活性，除了单环外,可以催化水解几乎所有的β-内酰胺酶，其不能被β-内酰胺酶抑制剂所抑制，但可以被EDTA抑制[18]。与前两类酶相比，D类酶中的OXA-48对青霉素类水解能力很强，对碳青霉烯类药物活性较弱，不能被克拉维酸和他唑巴坦等抑制剂抑制，对超广谱头孢菌素类药物敏感。Docquier等[19]认为在D类β-内酰胺酶中，OXA-48对亚胺培南有最高的催化水解作用。

OXA-48的晶体结构分析显示，其结构与OXA-10类似，但OXA-10缺乏水解碳青霉烯类药物的能力。随后的试验发现，OXA-48水解碳青霉烯的活性在 于其活性位点区域的 微小改变，对碳青 霉烯的有效水解依赖于底物的α-羟乙基的旋转，而 这 种旋转是由位于β5-β6环内或其附近残基的特性或构象引起的[16,19]。

3 blaOXA-48的基因环境

blaOXA-48基因片段大小为798 bp，由265个氨基酸组成。 与其他D类β-内酰胺基酸的同源性低于46%[20]。最初分离的菌株中发现，blaOXA-48基因上下游分别有一插入序列IS1999，共同组成转座子Tn1999[7,21-22](图1a)。Poirel等[16]进行体外实验证明，尽管转座子Tn1999在大肠埃希菌中的转座效率较低(<10-7)，它还是具有一定的转座能力。随后在分离自伊斯坦布尔的1株肺炎克雷伯菌中发现，blaOXA-48基因上游插入一个IS1R基因，构成Tn1999.2[7,21-22](图1b)；相比Tn1999，Tn1999.2提供了一个更强的启动子，导致OXA-48更高水平表达，从而介导了对碳青霉烯类更高程度的耐药[6]。最近有研究表明，在大肠埃希菌中发现blaOXA-48基因下游又插入一个IS1R基因，构成了新的转座子类型Tn1999.3[23](图1c)。

  注：图为携带有blaOXA-48基因的3种转座子的示意图，图1a为Tn1999； 图1b为Tn1992. 2； 图1c为Tn1999.3； 箭头方向代表基因转录的方向，RepP代表编码噬菌体复制蛋白P的基因。
图1 blaOXA-48基因的3种不同的基因环境
Figure 1 Three different genetic features of the blaOXA-48 gene
4 携带blaOXA-48基因的质粒特性

迄今为止，blaOXA-48基因只在肠杆菌科中发现[24]。在大多数菌株中，blaOXA-48基因位于一个可转移并且不携带其他耐药基因的62 kb的质粒上[7]；少数菌株中也发现其位于140 kb质粒上，该质粒同时携带有其他耐药基因，如blaOXA-9基因，blaCTX-M基因等，耐药谱更广[22]。2001年对来自肺炎克雷伯菌携带blaOXA-48基因的质粒进行全基因组测序发现，blaOXA-48位于一个62.3 kb的IncL/M型质粒上[24]。IncL/M型质粒是一种宽宿主质粒，其在肠杆菌科中分布非常广泛[22]。分子流行病学调查显示，在报道的OXA-48的菌株中均发现有此种质粒，表明OXA-48在肠杆菌中的播散与此质粒的传播密切相关[16,22]。

5 OXA-48的检测

产碳青霉烯酶肠杆菌科细菌的出现和流行使临床抗感染治疗面临严峻挑战。在缺少有效抗菌药物的情况下，及时准确地发现产碳青霉烯酶菌株显得尤为重要[20]。比较产OXA-48的菌株对不同碳青霉烯类抗菌药物的最小抑菌浓度(MIC)发现，其对亚胺培南和美罗培南的易感性下降，其MIC在敏感范围内，但对厄他培南中度敏感或耐药。因此厄他培南对携带OXA-48肠杆菌科菌株的检测灵敏度更高，可作为OXA-48检测较好的指示物[9]。

改良Hodge实验是美国临床和实验室标准协会(CLSI)推荐的碳青霉烯酶表型检测方法。菌株对三代、四代头孢菌素耐药，厄他培南MIC≥2 μg/ml， 亚胺培南、美罗培南MIC 2～4 μg/ml时，应进行改良Hodge实验。当亚胺培南抑菌圈内出现待检菌呈增强性生长者为阳性。这个实验可判定细菌对碳青霉烯类抗生素敏感性下降是否由碳青霉烯酶引起，具有很高的灵敏度和特异性。然而，近来这种改良Hodge实验的假阳性报道也日益增多。这些假阳性最常见于产CTX-M或AmpC的β-内酰胺酶菌株[25]。

聚合酶链反应(PCR)技术是检测菌株是否携带blaOXA-48基因的金标准。引物OXA-48A(5′-TTG GTG GCA TCG ATT ATC GG-3′)和OXA-48B(5′-GAG CAC TTC TTT TGT GAT GGC-3′)可用于扩增类blaOXA-48基因[16]。多重PCR技术可同时检测包括blaOXA-48基因在内的11种碳青霉烯酶基因[26]，TaqMan 探针荧光定量PCR技术也可对blaOXA-48基因进行快速检测[27]。

6 结语

产碳青霉烯酶的肠杆菌科细菌在医疗机构的散布和传播对医院感染的管理带来了巨大的挑战。A类碳青霉烯酶在世界各地广泛传播，包括美洲、欧洲、亚洲、中东等；质粒介导的B类金属β-内酰胺酶也在全球播散；D类碳青霉烯酶OXA-48在土耳其发现，随后的几年里，在欧洲流行并偶有暴发出现[28-29]，并有全球播散的趋势。根据美国临床和实验室标准协会(CLSI)的耐药、敏感的判读标准，产OXA-48的菌株可能对碳青霉烯酶敏感，因此OXA-48菌株在临床微生物实验中很容易被忽视，这样也导致了我们远远低估了其流行水平。

OXA-48的出现也对临床用药的选择带来了麻烦。目前发现的OXA-48菌株对多种抗生素耐药，因此选择有效的抗生素就显得非常重要。对于表达OXA-48而不合并表达ESBL或AmpC的菌株，超广谱头孢菌素看起来是个不错的选择，但是鲜有临床数据来支持该观点[16]。最近有报道称，用感染腹膜炎的小鼠实验得出，头孢他啶可以用来治疗产OXA-48而不产ESBL或AmpC菌株的感染[30]。但是目前许多菌株不仅携带blaOXA-48基因，还携带有ESBL基因，AmpC基因或PMQR基因(质粒介导的喹诺酮耐药基因)等，这些基因合并产生了更高水平的多重耐药[29]，临床用药的选择因而显得更加艰难。

由于抗生素滥用的现象日趋严重，OXA-48的出现应引起关注，可以从以下几个方面来着手：(1)建立一种快速、准确、易于标准化的检测OXA-48细菌的方法；(2)加强对OXA-48细菌的监测，揭示其流行特征；(3)重视不产生ESBLs多重耐药细菌；(4)深入研究碳青霉烯类抗生素作用机制和耐药机制，开发高效的抗碳青霉烯酶药物，有效治疗和检测产酶菌株感染[17]；(5)采取正确有效治疗和管理措施，控制感染及感染的传播流行[20]。

参考文献
[1] Wang H, Chen MJ. Carbapenemases: a problem we are going to have[J]. Chinese Journal of Internal Medicine, 2003, 42(5):354-356.(in Chinese) 王辉, 陈民钧. 碳青霉烯酶: 未来困扰我们的难题[J]. 中华内科杂志, 2003, 42(5):354-356.
[2] Xian YC. The research progresses of KPC-type Carbapenemases[J]. The Chinese and Foreign Womens Health, 2013, 11(2):7-8.(in Chinese) 贤永嫦. KPC型碳青霉烯酶的研究进展[J]. 中外女性健康(下半月), 2013, 11(2):7-8.
[3] Nordmann P, Naas T, Poirel L. Global spread of carbapenemase-producing Enterobacteriaceae[J]. Emerg Infect Dis, 2011, 17(10):1791-1798.
[4] Poirel L, He ritier C, Tolün V, et al. Emergence of oxacillinase-mediated resistance to imipenem in Klebsiella pneumoniae[J]. Antimicrob Agents Chemother, 2004, 48(1):15-22.
[5] Pir M, Andlovic A, Cerar T, et al. A case of OXA-48 carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae in a patient transferred to Slovenia from Libya[J]. November Euro Surveill, 2011, 16(50):pⅡ=20042.
[6] Carrer A, Poirel L, Eraksoy H, et al. Spread of OXA-48-positive-carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae isolates in Istanbul, Turkey[J]. Antimicrob Agents Chemother, 2008, 52(8):2950-2954.
[7] Carrer A, Poirel L, Yilmaz M, et al. Spread of OXA-48 encoding plasmid in Turkey and beyond[J]. Antimicrob Agents Chemother, 2010, 54(3):1369-1373.
[8] Cuzon G, Naas T, Lesenne A, et al. Plasmid-mediated carbapenem-hydrolysing OXA-48 betalactamase in Klebsiella pneumoniae from Tunisia[J]. Int J Antimicrob Agents, 2010, 36(1):91-93.
[9] Glupczynski, Huang TD, Nordmann P, et al. Plasmid-Encoded Carbapenem-Hydrolyzing β-Lactamase OXA-48 in an Imipenem-Susceptible Klebsiella pneumoniae Strain from Belgium[J]. Antimicrob Agents Chemother, 2008, 52(9):3463.
[10] Cuzon G, Ouanich J, Gondret R, et al. Outbreak of OXA-48-Positive Carbapenem-Resistant Klebsiella pneumoniae Isolates in France[J]. Antimicrob Agents Chemother, 2011, 55(5):2420-2423.
[11] Poirel L, Ros A, Carre A, et al. Cross border transmission of OXA-48-producing Enterobacter cloacae from Morocco to France[J]. J Antimicrob Chemother, 2011, 66(5):1181-1182.
[12] Pitart C, Sole M, Roca I, et al. First outbreak of a plasmid-mediated carbapenem-hydrolyzing OXA-48 β-lactamase in Klebsiella pneumoniae in Spain[J]. Antimicrob Agents Chemother, 2011, 55(9):4398-4401.
[13] Goren M, Chmelnitsky I, Carmeli Y, et al. Plasmid-encoded OXA-48 carbapenemase in Escherichia coli from Israel[J].J Antimicrob Chemother, 2011, 66(2):672-673.
[14] Pir M, Andlovic A, Cerar T, et al. A case of OXA-48 carbapenemase-producing Klebsiella pneumoniae in a patient transferred to Slovenia from Libya.Novermber 2011[J]. Euro Surveill, 2011, 16(50):pⅡ=20042.
[15] OBrien DJ, Wrenn C, Roche C, et al. First isolation and outbreak of OXA-48-producing Klebsiella pneumoniae in an Irish hospital, March to June 2011[J].Euro Surveill, 2011, 16(29):pⅡ=19921.
[16] Poirel L, Potron L, Nordmann P. OXA-48-like carbapenemases: the phantom menace[J]. J Antimicrob Chemother, 2012, 67(7):1597-1606.
[17] Chen ZH, Liu WE. The Research Progresses of carbapenemases[J]. International Journal of Laboratory Medicine, 2010, 31(8):841-843.(in Chinese) 陈振华, 刘文恩. 碳青霉烯酶研究进展[J]. 国际检验医学杂志, 2010, 31(8):841-843.
[18] Chen ZQ, Liu YF, Zhu N. Recent Advances on the Research of Metallo—β-lacatmase[J]. World Notes on Antibiotics, 2011, 11(5):528-530.(in Chinese) 陈照强, 刘一方, 朱宁. 金属β-内酰胺酶的研究进展[J].国外医药抗生素分册, 2011, 11(5):528-530.
[19] Docquier JD, Calderone V, De Luca F, et al. Crystal structure of the OXA-48 beta-lactamase reveals mechanistic diversity among class D carbapenemases[J]. Chem Biol, 2009, 16(5):540-547.
[20] Li BS, Wang RH.Present advances in plasmid-mediated Oxacillinase-48-producing bacteria[J]. International Journal of Epidemiology and Infectious Disease, 2012, 39(2):141-143.(in Chinese) 李保松, 王荣华.质粒介导苯唑西林酶-48型细菌的研究进展[J]. 国际流行病学传染病杂志, 2012, 39(2):141-143.
[21] Poirel L, Bonnin RA, Nordmann P. Genetic features of the widespread plasmid coding for the carbapenemase OXA-48[J]. Antimicrob Agents Chemother, 2012, 56(1):559-562.
[22] Dimou V, Dhanji H, Pike R, et al. Characterization of Enterobacteriaceae producing OXA-48-like carbapenemases in the UK[J]. J Antimicrob Chemother, 2012, 67(7):1660-1665.
[23] Giani T, Conte V, Pilato VD, et al. Escherichia coli from Italy Producing OXA-48 Carbapenemase Encoded by a Novel Tn1999 Transposon Derivative[J]. Am Soc Microbiol, 2012, 56(4):2211-2213.
[24] Poirel L, Naas T, Nordmann P. Diversity, epidemiology, and genetics of class D blactamases[J]. Antimicrob Agents Chemother, 2010, 54(1):24-38.
[25] Sun H, Guo P, Zhong ZR. The Research Progresses of KPC-type Carbapenemases[J]. Theory and Practice of Diagnostics, 2012, 11(5):528-530.(in Chinese) 孙红, 郭普, 钟政荣. 肺炎克雷伯菌产碳青霉烯酶型碳青霉烯酶的研究进展[J]. 诊断学理论与实践, 2012, 11(5):528-530.
[26] Poirel L, Walsh TR, Cuvillier V, et al. Multiplex PCR for detection of acquired carbapenemase genes[J]. Diagn Microbiol Infect Dis, 2011, 70(1):119-123.
[27] Swayne RL, Ludlam HA, Shet VG, et al. Real-time TaqMan PCR for rapid detection of genes encoding five types of non-metal-(class A and D) carbapenemases in Enterobacteriaceae[J]. Int J Antimicrob Agents, 2011, 38(1):35-38.
[28] Moquet O, Bouchiat C, Kinana A. Class D OXA-48 Carbapenemase in Multidrug-Resistant Enterobacteria[J]. Seneg Emerg Infect Dise, 2011, 17(1):143-145.
[29] Nazik H, Öngen B, Mete B. Coexistence of blaOXA-48 and aac(6')-Ib-cr Genes in Klebsiella pneumoniae Isolates from Istanbul, Turkey[J]. J Intern Med Res, 2011, 39(5):1932-1940.
[30] Mimoz O, Grégoire N, Poirel L. Broad-Spectrumβ-Lactam antibiotics for treating experimental peritonitis in mice due to Klebsiella pneumoniae producing the carbapenemase OXA-48[J]. Antimicrob Agents Chemother, 2012, 56(5):2759-2760.