青霉素结合蛋白研究进展及新动向

青霉素结合蛋白研究进展及新动向

颜廷旭王宇杨玲

吉林省四平市中心医院药剂科136000

青霉素结合蛋白（PBPs）是广泛存在于细菌表面的一种膜蛋白，是β内酞胺类抗生素的主要作用靶位。不同细菌其种类及含量都不相同。但各菌种的PBPs又有许多相似的结构与功能，在细菌生长、繁殖中发挥重要作用。PBPs结构和数量的改变是产生细菌耐药的一个重要机制。抗生素虽种类繁多，但在耐药菌的治疗中仍缺乏有效方法。因此近来围绕PBPs开展了大量的研究工作，希望从分子结构与基因水平认识PBPs，研究细菌耐药的机制，企图获得更有效的治疗手段。

一、青霉素结合蛋白基本概念

青霉素是通过干扰细菌表面结构而起作用。发现青霉素结合蛋白，用放射性同位素标记的青霉素可以标计出细菌表面的PBPs，但后来研究发现并非所有PBPs都是青霉素作用的致命靶位。所有细菌都含有多种不同青霉素结合蛋白，不同菌属其PBPs含量种类也都各不相同，不同的抗生素通过不同的PBP蛋白结合而产生不同的抗菌活性。所以与不同PBP结合的抗生素联合应用，往往产生协同作用。

每个菌种都有特异的PBPs称PBPs谱。在一种菌种中PBPs按分子量大小排序，分别称PBPI，PBP2，PBP3......。PBPl是分子量最大的一种。不同菌属PBPs的生理功能相近，且分子结构上也有相似性。PBPs含量很少，只占细胞膜蛋白总量的1%，不同PBP含量变化确很大，如大肠杆菌中PBPI，PBP2，PBP3含量很少，而PBP5和PBP6却占PBPs量的70%—90%。不同PBP与抗生素亲和力差别很大。

二、各种青霉素结合蛋白研究进展：PBPs在不同菌种中各不相同，但对其分子结构的研究发现不同菌种都有特异的PBPs，PBPs的生理功能能影响和其结合的抗生素的抗菌活性，对大肠杆菌PBPs的研究最早开展，也是研究最多的，比较具有代表性。大肠杆菌含有6种PBP，依次为PBPI，PBP2，PBP3，PBP4，PBP5，PBP6。

（1）PBP1主要功能是维持细胞形态，可分为PBP1a，PBPlb两部分。PBPlb主要分布于细胞内膜.也有少部分分布于细胞外膜。是细菌生长的重要蛋白，与抗生素结合后可导致细菌快速溶解.最近研究表明，PBP1b是球蛋白，有两个酶活性区，一个是转肚酶活性区，另一个是转糖酶活性区。PBPla具有PBPlb替代酶的作用。PBPla为细菌生长非必需蛋白.在细菌分裂中，PBPlb起着相当重要作用，与肤聚糖的合成有关。

（2）PBP2能够维持大肠杆菌的张力，使菌体保持杆棒状。PBP2只占PBPs的1%。美西林、克拉维酸与PBP2有高亲和力。与PBP2结合后，可使细菌变成园球体，导致溶解、死亡。实验表明菌株缺乏PBP2基因，如能使PPGPP大量表达分裂蛋白，细菌仍能存活并分裂繁殖

（3）PBP3与细菌分裂有关。在DNA完成复制后激活PBP3，并催化酶反应，产生肚聚糖合成反应。低浓度的头抱菌素作用于PBP3使细菌成为丝状体。

（4）PBP4同时具有D，D-梭肤酶活性及D.D一内肤酶活性。缺乏PBP4的变异株也能存活，因此PBP4不是β内酞胺类抗生素的主要作用靶位。对PBP4一级结构的研究发现，编码PBP4活性部位的基因SXXK，SXN及KIG与A型件内酞胺酶是同源的。在PBP4的SXXK与SXN之间有一区间，不同菌株PBP4氨基的顺序可在这区间删除不等量氨基酸，与原PBP4比较对基本功能影响甚少。

（5）PBP5具梭基肤酶活性，缺乏PBPS的变异株对某些抗生素特别敏感，而且PBP5功能受PBP2影响。在缺乏PBP4与PEP5的变异株中，其功能可由PBP3完成。PBPS有膜型和游离型两种，其中游离型可在细胞内形成结晶。在PBP5梭基端有一约100个氨基酸的末端，切除此末端仍保留与青霉素结合能力及酶活性，但容易被蛋白酶降解，说明这个拨基末端有稳定蛋白质的作用。

（6）PBP6不具梭基肤酶活性，但在细菌静止期有稳定肤聚糖结构的作用。过量PBP6在胞浆内表达，能增加胞内胞膜小泡形成。

三、不同PBP与卜内酞胺联用

各种抗生素与PBP3亲和力不同，抗菌活性也不相同。作用于不同PBP的压内酞胺在联用时可产生协同作用。美西林、克拉维酸可与PBP2结合，青霉素、头孢菌素与PBPla亲和力高。头孢拉定、头孢哇林与PBP亲和力高。头孢氨卞、氨曲南与PBP6亲和力高.许多抗生素与PBPl及PBP3结合力有较大差异，因此联用时往往可产生协同效应。

四、PBPs谱变异与耐药性产生

PBPs谱包括PBP种类及其含量.由于不同菌株的PBP谱有其特异性，分离耐亚胺培南的不动杆菌，其PBPs与青霉素的结合力下降，该菌株不产生卜内酥胺酶，其耐药性同PBPs蛋白变异所致，比较肠球菌的PBPs发现与青霉素敏感性关系不大，但PBP7与细菌耐药性却密切相关。对耐青霉素球菌的研究发现PBP2结构改变，其与抗生素的结合力下降。PBP2基因谱中，耐药菌株与敏感菌株只在一个基因段差异较大。肺炎链球菌耐药株中PBPs基因转移敏感株可使敏感株变为耐药株。

五、耐药基因溯源

关于耐药基因来源问题分歧一直很多，有人认为可能是通过基因突变，也有人认为是通过不同菌株间的基因转移而产生的。现实验发现在诺卡菌产生头霉素基因中含3种基因片段：一是编码卜内酞胺酶基因；二是编码PBP基因；三是编码穿透胞膜蛋白基因，诺卡菌的各内酞胺酶与临床分离细菌中A型，此内酞胺酶对青霉素有活性，但对头霉素无作用，在诺卡菌中有8种PBPs，都不与头霉素结合。其抗生素、卜内酞胺酶与PBPs保持平衡，是其存活的条件。由此看到在一个产生抗生素的微生物中，存在制衡现象.我们应用抗生素也利用了微生物界的这种制衡关系。但耐药基因是否是由此而来，是一个耐人寻味的问题.在控制耐药菌感染中，能否利用这种现象，提供有效的治疗手段是值得我们一直探索的。