近年來，多重耐藥和泛耐藥病原菌不斷產生，新的抗菌藥物研發速度已無法滿足臨床治療需求。磷霉素和多黏菌素等抗菌藥物被重新用于臨床抗感染治療。磷霉素對革蘭陽性菌和革蘭陰性菌有獨特的作用機制，不易產生交叉耐藥，仍有較好的臨床應用價值。文章對磷霉素的耐藥機制，如murA發生突變引起的磷霉素耐藥、膜轉運體的結構基因突變、質粒介導的磷霉素修飾酶，以及異質性耐藥等耐藥機制進行綜述。
隨著各類抗菌藥物的廣泛使用，病原菌在耐藥性增強的同時，也不斷產生新的耐藥機制。磷霉素是一種廣譜抗菌藥物，對革蘭陽性菌和革蘭陰性菌有獨特的作用機制，不易產生交叉耐藥，其毒性低，組織（甚至在中樞神經系統和骨骼）滲透性高。磷霉素對耐藥革蘭陽性菌，如甲氧西林耐藥金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA）、萬古霉素耐藥腸球菌（vancomycin-resistant Enterococcus，VRE）和青霉素耐藥肺炎鏈球菌（penicillin-resistant Streptococcus pneumoniae，PRSP），以及耐藥革蘭陰性菌，如產超廣譜β -內酰胺酶（extended-spectrum betalactamase，ESBL）和產碳青霉烯酶腸桿菌科細菌都具有良好的抗菌活性。但是，隨著磷霉素的使用，其耐藥率也明顯上升，磷霉素耐藥機制的相關報道也逐漸增多，包括染色體上磷霉素靶酶編碼基因發生突變、膜轉運體的結構基因突變、質粒介導的磷霉素修飾酶及異質性耐藥。本文對磷霉素耐藥機制的最新研究進行綜述。
1、murA基因突變導致的磷霉素耐藥
磷霉素的作用靶酶UDP-N-乙酰葡萄糖胺烯醇丙酮酸轉移酶MurA是催化肽聚糖合成第1步反應的關鍵酶之一，主要作用是催化UDP-N-乙酰葡萄糖胺和磷酸烯醇丙酮酸轉化為UDP-N-乙酰葡萄糖胞壁酸。磷霉素通過抑制MurA來阻礙細胞壁的合成。murA基因突變導致磷霉素靶酶MurA發生氨基酸替換是導致磷霉素耐藥的重要因素。有些細菌天然對磷霉素有耐藥性，導致天冬氨酸取代了半胱氨酸的murA突變使病原體（衣原體、結核分枝桿菌和費氏弧菌）對這種抗菌藥物產生天然耐藥性。同樣，在MurA基因117位點的半胱氨酸替代天冬氨酸后，結核分枝桿菌對磷霉素開始敏感。
革蘭陽性菌和革蘭陰性菌臨床分離株中都存在murA基因突變導致的獲得性耐藥。磷霉素耐藥腸球菌發生磷霉素靶酶MurA突變的概率較大，以MurA上Cys263Arg、Ser281Gly的氨基酸替代最常見，部分菌株MurA發生了Cys263Arg、Glu278Arg、Ser281Gly和Val283Ile等多個氨基酸替代，相應的磷霉素最小抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）也較高。這些氨基酸替換可能是腸球菌對磷霉素耐藥的機制，我國臺灣地區的一項抗菌藥物耐藥性監測研究在MRSA中也發現了murA突變，該研究在這些突變基因中鑒定出7個不同亞型，只有1個亞型導致了717位點的1個核酸缺失，而其他6個突變導致了MurA蛋白中不同的氨基酸替換。最常見的對磷霉素耐藥的murA突變體是I型G257D突變。有學者在磷霉素耐藥大腸埃希菌和碳青霉烯耐藥肺炎克雷伯菌中都檢測到了murA基因突變。murA基因突變是臨床病原菌磷霉素耐藥的重要機制之一。
2、轉運蛋白突變、缺失導致的磷霉素耐藥
細菌膜通透性改變可抑制抗菌藥物進入細菌內部，而降低抗菌藥物的殺菌或抑菌作用，細菌表現為對該藥物耐藥。膜通透性改變也是引起磷霉素耐藥的重要原因之一，最常見的膜轉運體突變是編碼GlpT和UhpT膜轉運體的結構基因突變。臨床常見細菌通過GlpT和UhpT膜轉運體運輸細菌代謝功能和毒力所需的甘油和其他碳水化合物，磷霉素通過相同的轉運體進入細菌內部。編碼GlpT和UhpT膜轉運體的結構基因、GlpT和UhpT的調節基因，調節cAMP水平，進而降低GlpT表達的ptsI和cyaA基因，以及影響細菌生長和細胞壁通透性的abrp基因發生突變均可以導致細菌對磷霉素的攝取降低，導致細菌對磷霉素產生耐藥。
glpT和uhpT的突變是引起大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌磷霉素耐藥的主要原因之一。LEE等發現，在磷霉素耐藥的MRSA中包含6種不同glpT基因的突變，每種突變都會導致GlpT蛋白內的氨基酸替換；此外，他們還在uhpT基因中發現了4種不同的突變，均可導致UhpT蛋白的氨基酸替換。有研究發現，金黃色葡萄球菌磷霉素耐藥主要由glpT和uhpT突變引起；同時，外排基因tet38的過表達也是引起磷霉素耐藥的重要原因。
SORLOZANO-PUERTO等發現，在29株大腸埃希菌中，有22株因uhpT和/或uhpA基因缺失而對磷霉素產生耐藥性。碳青霉烯類耐藥肺炎克雷伯菌的glpT突變（或glpT缺失）和/或uhpT突變也是磷霉素耐藥的機制之一。有學者在大腸埃希菌中發現了對磷霉素耐藥的新的染色體uhpB或uhpC基因突變，通過定點誘變技術引入突變uhpB（G469R）或uhpC（F384L）可使大腸埃希菌（CFT073）（MIC=1 mg/L）磷霉素MIC升高128倍。
3、磷霉素修飾酶導致的磷霉素耐藥
臨床主要致病菌對磷霉素耐藥的重要機制之一是獲得質粒編碼的金屬酶基因。Fos酶屬于乙二醛酶超家族，包括FosA、FosB、FosC、FosL1-2和FosX，這些金屬酶通過添加谷胱甘肽（FosA1～A10，FosL1-2，FosC2）、桿菌硫醇（FosB）或水（fosX）來催化磷霉素環氧化物（環氧烷）環的打開，使磷霉素失活。近十年來，至少有10種fos基因被發現，其中fosA、fosA亞型和fosC2主要見于腸桿菌科細菌；除fosA2外，所有fosA亞型都在質粒和轉座子、鄰近的插入序列元件或整合子中被發現，表明這些可移動元件在腸桿菌科細菌質粒介導的fos基因轉移中起著重要作用。
3.1 FosA修飾酶及亞群
fosA及亞群基因結構很相似（fosA1～A10），fosA2基因與fosA具有95%的氨基酸同源性；fosA3和fosA5是碳青霉烯類耐藥及產KPC酶肺炎克雷伯菌磷霉素耐藥的主要機制，分別有約90%和10%菌株攜帶fosA3和fosA5基因，并可通過質粒在醫院內廣泛傳播。fosA4基因于2014年在日本的1株大腸埃希菌臨床分離株中被鑒定出來，澳大利亞有報道稱在分離自尿路感染患者的大腸埃希菌中也檢測到質粒編碼的fosA4基因，其對磷霉素的MIC>256 mg/L。fosA5基因全長420 bp，編碼1個含有139個氨基酸的蛋白質，與fosA、fosA2、fosA3和fosA4的同源性為69%～80%，攜帶fosA3、fosA4和fosA6基因是大腸埃希菌磷霉素耐藥的機制之一。
有研究在分離自尿液樣本的大腸埃希菌中發現了質粒編碼fosA8 ， 與Leclercia adecarboxylata染色體中的fosA基因一致性最高這種菌引起的人類感染罕見，原因可能是由于高水平的fosA基因表達對磷霉素具有固有耐藥性。FosA9首次在一個反復發作的膿毒癥患者血培養分離的大腸埃希菌中被檢出。fosA2和fosA7分別為陰溝腸桿菌和Salmonella enterica serovar Heidelberg中fosA的染色體變異，被提議命名為FosAEC和FosASH。
除本身存在fosA可引起耐藥外，某些啟動子對其表達的影響也對磷霉素耐藥起重要作用。有學者對磷霉素耐藥并產生碳青霉烯酶（OXA-48）的肺炎克雷伯菌進行了全基因組測序，結果顯示，ISEcp1-bla CTX-M-14b串聯插入染色體編碼的lysR-fosA位點上游；他們對lysR和fosA基因表達量進行定量分析，發現該插入有1個強大的雜交啟動子，使fosA基因過表達，導致磷霉素耐藥。
3.2 FosB修飾酶
FosB是一種Mg2+依賴酶，以L-半胱氨酸作為硫基供體，催化L-半胱氨酸或桿菌巰基添加到磷霉素上，使磷霉素失去殺菌活性。FosB型酶主要存在于芽孢桿菌和葡萄球菌中，在腸球菌中也有報道，1項關于磷霉素耐藥屎腸球菌fos基因的研究結果顯示，在145株屎腸球菌中，有10株對磷霉素耐藥（MIC>1 024 mg/L），且均攜帶fosB3基因，部分菌株fosB3位于轉座子Tn1546，提示fosB3對屎腸球菌的磷霉素耐藥起重要作用。
3.3 FosC、FosX和FosL修飾酶
在Pseudomonas syringae中發現的FosC是一種類似于谷胱甘肽s轉移酶的酶，它能在ATP的參與下因催化磷霉素磷酸化而失活。FosX是一種Mn2+依賴水解酶，與其他Fos酶作用相似，通過在磷霉素的C1位置加水并打開其環氧環，使磷霉素失去活性。最新的研究結果顯示，FosX的高表達是腸球菌磷霉素耐藥的重要原因之一，在單核李斯特菌、鮑曼不動桿菌的磷霉素耐藥中也起重要作用。有學者在快速生長的膿腫分枝桿菌亞群中發現了FosM，其為FosX亞家族的成員，含有134個氨基酸，是一種依賴于Mn2+的FosX型水合酶，對MSH或其他硫醇沒有選擇性。KHABTHANI等從人類腸道的新細菌物種（Bacillus massiliogabonensis、Gracilibacillus timonensis和Bacillus phoceensis）中鑒定出3個新的磷霉素耐藥基因，分別是fosM1、fosM2和fosM3，均對磷霉素產生高水平的耐藥；他們認為，人類微生物群中的細菌可能是磷霉素耐藥基因的儲備庫。2020年，瑞士有學者發現1株產超廣譜β-內酰胺酶的磷霉素耐藥大腸埃希菌，攜帶1個新的質粒介導的磷霉素耐藥基因，將其命名為fosL1。有研究發現，FosL1蛋白是一種谷胱甘肽s轉移酶，對磷霉素高水平耐藥，與其他fosA類家族成員有57%～63%的同源性；該研究在腸道沙門菌基因組中發現了另一個編碼FosL1-like酶的基因，這個酶被命名為FosL2，與FosL1具有96%的氨基酸同源性。
3.4 FomA和FomB型激酶
有學者在磷霉素耐藥的鏈霉菌屬中發現了1種激酶，該種激酶不同于Fos金屬酶，可以修飾磷霉素，并使其毒性消失；這些酶分別由fomA和fomB基因編碼，并通過磷酸化使磷霉素失活，FomA將磷霉素轉化為一磷酸磷霉素，而FomB則以一磷酸磷霉素作為底物，轉化成二磷酸磷霉素。
4、磷霉素的異質性耐藥
抗菌藥物的異質性耐藥是指同一克隆菌株中包含與主要細菌群體相比對抗菌藥物敏感性降低的亞群，細菌的異質性可能會出現2種情況：一種是細菌主要群體和異質性的細菌亞群的MIC都在敏感或耐藥的范圍內，但存在差異；還有一種是細菌主要群體的MIC為敏感，而異質性的細菌亞群為耐藥。
有研究發現，當從磷霉素異質性耐藥的肺炎鏈球菌中敲除murA1后，磷霉素異質性耐藥也隨之消失了；進一步的研究結果顯示，murA1是磷霉素的異質性耐藥所必需的，但并不是唯一的相關因素。磷霉素異質性耐藥表型的發生和變化部分是由菌株的突變增加導致的，因此，不僅在磷霉素藥物敏感性試驗中，在其他抗菌藥物的藥物敏感性試驗中，都應考慮這些異質性耐藥亞群體。
5、總結與展望
磷霉素由于抑菌作用機制獨特而具有廣譜抗菌活性，對金黃色葡萄球菌和腸球菌等革蘭陽性菌、大部分腸桿菌科細菌和非發酵菌均有良好的抗菌效果。隨著臨床上多重耐藥菌的播散，以及有效抗菌藥物的缺乏，磷霉素的優點日益凸顯，其耐藥情況也受到越來越多的關注。磷霉素的耐藥機制包括murA基因突變、轉運蛋白突變和缺失、磷霉素修飾酶以及異質性耐藥。隨著磷霉素在臨床被越來越多地重新應用，以及蛋白組學、全基因組測序等檢測技術的不斷成熟，在未來可能會發現更多新的耐藥基因和耐藥相關基因突變，我們也會持續關注相關研究。
