金属β-内酰胺酶综述

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1、金属类P-内酰胺酶P-内酰胺酶是革兰阴性杆菌对内酰胺类抗牛素耐药的主要机制，细菌产生的P-内酰胺酶大部分系活性部位带丝氨酸残基的酶类，也有一小部分是活性部位为金属离子的酶类，称为金属P-内酰胺酶（metallo-P-lactamase，MBL），简称为金属酶。金属P-内酰胺酶，属Bush分类3群，Ambler分类B类，该群酶最大特点是可以水解碳青霉烯类等抗生素，而对哌拉两林和氨曲南影响较小。酶活性中心需金属锌离子的参与而发挥催化活性，故称为金属P-内酰胺酶。底物为包括碳青霉烯类在内的一大类P-内酰胺抗

2、生素，其活性不被常见的P-内酰胺酶酶抑制剂如克拉维酸等所抑制，但可被离子鳌合剂乙二胺四乙酸（EDTA）、菲咯啉或硫基化合物抑制所抑制。金属p-内酰胺酶可由染色体和质粒介导，可在铜绿假单胞菌、嗜麦芽窄食单胞菌、粘质沙雷菌、肠杆菌属菌、肺炎克雷伯菌、嗜水气单胞菌和不动杆菌、脆弱类杆菌属、等细菌中检岀此类酶。一、发现和分布第一个报道的金属酶是从蜡样芽孢杆菌（Bacilluscereus）屮发现的，该酶为锌依赖酶。20世纪80年代初期FI本从嗜麦芽窄食单胞菌屮鉴定出第二种锌依赖青霉素酶L1型酶，随后又从嗜水气

3、单胞菌和脆弱拟杆菌屮鉴定出多种能水解亚胺培南的金属酶。这些酶都巾染色体基因编码。该类金属酶分布在蜡样芽孢杆菌、嗜麦芽窄食单胞菌、脆弱拟杆菌、气单胞菌属和戈氏军团菌屮，除嗜麦芽窄食单胞菌外,在临床上都极为罕见，而且都是单株散发的。1991年R本学者在铜绿假单胞菌屮发现了第一种质粒介导的金属酶（IMP21），不久又从脆弱拟杆菌屮发现了一种可转移金属酶，这两个酶的发现意味着金属酶已经从单株散发14随机分布过渡。现在已报道了10多种可转移金属酶:IMP21〜8和VIM21〜3,分布在铜绿假单胞菌、不动杆菌和肠

4、杆菌科细菌屮，地域分布上已经不再局限于日本，现己分布至亚洲、欧洲和美洲的多个国家（见表1）。二、生化分类和生化性质1995年Bush等将金属酶全部归入功能类型3群，主要分类依据为：能被金属螯合剂螯合，不被（3-内酰胺酶抑制剂克拉维酸、舒巴坦和三唑巴坦抑制。当时没有再作进一步分类。随着金属酶报道的增多，1997年Rasmussen和Bush将金属酶按功能分成三个亚群：3a、3b和3c。1）3a亚群绝大多数金属酶属于3a亚群。其特点是底物谱宽，水解青霉素的速度与水解亚胺培南的速度相近或更快，还能有效水解头

5、孢菌素，因此，3a亚群金属酶是p-内酰胺酶中最危险的单一酶种。许多3a亚群酶耑添加Zn2+才能达到最大活性或被激活，提示该亚群与Zn24的亲和力低。2）3b亚群分布于气单胞菌中，包括亲水气单胞、杀蛙气单胞、温和气单胞和简达气单胞菌。特点是底物特异性高，优先水解碳青霉烯，弱水解青霉素（A2h除外）和头孢菌素，不水解nitrocefin，因此不能川nitrocefin纸片法检出。等电衆焦电泳和凝胶柱层析时必须用亚胺培南作底物才能检测到。能被EDTA抑制，加EDTA后，再加Z2+又可恢复酶活性。高浓度Zn2

6、+可增加酶活性而在低浓度时酶活性受抑制。当Zn2+在15Mmol或更低时，至少有3种3b酶的活性受抑制。3）3c亚群只有一种，来源于戈氏军团菌，至今尚未命名。能商效水解头孢菌素，弱水解碳青霉烯类。这三群金属酶不水解氨曲南，不被克拉维酸、舒巴坦和三唑巴坦抑制，水解较新的碳青霉烯的能力比水解亚胺培南弱（3a亚群的BacilluscereusII和3b亚群的AsbMl除外）。三、金属酶的分子生物学亚型分类法及分子生物学特点Philippon等研宄了金属酶的基因编码序列的多样性，根据其序列相似度的类型，将金属

7、酶3a，3b两个亚群又进一步细分为3个亚类：BI、B2、B3。1）B1亚群：包括了绝大多数己知的金属酶，蜡样芽胞杆菌产生的II酶（BcII）,脆弱拟杆菌产生的CcrA（又名CfiA）,脑膜炎败血黄杆菌产生的酶BlaB,吲哚黄杆菌产生的IND-1,在铜绿假单胞菌、黏质沙雷菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌屮发现的IMP类以及VIM类都属于该亚型。酶分子W在28RD左右，其•氨基酸同源性223%,有3个组氨酸和1个半胱氨酸残基参与活性部位Zn2+和/或水分子的结合，其活性都能被EDTA所抑制，加入Zn2+后能

8、恢复活性，大多数由质粒介导。B1亚群金属酶都含有与酶的活性基团相关的3个组鉍酸和一个半胱鉍酸。（2）B2亚群：包拈气单胞菌金属酶CphA、CphA2及Imis和居泉沙雷菌产生的SFH-1。本亚群与B1亚群的分子大小相近，但同源性低，两亚群间仅23个氨基酸相同（约11°%）。只有一个Z^+活性位点，以碳青霉烯类作为底物。（3）B3亚群只有一个来源于嗜麦芽窄食单胞菌的L1酶。本亚群酶只有9个氨基酸与其它金属酶相同。L1酶的结构是四聚体，与其它金属酶显著不同（