尉鸿飞　赵静宜　刘新利　牟晓东

摘要：oqxAB基因是近年来新发现的一种质粒介导的喹诺酮耐药基因。综述了oqxAB基因的发现、分子结构、作用机理及基因分布现状，研究了oqxAB基因在细菌耐药过程中的作用，为畜牧养殖、水产养殖、临床诊断和环境检测提供了科学依据。

关键词：oqxAB基因；喹诺酮；细菌耐药性

中图分类号：S851 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）18-4249-03

喹诺酮类药物是一类化学合成的抗菌药，具有高效、广谱、低毒等特点，被广泛用于临床诊断、水产养殖及畜牧养殖中。随着喹诺酮类药物的广泛使用，药物选择压力导致细菌产生耐药性[1]，特别是肠杆菌科细菌对喹诺酮类药物的耐药率逐年增加[2]，尤其是亚洲地区，耐药率超过50%[3]。细菌对喹诺酮类药物的耐药机制分为染色体介导的垂直耐药和质粒介导的获得性耐药。染色体介导的耐药性主要包括：①药物作用靶位（DNA促旋酶及拓扑异构酶Ⅳ）的突变；②细胞膜通透性降低或药物外排泵高表达而导致的细菌细胞内药物减少[4]。质粒介导的获得性耐药可导致细菌对喹诺酮的敏感性降低，并能在不同细菌种属间水平传播，危害更大。

1998年，Martinez-Martinez等[5]发现第一个质粒介导的喹诺酮耐药（Plasmid-mediated quinolone resistance，PMQR）基因。迄今，已在世界范围内不同种属细菌质粒中发现了PMQR基因，包括3种不同的作用机制：第一种是可与药物作用靶位特异性结合的Qnr蛋白[6]；第二种是使药物失活的乙酰化酶Aac（6）-Ib-cr[7]；第三种是药物外排泵蛋白QepA或OqxAB[8-10]。目前，qnr基因、aac（6）-Ib-cr基因和qepA基因在病原菌中广泛存在，已经引起了人们的关注。但是，oqxAB基因一直以来未引起人们重视，近几年来，才被认为是PMQR的一种机制。

1 oqxAB基因的发现

喹乙醇作为一种动物促生长剂曾广泛应用于畜禽及水产养殖，其具有抗菌作用和蛋白同化作用，能提高饲料转化率，适宜于动物增肥[11]。2003年，丹麦科学家Sorensen等[12]从猪堆肥分离的大肠杆菌中鉴定出一个可介导喹乙醇耐药性的接合质粒，命名为pOLA52。2004年，Hansen等[13]从pOLA52质粒序列中发现了喹乙醇耐药基因oqxAB，该基因编码一种耐药节结化细胞分化家族（Resistance-nodulation-division family，RND）外排泵蛋白。2008年，Norman等[14]完成了对pOLA52质粒DNA序列测定，并对其进行了注释。由于它能降低细菌对喹诺酮类药物的敏感性，2009年，Strahilevitz等[6]将其归属于PMQR中。oqxAB基因在缺乏acrA基因的大肠杆菌中能够特异表达，可使喹诺酮类药物萘啶酮酸、氟甲喹、环丙沙星和诺氟沙星对大肠杆菌的最低抑菌浓度分别提高8、32、32和64倍[15]。

2 oqxAB基因的作用机理

OqxAB蛋白是由位于同一个操纵子上的oqxA基因和oqxB基因编码的，属于革兰氏阴性菌的RND家族外排泵蛋白。这种外排泵能将细菌细胞质和细胞膜中不需要的物质，如喹诺酮类药物排出体外。Sato等[16]使用染色体喹诺酮耐药决定区（Quinolone resistance-determining regions，QRDRs）不突变的大肠杆菌进行对照试验，结果表明，oqxAB可促使氟喹诺酮耐药性的产生。作为外排泵，oqxAB可介导菌株对喹恶啉、氯霉素、卡巴多司、喹诺酮（萘啶酸、氟甲喹、诺氟沙星、环丙沙星）、甲氧苄啶、消毒剂和季胺化合物（苯扎氯铵、溴棕三甲铵）、三氯苯氧氯酚的敏感性降低，对SDS的耐受性提高[15]。

3 oqxAB基因的分子结构

oqxAB基因对由oqxA和oqxB两个基因组成。oqxAB位于大肠杆菌IncX1型接合质粒pOLA52中，该质粒序列全长51 602 bp（GenBank No. EU370913），含有68个推测基因，平均GC含量为46.3%。但是oqxAB基因GC含量为59%，远高于pOLA52的平均GC含量，更接近肺炎克雷伯菌MGH78578的基因组平均GC含量（57%），与该菌染色体片段同源性高达99%。在pOLA52质粒中，oqxA、oqxB基因位于一段5.1 kb的DNA片段上，基因上下游存在IS26插入序列，构成了复合转座子Tn6010。作为转座子Tn6010的一部分，转录调节子orf68与oqxAB在表达上的联系还有待进一步的研究[14]。

此外，oqxAB基因受到许多调节基因的控制，表达量会发生变化。Majumdar等[17]研究报道在肺炎克雷伯氏菌中，rarA基因的过表达可增加acrAB和oqxAB基因的表达量促使细菌产生低水平的多重耐药表型。Veleba等[18]的研究表明oqxAB基因的表达与oqxR基因的调节有密切联系。

4 oqxAB基因的分布现状

研究表明，oqxAB基因在动物及环境分离细菌中均有发现。来自韩国和中国的调查显示，有0.4%和6.6%的临床大肠杆菌含有oqxAB基因[19，20]，超过75%的临床肺炎克雷伯菌含有该基因[21]。Wang等[22]从中国动物园的灵长类动物分离细菌中进行PMQR基因检测，结果表明15%的菌株携带有oqxAB基因，在所检测的PMQR基因中流行性较高。在中国，每年有97 000 t的抗生素被用于动物养殖[23]，抗生素在家禽、家畜养殖中的大量使用极大地促进了肉类产品中耐药菌的产生。Xu等[24]对北京、广东、内蒙古和西安等地的各大超市、肉制品直销市场的肉制品中分离细菌，检测显示超过20%（68/332）的菌株携带有PMQR基因，其中高达97%（66/68）的PMQR阳性菌株携带有oqxAB基因。中国广东地区的调查显示[25]，高达39%（97/250）的食品动物源大肠杆菌含有oqxAB基因。而在中国香港地区首次报道了该地区在食用猪肉分离株沙门氏菌中检测到oqxAB基因[26]，该菌所含的oqxAB基因来源于质粒pOLA52，通过IS26插入序列介导转移到该菌的染色体中。oqxAB基因在沙门氏菌中的传播，将降低细菌对氟喹诺酮类药物（治疗沙门氏菌感染的特效药）的敏感性，促使耐药菌的产生和传播。此外，尚未见国内有关水体动物源分离菌株中oqxAB基因的报道。调查表明，oqxAB基因比其他PMQR基因在食品动物源或肉制品分离菌中更为广泛流行，且已经开始在不同来源的细菌（尤其是食用动物来源的细菌）中传播，这将进一步增加耐药菌株的产生，同时增加对临床、食用动物等细菌感染的控制和治疗难度，也为耐药菌株从食品动物传播提供了媒介，严重影响公众健康。

5 oqxAB基因与其他耐药基因的共存现象

oqxAB基因与其他PMQR基因存在共存现象[27]。庄娜等[28]从中国广东地区各养殖场分离的菌株中检测到，oqxAB基因与qnrB、qnrS和aac（6）-Ib-cr基因都有共存现象。oqxAB基因和质粒编码超广谱β-内酰胺酶（Extended-Spectrum β-lactamases，ESBLs）基因以及AmpC型β-内酰胺酶基因之间的关联性传播越来越引起关注。Park等[29]的研究表明24.4%的产ESBL肺炎克雷伯菌可发生oqxAB基因的细菌间水平转移。Liu等[25，30]的研究表明oqxAB基因可与rmtB、blaDHA-1或与aac（6）-Ib-cr、blaCTX-M-24共存于同一个质粒上，并能够成功水平转移。环境中存在药物选择压力时，将有利于选择出这3种相关耐药基因并进行传播扩散[31，32]。

6 小结

自oqxAB基因发现以来，人们对它的认识不断加深。虽然oqxAB基因只能导致低水平的喹诺酮耐药，但其在人、畜、环境之间的交替传播及其与bla基因及其他基因的共存性和在不同菌属中的传播性，将导致多重耐药细菌在临床、食品动物和环境中增加。虽然在临床菌株中，oqxAB基因流行性较低，但在畜禽甚至是灵长类动物中却广泛流行甚至超过预期，这对于公众健康构成了潜在的威胁。因此，应该加强oqxAB基因在临床、环境尤其是食品动物中的检测，减少抗生素在畜牧养殖中的滥用。同时，更应加强oqxAB基因在水体动物中的流行性调查，从而弥补这一盲区。积极探索oqxAB基因在细菌耐药进程中的作用，为畜牧养殖、水产养殖、临床诊断和环境检测提供科学依据。

参考文献：

[1] TEUBER M. Veterinary use and antibiotic resistance[J]. Curr Opin Microbiol， 2001， 4（5） ：493-499.

[2] LAUTENBACH E， STROM B L， NACHAMKIN I， et al. Longitudinal trends in fluoroquinolone resistance among Enterobacteriaceae isolates from in patients and outpatients， 1989-2000： Differences in the emergence and epidemiology of resistance across organisms[J]. Clin Infect Dis， 2004， 38（5）：655-662.

[3] DALHOFF A. Resistance surveillance studies： A multifaceted problem—the fluoroquinolone example[J].Infection， 2012， 40（3）：239-262.

[4] RUIZ J. Mechanisms of resistance to quinolones： Target aoterations， decreased accumulation and DNA gyrase protection[J]. J Antimicrob Chemother， 2003， 51（5）：1109-1117.

[5] MARTINEZ-MARTINEZ L， PASCUAL A， JACOBY G A. Quinolone resistance from a transferable plasmid[J]. Lancet，1998，351：797-799.

[6] STRAHILEVITZ J， JACOBY G A， HOOPER D C， et al. Plasmid-mediated quinolone resistance： A multifaceted threat[J]. Clin Microbiol Rev， 2009， 22（4）： 664-689.

[7] ROBICSEK A， STRAHILEVITZ J， JACOBY G A， et al. Fluoroquinolone-modifying enzyme： A new adaptation of a common aminoglycoside acetyltransferase[J]. Nat Med， 2006， 12（1）： 83-88.

[8] PERICHON B， COURVALIN P， GALIMAND M. Transferable resistance to aminoglycosides by methylation of G1405 in 16S rRNA and to hydrophilic fluoroquinolones by QepA-mediated efflux in Escherichia coli[J]. Antimicrob Agents Chemother， 2007， 51（7）： 2464-2469.

[9] YAMANE K， WACHINO J， SUZUKI S， et al. New plasmid-mediated fluoroquinolone efflux pump， QepA， found in an Escherichia coli clinical isolate[J]. Antimicrob Agents Chemother， 2007， 51（9）： 3354-3360.

[10] YAMANE K， WACHINO J， SUZUKI S， et al. Plasmid-mediated qepA gene among Escherichia coli clinical isolates from Japan[J]. Antimicrob Agents Chemother， 2008， 52（4）： 1564-1566.

[11] 刘 继，宋 立，魏飞龙，等. 食品动物源沙门菌oqxAB基因的检测及水平传播机制研究[J]. 华南农业大学学报， 2011， 32（4）：105-109.

[12] SORENSEN A H， HANSEN L H， JOHANNESEN E， et al. Conjugative plasmid conferring resistance to olaquindox[J]. Antimicrob Agent Chemother， 2003， 47（2）： 798-799.

[13] HANSEN L H， JOHANNESEN E， BURMOLLE M， et al. Plasmid-encoded multidrug efflux pump conferring resistance to olaquindox in Escherichia coli[J]. Antimicrob Agents Chemother， 2004， 48（9）：3332-3337.

[14] NORMAN A， HANSEN L H， SHE Q， et al. Nucleotide sequence of pOLA52： A Conjugative IncX1 Plasmid from Escherichia coli Which Enable Biofilm Formation and Multidrug Efflux[J]. Plasmid， 2008， 60（1）：59-74.

[15] HANSEN L H， JENSEN L B， SORENSEN H I， et al. Substrate specificity of the OqxAB multidrug resistance pump in Escherichia coli and selected enteric bacteria[J]. J Antimicrob Chemother， 2007， 60（1）：145-147.

[16] SATO T， YOKOTA S， UCHIDA I， et al. Fluoroquinolone resistance mechanisms in an Escherichia coli isolate， HUE1， without quinolone resistance-determining region mutations[J]. Front Microbiol， 2013， 4：125-137.

[17] MAJUMDAR D S， VELEBA M， FINN S， et al. Elucidating the regulon of multidrug resistance regulator RarA in Klebsiella pneumonia[J]. Antimicrob Agents Chemother， 2013， 57（4）：1603-1609.

[18] VELEBA M， HIGGINS P G， GONZALEZ G， et al. Characterization of RarA， a novel AraC family multidrug resistance regulator in Klebsiella pneumonia[J]. Antimicrob Agents Chemother， 2012， 56（8）：4450-4458.

[19] KIM H B， WANG M， PARK C H， et al. oqxAB encoding a multidrug efflux pump in human clinical isolates of Enterobacteriaceae[J]. Antimicrob Agents Chemother， 2009， 53（8）：3582-3584.

[20] YUAN J， XU X， GUO Q， et al. Prevalence of the oqxAB gene complex in Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli clinical isolates[J]. J Antimicrob Chemother， 2012， 67（7）：1655-1659.

[21] RODRIGUEZ-MARTINEZ J M， DIAZ D A P， BRIALES A， et al. Contribution of OqxAB efflux pumps to quinolone resistance in extended-spectrum-β-lactamase-producing Klebsiella pneumonia[J]. J Antimicrob Chemother， 2013， 68（1）：68-73.

[22] WANG Y， HE T， HAN J， et al. Prevalence of ESBLs and PMQR genes in fecal Escherichia coli isolated from the non-human primates in six zoos in China[J]. Vet Microbiol， 2012， 159（1-2）：53-59.

[23] Expert： Half of Chinas Antibiotics Fed to Animals[EB/OL]. http：//english.peopledaily.com.cn/90001/90776/90882/721166

4.html.

[24] XU X， CUI S， ZHANG F， et al. Prevalence and characterization of cefotaxime and ciprofloxacin co-resistant Escherichia coli isolates in retail chicken carcasses and ground pork， China[J]. Microb Drug Resist， 2014 ，20（1）：73-81.

[25] LIU B T， LIAO P X， YUE L， et al. Prevalence of β-lactamase and 16S rRNA methylase genes among clinical Escherichia coli isolates carrying plasmid-mediated quinolone resistance genes from animals[J]. Microb Drug Resist， 2013， 19（3）：237-245.

[26] WONG M H， CHEN S. First detection of oqxAB in Salmonella spp. isolated from food[J]. Antimicrob Agents Chemother， 2013， 57（1）： 658-660.

[27] RUIZ E， SAENZ Y， ZARAGA M， et al. qnr，aac（6）-Ib-cr and qepA genes in Escherichia coli and Klebsiella spp.： Genetic Environments and Plasmid and Chromosomal Location[J]. J Antimicrob Chemother， 2012， 67（4）：886-897.

[28] 庄 娜，陈雪影，岳 磊，等. 动物源大肠杆菌PMQR基因流行性检测[J]. 中国农业科学， 2012， 45（10）： 2052-2057.

[29] PARK K S， KIM M H， PARK T S， et al. Prevalence of the plasmid-mediated quinolone resistance genes， aac（6）-Ib-cr， qepA， and oqxAB in clinical isolates of extended-spectrum β-lactamase（ESBL）-producing Escherichia coli and Klebsiella pneumonia in Korea[J]. Ann Clin Lab Sci， 2012， 42（2）：191-197.

[30] LIU B T， WANG X M， LIAO X P， et al. Plasmid-mediated quinolone resistance determinants oqxAB and aac（6）-Ib-cr and extended-spectrum β-lactamase gene blaCTX-M-24 co-located on the same plasmid in one Escherichia coli strain from China[J]. J Antimicrob Chemother， 2011， 66（7）：1638-1639.

[31] ROBICSEK A， JACOBY G A， HOOPER D C. The worldwide emergence of plasmid-mediated quinolone resistance[J]. Lancet Infect Dis， 2006， 6（10）：629-640.

[32] HERNANDEZ A， SANCHEZ M B， MARTINEZ J L. Quinolone resistance： Much more than predicted[J]. Front Microbiol， 2011， 2：22-28.