β-内酰胺酶抑制剂他唑巴坦通过多重耐药外排泵选择机制促进细菌耐药性进化

为解决β-内酰胺/β-内酰胺酶抑制剂组合用药中抑制剂对细菌的选择压力问题，英国Quadram研究所团队通过TraDIS-Xpress全基因组筛选技术，首次揭示他唑巴坦(Tazobactam)能独立选择多重耐药外排泵突变，促进大肠杆菌和肺炎克雷伯菌对多种抗生素的交叉耐药。该研究发表于《npj Antimicrobials and Resistance》，为新型β-内酰胺酶抑制剂的开发提供了关键安全性评估依据。

　　

在抗生素与耐药菌的军备竞赛中，β-内酰胺类抗生素始终是临床抗感染治疗的主力军。其中哌拉西林-他唑巴坦(Piperacillin-Tazobactam)这对黄金组合更是世界卫生组织基本药物清单上的常客，广泛应用于肺炎、尿路感染等常见细菌感染的治疗。然而，就像抗生素会诱导耐药性一样，作为"保镖"的β-内酰胺酶抑制剂是否也会无意中"培养"出更危险的耐药菌？这个被长期忽视的问题，终于在Quadram研究所Emma R. Holden团队的最新研究中得到了令人警醒的答案。

传统认知中，他唑巴坦作为β-内酰胺酶抑制剂，主要通过不可逆结合β-内酰胺酶来保护哌拉西林的活性。但该研究首次系统揭示，他唑巴坦本身就能对细菌施加独特的进化压力，选择出具有多重耐药特性的突变株。这种选择作用独立于其酶抑制功能，主要通过激活细菌的外排泵系统实现，为临床耐药性管理带来了新的挑战。

研究团队采用TraDIS-Xpress这一创新的大规模转座子突变筛选技术，对大肠杆菌BW25113菌株的80万个突变体进行全基因组分析。通过比较哌拉西林、他唑巴坦单用及联用条件下的基因选择模式，结合体外连续传代实验和肺炎克雷伯菌平行验证，系统解析了两种药物截然不同的选择机制。

在技术方法上，研究主要运用了：1）TraDIS-Xpress全基因组转座子突变筛选技术，通过转座子携带的诱导型启动子同时检测基因敲除和过表达效应；2）体外阶梯式药物浓度递增的进化实验，分别用大肠杆菌和肺炎克雷伯菌模拟临床耐药性发展过程；3）全基因组测序分析耐药突变株的基因变异谱；4）比较基因组学分析不同药物选择压力下的突变特征。

【Multiple efflux systems affect susceptibility to tazobactam, but only AcrAB affects piperacillin susceptibility】
全基因组筛选数据显示，他唑巴坦能激活包括AcrAB-TolC、AcrEF、MdtEF和MdfA在内的多重外排泵系统，而哌拉西林仅与AcrAB系统相关。更值得注意的是，外排泵全局调控因子marA、soxS、rob的表达上调显著增强细菌对他唑巴坦的耐受性，其负调控基因marR、soxR、acrR的失活突变频率高达15.3 log₂-fold。这种强烈的选择压力远超哌拉西林（最高仅2.5 log₂-fold），暗示他唑巴坦可能作为外排泵底物被主动排出。

【Tazobactam selects for efflux mutants】
体外进化实验证实，他唑巴坦单独处理能选择出9种不同的marR突变和acrR突变，这些调控基因的失活可解除对外排泵的抑制。相比之下，哌拉西林仅在一个进化谱系中诱导出单个marR突变。肺炎克雷伯菌实验同样发现，他唑巴坦特异性选择acrR突变和膜孔蛋白ompK36变异，这些突变与临床分离的耐药株基因特征高度吻合。

【The shikimate kinase AroK had a strong effect on growth and survival in the presence of tazobactam in E. coli】
TraDIS-Xpress筛选出最显著的tazobactam相关基因是shikimate激酶aroK（10.6 log₂-fold），其同源基因aroL却未显示选择信号。虽然aroK敲除株的MIC未显著改变，但在竞争性生长实验中，aroK缺陷株表现出明显的适应性优势，提示该代谢通路可能通过影响芳香族氨基酸合成间接调控耐药性。

【Genes involved in DNA replication, transcription and translation have a common effect on survival against both drugs】
研究发现DNA修复基因（如mutT、xseB）的激活能增强细菌对药物联用的抵抗，提示哌拉西林和他唑巴坦组合可能通过协同诱导DNA损伤发挥作用。而翻译相关基因（truA、mnmE等）的失活则普遍降低细菌对两类药物的敏感性，反映生长速率调控是细菌产生耐受性的共同机制。

这项研究颠覆了人们对β-内酰胺酶抑制剂的传统认知，揭示他唑巴坦不仅是抗生素的"保护者"，更是多重耐药性的"推动者"。其核心发现在于：1）他唑巴坦能独立选择外排泵过表达突变，这些突变同时导致对氟喹诺酮类、甲氧苄啶-磺胺甲恶唑等其他抗生素的交叉耐药；2）与哌拉西林主要选择β-内酰胺靶标突变不同，他唑巴坦倾向于选择全局调控突变，产生更广泛的耐药谱；3）两种药物联用可能通过协同诱导DNA损伤产生独特的选择压力。

该研究的临床意义尤为深远。随着新型β-内酰胺酶抑制剂（如阿维巴坦、雷利巴坦）的不断涌现，评估抑制剂本身的耐药选择作用应成为药物开发的必要环节。研究建议未来抑制剂设计需兼顾两个维度：既要有效抑制β-内酰胺酶，又要最小化对外排泵等耐药机制的选择压力。此外，临床使用哌拉西林-他唑巴坦组合时，需警惕其可能促进多重耐药菌株出现的风险，特别是在长期用药或免疫抑制患者中。

这项发表于《npj Antimicrobials and Resistance》的研究，为抗生素管理提供了全新的科学视角——在关注抗生素本身耐药性的同时，必须同等重视其搭档抑制剂可能带来的进化后果。只有全面认识药物组合对细菌种群的选择作用，才能在这场与微生物的持久战中掌握先机。