β-内酰胺酶

β-内酰胺酶（β-lactamase）（β酶）的产生是细菌对(β内酰胺类)抗菌药物耐药最常见的机制，广泛地涉及到许多社区获得性感染和医院内感染的重要病原菌。β-内酰胺酶的产生是抗生素耐药的最常见的机制，在各种耐药机制中占80%。β-内酰胺酶是由多种酶组成的酶家族，能水解β内酰胺抗生素。这些酶的基因存在于细菌的染色体或质粒中。分类比较多而复杂，这里总结了最常用的两种，以便大家在阅读文献和应用中理清思路。

Bush β酶分类：根据生化特征或氨基酸序列的同源性，β-内酰胺酶可分为下列四类。

1 第一类为头孢菌素水解酶（Amp-C酶），产生菌主要系革兰阴性菌，如假单胞菌、肠杆菌、不动杆菌和克雷伯杆菌等，由染色体介导。

2 第二类为青霉素酶和超广谱酶，包括革兰阳性菌的青霉素酶，质粒介导的TEM和SHV酶及其衍生物组成的超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）、羧苄青霉素酶、邻氯青霉素酶（OXA酶）和由沙雷菌属与肠杆菌属产生的非金属碳青霉烯酶。

3 第三类为金属酶，由假单胞菌属、脆弱拟杆菌属、产黄菌属、沙雷菌属及嗜麦芽黄单胞杆菌属产生的可水解碳青霉烯抗生素的金属酶。

4 第四类为其他不能被克拉维酸完全抑制的青霉素酶。

Frere β酶分类（Ambler分类）：于β酶的特殊性、动力学参数及其基因的核苷酸序列，将β酶分为A、B、C、D四类

A 活性部位为丝氨酸残基，包括多种质粒编码的青霉素酶，如TEM1、SHV1、ROB1或PC1酶，相对分子质量29 000。

B 为金属酶(metalloenzymes)，活性部位为半胱氨酸残基，产金属酶的细菌有嗜麦芽黄杆菌(stenotrophomonas maltophila)，气单胞菌和脆性拟杆菌［7］。该类为碳青霉烯酶，耐药的抗生素包括碳青霉烯、青霉素、第一、二、三代头孢菌素、氨曲南.

C 活性部位为丝氨酸残基，相对分子质量为39 000，它的产生与β-酶诱导剂有关，归因于调控基因突变，主要是染色体编码的头孢菌素酶(AmpC 酶)是由染色体上一组Amp基因介导的。

D 为青霉素酶，包括OXA

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，而对哌拉西林和氨曲南影响较小，其活性不被克拉维酸等β-内酰胺酶抑制剂所抑制，但可被乙二胺四乙酸（EDTA）所抑制。酶活性中心需金属锌离子的参与，故称为金属β-内酰胺酶。金属β-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等细菌中检出此类酶。我们平时所讲的β-内酰胺酶是一个大概念，包括所有β-内酰胺酶，如葡萄球菌等产生的青霉素酶、革兰阴性杆菌等产生的广谱β-内酰胺酶、AmpC酶、超广谱β-内酰胺酶等，金属β-内酰胺酶也属于β-内酰胺酶分类中的一个种类。

第一个报道的金属酶是从蜡样芽孢杆菌( Bacill us cereus) 中发现的，该酶为锌依赖酶。20 世纪80 年代初期日本从嗜麦芽窄食单胞菌中鉴定出第二种锌依赖青霉素酶L1 型酶，随后又从嗜水气单胞菌和脆弱拟杆菌中鉴定出多种能水解亚胺培南的金属酶。这些酶都由染色体基因编码。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中，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 年日本学者在铜绿假单胞菌中发现了第一种质粒介导的金属酶( IMP21) ，不久又从脆弱拟杆菌中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向随机分布过渡。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、不动杆菌和肠杆菌科细菌中，地域分布上已经不再局限于日本，现已分布至亚洲、欧洲和美洲的多个国家。

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β-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，还能有效水解头孢菌素，因此，3a亚群金属酶是β2内酰胺酶中最危险的单一酶种。许多3a 亚群酶需添加Zn2 + 才能达到最大活性或被激活，提示该亚群与Zn2 + 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 ，因此不能用nitrocefin 纸片法检出。等电聚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Zn2 + 又可恢复酶活性。高浓度Zn2 + 可增加酶活性而在低浓度时酶活性受抑制。当Zn2 + 在15μmol 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。能高效水解头孢菌素和碳青霉烯。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Bacill us cereus Ⅱ和3b 亚群的AsbM1除外) 。

三、检测方法  

可根据该酶被EDTA和其它的抑制剂所抑制的特性来对其进行检测，具体检测方法参见有关文献。