Pseudomonas aeruginosa 臨床分離菌株，因外膜通道蛋白 OprD的變異，通常會導致對下列何種藥物產生抗性？

本題觀念：

本題考查 Pseudomonas aeruginosa (綠膿桿菌) 的抗藥性機制，特別是外膜蛋白 (Outer Membrane Proteins, OMPs) 與特定抗生素的對應關係。

• OprD (Outer membrane porin D)：是綠膿桿菌外膜上的特定孔道蛋白。
• 功能：主要負責鹼性胺基酸 (basic amino acids)、小分子胜肽以及結構類似的抗生素——Carbapenems (碳青黴烯類) 的被動擴散進入細菌內部。
• 抗藥機制：當 oprD 基因發生變異（如缺失、插入、點突變）導致 OprD 蛋白表現量下降或功能喪失時，Carbapenems 無法有效進入菌體，導致細菌對該類藥物產生抗性。這種機制對 Imipenem 的影響最為顯著且具特異性。

選項分析

• A. penicillin：

  • 綠膿桿菌對一般 Penicillin 類藥物（如 Penicillin G）具有自然抗性，主要機制是 Permeability barrier (滲透屏障) 及 Efflux pumps (外排幫浦)，且易被染色體編碼的 AmpC $\beta$-lactamase 水解。
  • OprD 不是 Penicillin 進入綠膿桿菌的主要通道。

• B. cefoxitin：

  • Cefoxitin 屬於 Cephamycin 類。綠膿桿菌對 Cefoxitin 具有高度的自然抗性，主要原因是其能夠強烈誘導綠膿桿菌產生 AmpC $\beta$-lactamase，導致藥物被水解，且 Cefoxitin 對 PBP 的親和力較低。
  • 此抗性與 OprD 的變異無直接主要關聯。

• C. imipenem：

  • 正確答案。
  • 機制詳解：Imipenem 是 Carbapenem 類抗生素，它依賴 OprD 孔道穿過綠膿桿菌的外膜。研究證實，臨床分離的 Imipenem 抗藥性綠膿桿菌株，最常見的單一抗藥機制就是 OprD 的缺失或表現量下降。
  • 值得注意的是，雖然 Meropenem 也是 Carbapenem，但它除了經由 OprD 進入外，也是 multidrug efflux systems (如 MexAB-OprM) 的受質，因此單純 OprD 缺失對 Imipenem 的抗性影響通常比對 Meropenem 更為顯著（除非合併外排幫浦過度表現）。

• D. aztreonam：

  • Aztreonam 是 Monobactam 類抗生素。綠膿桿菌對 Aztreonam 的抗性主要來自於 Multidrug Efflux Systems (特別是 MexAB-OprM) 的過度表現，以及 AmpC $\beta$-lactamase 的水解（雖然 Aztreonam 對 AmpC 相對穩定，但過量時仍可被水解）。
  • Aztreonam 不依賴 OprD 進入菌體，因此 OprD 變異不會導致對 Aztreonam 的抗性。

答案解析

綠膿桿菌的 OprD 外膜通道蛋白是 Imipenem 進入細菌的主要路徑。當 OprD 基因發生變異導致蛋白缺失或功能喪失時，Imipenem 無法進入胞內發揮作用，導致抗藥性產生。這是綠膿桿菌對 Imipenem 產生抗性最經典且常見的機制。故本題應選 (C) imipenem。

核心知識點

1. 關鍵配對：Pseudomonas aeruginosa + OprD 缺失 = Imipenem Resistance。
2. 抗藥性機制區分：
   • OprD loss：主要影響 Carbapenems (尤其是 Imipenem)。
   • Efflux Pumps (如 MexAB-OprM)：影響範圍廣，包括 $\beta$-lactams (Meropenem, Cephalosporins, Aztreonam)、Fluoroquinolones 等，但 Imipenem 通常不受 MexAB-OprM 影響。
   • AmpC $\beta$-lactamase：綠膿桿菌染色體攜帶，被誘導後可水解 Cephalosporins (特別是第一、二代及 Cephamycins)。
3. 臨床判讀提示：若藥物敏感性試驗顯示一株綠膿桿菌對 Imipenem 抗藥 (R)，但對 Meropenem 敏感 (S) 或中介 (I)，且對其他 Cephalosporins 敏感，則極有可能是單純的 OprD 缺失 所致（因為 Meropenem 受 OprD 影響較小，且若無外排幫浦過度表現，仍可保持部分活性）。

參考資料

1. OprD Expression and Imipenem Resistance in Pseudomonas aeruginosa - Jundishapur Journal of Microbiology
2. Mechanisms of Carbapenem Resistance in Pseudomonas aeruginosa - Antimicrobial Agents and Chemotherapy
3. Structure and function of OprD protein in Pseudomonas aeruginosa - Research in Microbiology