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115年:(醫檢)微生(2)

下列何種細菌酵素不能水解碳青黴烯（carbapenem）？

AKlebsiella pneumoniae carbapenemase（KPC）
BNew Delhi Metallo-β-lactamase（NDM）
Coxacillinase（OXA）
Dchloramphenicol acetyltransferase（CAT）

詳細解析

本題觀念

碳青黴烯（carbapenem）是 β-lactam 類抗生素中抗菌譜最廣的一群，常作為治療多重抗藥性革蘭氏陰性菌感染的末線用藥。能水解碳青黴烯的酵素統稱為碳青黴烯酶（carbapenemase），依 Ambler 分類可分為 class A（如 KPC）、class B 金屬型（如 NDM、VIM、IMP）及 class D（如 OXA-48-like）。本題考驗考生能否區辨真正的碳青黴烯酶與功能完全不同的抗藥性酵素。

選項分析

(A) Klebsiella pneumoniae carbapenemase（KPC） KPC 屬於 Ambler class A 絲胺酸型 β-lactamase，以活性位上的絲胺酸殘基催化水解反應。KPC 可有效水解幾乎所有 β-lactam 類抗生素，包括 penicillins、cephalosporins 及 carbapenems。其中 KPC-2 透過快速去醯化（fast deacylation）共價中間體實現高效碳青黴烯水解，是全球散布最廣的碳青黴烯酶之一。

(B) New Delhi Metallo-β-lactamase（NDM） NDM 屬於 Ambler class B 金屬型 β-lactamase（metallo-β-lactamase, MBL），活性位含兩個鋅離子參與催化。NDM 可水解幾乎所有 β-lactam 類抗生素（唯一例外為單環 β-lactam aztreonam），且因不依賴絲胺酸機轉，故不受傳統 β-lactamase 抑制劑（clavulanate、sulbactam、tazobactam）抑制。NDM 基因常位於可轉移質體上，促進全球擴散。

(C) oxacillinase（OXA） OXA 屬於 Ambler class D 絲胺酸型 β-lactamase，原以水解 oxacillin 命名。其中 OXA-48-like 變體已演化出碳青黴烯水解活性，為腸內桿菌科中常見的碳青黴烯酶類型，尤其盛行於地中海地區與中東國家。OXA-48 對碳青黴烯的水解效率雖較 KPC 低，但仍足以造成臨床抗藥性。

(D) chloramphenicol acetyltransferase（CAT） CAT 為乙醯基轉移酶（EC 2.3.1.28），功能是將 acetyl-CoA 上的乙醯基轉移至 chloramphenicol 的 3-hydroxyl 位置，使藥物無法結合細菌 50S 核糖體亞基。CAT 完全不屬於 β-lactamase 家族，不具備任何 β-lactam 環水解活性，自然無法水解碳青黴烯。

答案解析

正確答案為 (D) chloramphenicol acetyltransferase（CAT）。KPC（class A）、NDM（class B）與 OXA-48（class D）均為已知的碳青黴烯酶，能水解碳青黴烯結構中的 β-lactam 環。CAT 則是專一性針對 chloramphenicol 的乙醯化酵素，與 β-lactam 水解機轉毫無關聯。

核心知識點

  • 碳青黴烯酶 Ambler 分類：class A（KPC）、class B（NDM/VIM/IMP）、class D（OXA-48-like）
  • Class B MBL 含鋅離子，不受傳統 β-lactamase 抑制劑抑制，但無法水解 aztreonam
  • CAT 為乙醯基轉移酶，專一性作用於 chloramphenicol，與碳青黴烯水解無關
  • 區辨碳青黴烯酶與其他抗藥性酵素的關鍵在於受質專一性

參考資料

  1. Queenan AM, Bush K. "Carbapenemases: the versatile β-lactamases." Clin Microbiol Rev. 2007;20(3):440-458. PMC4735501.
  2. Chloramphenicol acetyltransferase. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Chloramphenicol_acetyltransferase
  3. Bonomo RA et al. "Epidemiology and Genetic Traits of Carbapenemase-Producing Enterobacterales." Antibiotics. 2025;14(2):141.
  4. Stewart AC et al. "KPC-2 β-lactamase enables carbapenem antibiotic resistance through fast deacylation of the covalent intermediate." J Biol Chem. 2021. PMC7895804.
  5. Chloramphenicol. Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Chloramphenicol
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