社区相关耐甲氧西林金黄色葡萄球菌分子进化研究进展

耿文静 沈叙庄

1961年，甲氧西林问世2年后，出现了第一株耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(methicillin-resistantStaphylococcusaureus, MRSA)。随后的20年间MRSA逐渐成为医院感染的主要病原菌，称为医院相关MRSA(hospital-associated MRSA，HA-MRSA)。20世纪90年代初期出现社区相关MRSA(community-associated MRSA，CA-MRSA)感染并逐渐增多，最近10年CA-MRSA在没有易感因素的健康人群出现，主要涉及儿童和年轻人 。

1 CA-MRSA的出现

美国CDC定义CA-MRSA为从门诊患者，或是从住院48 h内的患者中分离出来的菌株。此外，这些患者必须没有MRSA感染或定植的医疗史，在过去1年中没有住院治疗(如外科手术)、入住疗养院或透析的医疗史，并且没有永久的留置设备，如导管或其他穿通皮肤的医疗用具。无论在社区还是在医疗环境，CA-MRSA的出现都是一个严重的威胁。1993年CA-MRSA首次从澳大利亚西部偏僻社区中的土著患者中发现[1]。最近的报告表明，CA-MRSA的患病率正在增加[2]。 2003年，Salgado等[3]对住院患者和社区人群中CA-MRSA患病率的研究显示,大多数携带CA-MRSA的人至少有一项MRSA的危险因素；CA-MRSA在没有危险因素的个体中的携带率仅为0.24%。最近几年，CA-MRSA已经开始取代HA-MRSA，尤其是在CA-MRSA患病率高的地区，比如美国和中国台湾[4,5]。Moran等[6]报道，在美国11个城市的急诊科中，分离出的菌株78%是MRSA，在所有MRSA中98%与CA-MRSA常见克隆USA300有关。Gonzalez等[7]发现在美国休斯顿的一个医疗中心，60%的院内MRSA菌株与USA300克隆有关。过去的几年里，在MRSA患病率一直比较低的国家(如丹麦、挪威和荷兰)CA-MRSA的发生在一定程度上提升了MRSA的流行率，并且也发现了除USA300之外的其他克隆，CA-MRSA克隆存在着多样性[8,9](表1)。

1998年，世界范围内首次报道了儿童CA-MRSA感染[10]，之后社区中健康儿童CA-MRSA感染成为世界范围内的严峻问题[11]。美国德克萨斯儿童医院在对MRSA儿童感染长达14年的回顾性研究中发现，在1990至2003年的1 002例MRSA感染的患儿中，93%(928例)是CA-MRSA。美国费城儿童医院3年的回顾性研究发现，MRSA在儿童金黄色葡萄球菌(SA)感染比例已经从15%升至40%，并且多数为皮肤与软组织感染[12]。Li等[13]研究发现，美国夏威夷CA-MRSA的流行率儿童(24%)已高于成人(21%) 。中国台湾地区报道44%儿童社区获得性SA感染为CA-MRSA。CA-MRSA菌株主要导致健康儿童青少年浅表的皮肤和软组织感染，但同时也能造成侵入性感染，导致严重的脓毒症和肺炎[14]。

表1 世界范围内主要的CA-MRSA克隆

2 CA-MRSA的起源和进化

目前还不清楚CA-MRSA是否为社区中的甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌(MSSA)获得SCCmec转化而来，以及CA-MRSA是否从HA-MRSA衍生而来。DeLeo等[15]认为CA-MRSA是SCCmecⅣ型被社区中MSSA获得后的新产物。日本的研究提出，20世纪60年代已经存在于日本社区中的杀白细胞毒(PVL)阳性的MSSA菌株获得SCCmecⅣ型后，便出现了PVL阳性的ST30-MRSA-Ⅳ克隆[16]。这个假设被Monecke等[17]的研究支持，SCCmec与遗传背景多样的PVL阳性的SA整合，会导致CA-MRSA的出现。然而，Aires de Sousa等[18]在CA-MRSA和 HA-MRSA菌株中观察到若干相似性，认为某些CA-MRSA菌株可能起源于医院。最近的研究显示，HA-MRSA和CA-MRSA克隆有着共同祖先。20世纪50年代，在全世界的医院和社区中出现了一种耐青霉素的SA克隆(噬菌体型80/81)，但自从20世纪60年代引入耐青霉素酶的β内酰胺类抗生素后，这一克隆消失了。包含PVL的ST30 克隆再度出现，并获得SCCmecⅣ 型成为ST30-MRSA-Ⅳ 社区相关的西南太平洋克隆。ST30-MSSA也可以获得SCCmecⅡ型，可能通过几个中间的步骤，例如获得SCCmecⅣ型，成为了ST36-MRSA-Ⅱ这一流行的EMRSA-16医院相关的克隆。对从美国医疗保健设施中分离出的散发“过渡的”PVL阴性的CA-MRSA菌株进一步的研究，可能进一步阐明CA-MRSA的起源和进化[19]。

3 CA-MRSA与HA-MRSA分子特征的不同

正确区分CA-MRSA和HA-MRSA是非常重要的，两者来源不同，基因分型不同，耐药谱不同，治疗选用的抗生素也不相同。两者区分可遵循以下几条原则：①感染人群：根据美国CDC标准，CA-MRSA感染者不具有医院获得性MRSA感染者的因素,如频繁住院治疗、外科手术后、血液透析和长期护理等全身免疫功能低下的状态，而以平素身体健康的青少年为主。②耐药表型：HA-MRSA由于含有多个耐药基因，除对β内酰胺类抗生素耐药外，对氨基糖苷类、大环内酯类和喹喏酮类抗生素也不敏感。CA-MRSA除mecA基因外，一般不含有其他耐药基因，所以除对β内酰胺类抗生素耐药外，对非β内酰胺类抗生素多显示敏感。所以两者治疗选用抗生素也不相同。③基因型：采用SCCmec基因分型,结合脉冲场凝胶电泳(pulse-field gel electrophoresis, PFGE)和多位点序列分型(multilocus sequence typing,MLST)分析，显示CA-MRSA菌株的克隆型与HA-MRSA无关[20]。此外，CA-MRSA与HA-MRSA相比，有更多的克隆多样性，提示多种遗传背景的SA有可能会变成CA-MRSA[21]。CA-MRSA通常携带SCCmecⅣ、Ⅴ或Ⅶ型，而HA-MRSA的SCCmec类型主要为Ⅱ和Ⅲ型。④毒力：CA-MRSA 菌株基因序列分析中含有PVL基因，为lukS-PV和lukF-PV基因复合物,可产生PVL,相对于HA- MRSA容易丢失PVL基因而言,CA-MRSA产生的PVL致病力更强[22]。CA-MRSA 中还有葡萄球菌肠毒素基因,如seb、sec和she基因等,可产生超抗原肠毒素B和C，可使患者发生超敏反应，从而使免疫功能低下的患者出现中毒性休克综合征[23]。

4 世界范围内CA-MRSA的流行克隆

目前5种主要的PVL阳性的CA-MRSA克隆已经散布全世界。在亚洲，欧洲和美国发现ST1克隆，在欧洲和美国发现ST8克隆，在澳大利亚、欧洲和南美洲发现了ST30克隆，在亚洲和美国发现ST59克隆，在亚洲、欧洲和中东有ST80克隆。此外，已经发现有很多国际交流的国家(如游客较多的新加坡 )，CA-MRSA克隆种类最多[24]。这些CA-MRSA 克隆包含SCCmecⅣ型,ST1克隆包含Ⅳa变异体，ST80克隆包含SCCmecⅣc型。同时ST80克隆通常包含编码夫西地酸耐药的fusB基因。

除上述提到的主要CA-MRSA克隆之外，最近也发现了一些较少的PVL阳性的CA-MRSA克隆。包括散布在阿尔及利亚、法国、爱尔兰、斯洛文尼亚、西班牙和瑞士的ST5-MRSA-Ⅳ克隆，在德国、爱尔兰和荷兰发现的ST22-MRSA-Ⅳ克隆，在荷兰发现的ST37-MRSA-Ⅳ克隆，在澳大利亚广泛传播的ST93-MRSA-Ⅳ (Queensland)克隆，散布在澳大利亚、法国、希腊、瑞士和荷兰的ST377-MRSA-Ⅴ克隆，在新加坡发现的ST766-MRSA-Ⅳ克隆[25]。在有ST5遗传背景的CA-MRSA菌株中PVL的出现特别受到关注，因为ST5有大容量传播的流行性潜力。

SCCmecⅤ型存在于ST5、8、45、59、152、573和577的澳大利亚菌株、ST59的中国台湾菌株，ST8和27的芬兰菌，ST45的乌拉圭菌株、ST1、7、8、45、59、88、188、524和573的新加坡菌株，ST377的澳大利亚、荷兰、法国、希腊和瑞士菌株，ST152的科索沃菌株中。这表明包含SCCmecⅤ型的CA-MRSA菌株有不同的遗传背景。尽管包含SCCmecⅤ型的CA-MRSA菌株已经在许多国家发现，但在澳大利亚和中国台湾最流行。沈叙庄等[26]研究发现中国大陆儿童CA-MRSA分离株以CC59克隆为主，最主要的流行型是ST59-MRSA-Ⅳa-t437型，其次为ST59-MRSA-Ⅴ-t437型，与中国台湾地区类似。ST1-MRSA-Ⅳ-t127及ST1-MRSA-Ⅳ-t114型克隆也为主要的流行克隆，此克隆在美国、英国为主要流行克隆，但至今尚未在日本、中国香港和中国台湾有报道。可能提示中国大陆的儿童CA-MRSA菌株可能部分来源于距离较远的国家，如美国等[27]。

2003年荷兰观察到的MRSA克隆为ST398，大多数spa分型为t011，t034或t108，包含SCCmecⅣ或Ⅴ型，由于存在一种新的DNA甲基化酶而不能用PFGE分型[28]。在实施集中监管后，这一克隆在荷兰的患病率在2006年的年中已>21%，在2006年的年末，该克隆几乎占从荷兰医院中分离的MRSA菌株的25%，并且在奥地利和德国也观察到[29]。在丹麦的国际会议研究显示，12.5%的来自加拿大和欧洲不同国家的参与者，都携带这一MRSA克隆[30]。

5 CA-MRSA、SCCmecⅣ型和PVL的关系

SCCmecⅣ型和PVL之间是否有关系仍存在争议。有研究显示，CA-MRSA携带SCCmecⅣ型，PVL是CA-MRSA一个稳定的遗传标记[31]。CA-MRSA、SCCmecⅣ型和PVL的关系在美国Shukla 等[32]的研究中得到证实。然而，澳大利亚O'Brien 等[33]研究并未观察到在CA-MRSA、SCCmecIV型和PVL之间存在关系。而且，最近的研究显示，不足7%的CA-MRSA菌株含有PVL，提示爱尔兰PVL并不是CA-MRSA遗传标记。另外韩国的CA-MRSA主要来自于两种PVL阴性的克隆，即ST1-MRSA-Ⅳ和ST72-MRSA-Ⅳ。进一步的研究发现荷兰PVL阳性的CA-MRSA菌株包含SCCmecⅠ和Ⅲ型[34]，韩国PVL阳性的CA-MRSA菌株是SCCmecⅠ和Ⅱ型[35]，在阿尔及利亚发现PVL阳性的HA-MRSA菌株[35]。一般而言，40%～90%包含SCCmecⅣ型的MRSA菌株携带PVL,而<5%的包含SCCmecⅠ至Ⅲ型的MRSA菌株携带PVL[36]。

Wolter等[37]对较少见的CA-MRSA菌株进行研究，未得出PVL的等位基因变异和遗传背景之间存在联系的结论。USA300克隆另一个重要的特征是含有在其他CA-MRSA克隆中没有发现的一个PVL变异体。O'Hara 等[38]发现在CA-MRSA克隆中的PVL核苷酸序列是高度保守的，但也注意到12个核苷酸是可变的。然而，只有一个位点导致了一个氨基酸改变，如组氨酸(H变异体)变成精氨酸(R变异体)。R变异体主要发生在USA300克隆中，H变异体主要发生在其他PVL阳性的SA遗传背景中。因此推断这一氨基酸改变在PVL致病中有一定的作用。

6 CA-MRSA疾病与PVL的关系

许多研究报道PVL，SCCmecⅣ或Ⅴ型及特定的遗传背景共同组成CA-MRSA的遗传标记[37]。PVL是属于双组份毒素家族的一种SA特有的外毒素，有两种邻近和共转录的lukF-PV、lukS-PV基因编码，这两种基因各产生32和38 kDa的蛋白质[38]。像其他所有的PVL一样，PVL通过在细胞膜上产生孔来杀伤白细胞。已发现PVL阳性的SA菌与疖等原发皮肤感染和严重的坏死性肺炎有关[39]。PVL的临床重要性在1986至1998年在法国开展的SA感染的研究中进一步得到了证实,该研究报道了8例由PVL阳性的SA菌株引起的社区获得性肺炎，其中6例死亡，均为具有免疫能力的儿童和年轻人，并且每例均表现出前驱的流感样症状[40]。此外，Labandeira-Rey等[41]报道了急性肺炎鼠模型中的PVL足以引起肺组织的坏死。然而，最近也有研究显示PVL在皮肤、软组织感染和肺炎中并不起作用。Gordon等[42]用鼠脓毒症和脓肿模型来研究PVL阴性和阳性的CA-MRSA菌株的毒力，发现两类菌株有同等的毒性。同基因的PVL阴性的临床相关CA-MRSA USA300和USA400菌株在脓毒症模型中与野生型菌株均具致死性，并且也可以引起相似的皮肤感染。最近中国的一项研究发现，在有肺炎和伤口感染的老年患者中，检出5株ST398遗传背景、包含SCCmecⅢ或Ⅳ型的多重耐药、PVL阳性的CA-MRSA菌株[44]。ST398遗传背景获得PVL，向社区中个体的传播，会导致严重的医疗问题[43]。PVL能被这一克隆携带，更使得监测和限制这一克隆的传播成为一个重要的问题[44]。

总之，尽管在过去的10年里获得了许多关于MRSA克隆的认识，但仍然有许多问题没有得到回答。因此需要进一步流行病学研究，全面了解MRSA的分子进化。

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