高毒力肺炎克雷伯菌的研究进展

周 薇， 黄文芳

·综述·

高毒力肺炎克雷伯菌的研究进展

周 薇1， 黄文芳2

肺炎克雷伯菌； 高毒力因子； 流行病学

近年来，肺炎克雷伯菌已成为仅次于大肠埃希菌的第二大条件致病菌，是引起社区和医院获得性感染不可忽视的潜在病原体。一般情况下肺炎克雷伯菌不致病，当机体免疫力下降或长期使用抗生素导致菌群失调时可引起感染。但高毒力肺炎克雷伯菌（hypervirulent Klebsiella pneumoniae，hvKP） 区别普通肺炎克雷伯菌（classic Klebsiella pneumoniae，cKP）在于，前者能导致健康的年轻个体致病，引起包括肝脓肿、肺炎、脑脊髓膜炎等严重社区获得性疾病，并能转移播散感染，一旦hvKP菌株对抗生素产生耐药，其后果将是灾难性的。

目前，国内外有关肺炎克雷伯菌的分离及鉴定、耐药情况、血清型和毒力基因方面研究报道较多，而对新出现的hvKP的相关研究相对较少。虽然自第1株hvKP在中国台湾报道，此后陆陆续续也有台湾地区以及邻近中国的其他亚洲国家报道该菌，但中国大陆的报道以及相关研究却不多。在此对hvKP的分离鉴定、耐药概况、基因型与表型作一个综述。

1　hvKP流行现状

自从20多年前我国台湾学者首次报道了一种可引起多部位脓肿的肺炎克雷伯菌，定义为hvKP之后，整个亚洲地区该菌的报道越来越多[1-2]。仅对一所医院2008－2012年间在院70例肺炎克雷伯菌感染的患者进行分析研究中，就有31.4 %患者为hvKP感染[3]。从最初的中国台湾、韩国、越南、日本，到后来的美国南部、美国北部、中东、欧洲、非洲以及澳大利亚都有报道，其中台湾地区最多。绝大部分报道的病例是在亚洲地区，在欧洲等亚洲以外地区报道的hvKP感染患者也主要是亚裔居民，由此引发了一个疑问：hvKP感染具有地域易感性还是体质易感性。

虽然近年全球各地时有报道hvKP感染病例，但好在并未出现地区性暴发流行，因此也鲜有对不同地区流行特点进行研究的报道。但有学者对非患病的华裔人群的肺炎克雷伯菌肠道携带情况进行了调查，发现K1和K2荚膜血清型肺炎克雷伯菌的携带率高达23 %，序列分析认为这些K1型的菌株属于ST23型，而ST23型是hvKP的主要流行型[4]。这在佑安医院肺炎克雷伯菌感染患者分析研究中也得到印证，70株分离菌株通过MLST分析得到42种ST分型，所占比例最大的是ST23（n14；20.0 %）， 其次是ST15 （n5； 7.1 %）， ST65（n4；5.7 %），以及ST11 （n4；5.7 %）。这4种ST型占了菌株总数的38.6 %（27/70）[3]。

而42种ST分型可以划分为8种克隆型，其中CC37占了57.1 %，与之前国外报道常见的CC23、CC65克隆型不同。基因型菌株与特定的感染密切相关，如CC23菌株常为K1型，CC65则多为K2型，且二者均与社区获得性肝脓肿（CAPLA）密切相关[5]。

2　hvKP感染的临床特征

由于hvKP在平皿上生长的菌落有高黏液性，又称其为高黏液肺炎克雷伯菌（hypermucoviscous Klebsiella pneumoniae），可认为菌株的高黏液性与其高毒力密切相关。研究发现，hvKP感染常发生在不伴有基础疾病的亚洲人群中，伴有基础疾病者以糖尿病占多数。宿主常是全世界各地的年轻个体，没有明显种族差异[6]，且hvKP感染的致死率高达3 %～32 %[7]。

最初认为由hvKP引起的感染区别于由cKP引起的感染在于，hvKP引起的感染表现为CAPLA，且所感染的人群并没有肝胆疾病史，后来陆续报道hvKP导致大量严重的肝胆以外的器官或部位脓肿。现在，普遍认可hvKP区别于cKP在于hvKP可以从感染的部位转移到非感染部位，这在免疫系统完好的宿主革兰阴性杆菌感染中很少见，也是最不寻常之处[6]。

据之前世界各地的报道显示，hvKP患者多伴随有远处转移（例如肺、骨头、关节、肾脏、脾脏、软组织、皮肤、眼、前列腺和中枢神经系统等），最高比例达到观察患者人数的80 %。且远处转移的患者常伴有灾难性的后遗症，例如失明和中枢神经系统后遗症。在一次社区获得性肺炎克雷伯菌感染的调研中，200例来自中国的患者中有42 %（83/200）确认为hvKP感染。83例hvKP感染患者中23 %是菌血症，21 %是急性肺炎，11 %是泌尿道感染，2 %是特发性细菌性腹膜炎，37 %是社区获得性细菌肺炎伴随中枢神经系统、眼或胸膜腔感染[8]。

3　hvKP的感染与鉴定

虽然感染hvKP的机制并不十分明了，但根据有限的hvKP数据资料统计，有理由推断曾到过亚洲地区，或者与来自亚洲地区的人群接触是感染hvKP的重要因素。hvKP菌株在肠内克隆是后继感染的第一步，然后细菌进入到肠道以外的地方或器官以继续生长是整个感染的第二步，hvKP进入机体的途径并不明确[9]。尽管如此，可以明确的是hvKP感染通常发生在宿主抵抗力无明显缺陷的患者中。hvKP进入到宿主体内并不一定能引起感染，细菌还需要面对宿主的抵抗力并在宿主体内存活。而hvKP菌株的存活能力显然高于cKP菌株。

而有关hvKP的菌株鉴定尚无统一标准。临床上将肺炎克雷伯菌黏液丝试验阳性，或者肺炎克雷伯菌感染伴全身转移的患者，归因于hvKP，却没有一个客观的实验室诊断标准。故现在普遍使用对肺炎克雷伯菌临床分离株进行黏液菌丝试验作为判断是否为hvKP的粗略筛选试验，但是否所有hvKP菌株都具有高黏性特征目前尚不明确，因此，不能仅仅凭高黏性特征或血清型别鉴定hvKP，而应明确菌株的表型和基因型特性是否符合hvKP的特性以鉴定菌株的毒力[10]，其中最常用到K血清型和毒力基因的检测。

4　hvKP的毒力因素

4.1血清型

既往研究表明，高致病性肺炎克雷伯菌的独特毒力一部分来自于其荚膜结构，它决定了细菌的黏附、抗血清杀菌、抗吞噬和远处定植的特性，包括荚膜多糖（K抗原）和脂多糖（O抗原）等。根据荚膜多糖分型，可将肺炎克雷伯菌分为82个荚膜型[11]。

而荚膜分型中，K1、K2和K5荚膜型与人和动物体的严重感染疾病有密切关系[7，12]。尤其以K1和K2型毒力最强，近年来流行趋势日趋严重，已成为临床细菌性肝脓肿的主要病原菌，这种现象最早发现于亚洲，目前已经在世界各地得到证实，其中K1型常继发远处转移。至今已有报道与hvKP相关的8个荚膜型包括K1、K2、K5、K6、K20、K54、K57以及新发现的KN1[13]。因为大部分导致CA-PLA的hvKP菌株荚膜分型都是K1和K2，因此这两种荚膜最初被认为是感染CA-PLA的关键毒力因子[1]。然而也有23 %～33 %的CAPLA感染菌株是非K1/K2型[1，14]，而在小鼠实验中，荚膜K1和K2型菌株也出现在非感染CA-PLA克隆组，故作者认为感染CA-PLA菌株的毒力强弱与其基因背景有关，而非荚膜分型[10]。

4.2毒力基因

hvKP毒力基因已较明确，其致病机制如下。

黏液表型调节基因A（rmpA），rmpA基因能调控荚膜合成，是调控形成黏液性菌落的胞外多糖合成过程的重要调控因子。研究表明有超过40 %的非脓肿菌株也携带rmpA基因[15]，表明rmpA有可能不是独立发挥作用，而是与其他一些因子共同发挥调控作用，这些因子包括：TerW（亚碲酸盐抗性因子）、IutA（需氧素-铁离子复合体受体）、SilS（银抗性因子）等，这些毒力因子的编码基因定位在质粒180～220 kb的大分子pLVPK上，而大多数cKP不存在这个质粒，因此毒力质粒的获得可能是hvKP菌株毒力增强的重要机制[16]。

黏液相关基因A（muconscosity-associated geneA，magA）一开始也被认为是hvKP主要的毒力因子，magA阳性菌株具有形成表多糖黏附网络（mucoviscousexopolysaccharide web）、抵抗白细胞吞噬作用和抗血清补体系统杀菌作用的特性，更易形成转移性肝脓肿及脑膜炎等继发感染。然而，许多具有高黏性特征的菌株中并未检出magA，而一些携带有magA基因的菌株也并未表现出高黏性特征。后来的大量实验也证明magA基因仅位于K1型hvKP中，编码一种荚膜合成所必需的酶（wzy_K1）[17]。

Alls因子及铁离子获取因子Kfu。数据的对比显示，耶尔森鼠疫杆菌素在hvKP中表达得更加明显[14]。这些数据证实了铁获得能力在hvKP中广泛存在，使hvKP较cKP具有更强的铁离子获取能力，同时增强了hvKP的毒力。Alls和Kfu仅存在于K1型菌株内，K2和其他血清型菌株并不携带这2种毒力因子。因此有观点认为，K1型菌株在肝脓肿病原菌中所占的优势有可能是因为其携带了这2种毒力因子[18]。

4.3耐药情况

现今临床上所面对的挑战是cKP已经显示出多重耐药，甚至广泛耐药性。耐药肺炎克雷伯菌感染已成为抗感染治疗的严重问题，产超广谱β内酰胺酶（ESBL）菌株的检出率为20.7 %～65.2 %，产碳青霉烯酶（KPC）的菌株也在逐年增加[19]。国内一则报道，在收集的70株细菌中，cKP菌株除了对氨苄西林、哌拉西林-他唑巴坦、氯霉素和碳青霉烯类抗生素较敏感，对其他抗菌药物的耐药性较强。而全部hvKP菌株对氨苄西林具有耐药性，一些菌株对除碳青霉烯类抗生素和阿米卡星之外的其他抗菌药物都耐药，其中17 %（5/29）对广谱β内酰胺类抗生素耐药[3]。现有的研究资料提示，大部分hvKP只是对氨苄西林产生耐药现象，对常用抗菌药物仍是敏感的，或许与hvKP感染多为社区获得性有关。产 ESBL和KPC酶的hvKP报道相对少见，产ESBL的hvKP已有报道[3]，感染了多重耐药的hvKP患者近期也有报道[20]。目前的研究显示，hvKP菌株的耐药情况明显好于cKP，这种差异的原因并不明确，现有推断为hvKP菌株不能获得药物耐药质粒，或者一些耐药基因在变成高毒力菌株时丢失[3]。这种推论尚需进一步的研究以证明。

目前国内外学者更多注重于研究hvKP的耐药性，仍有许多机制未阐明，例如，是否所有hvKP都具有高黏液性，如若不是，临床中hvKP如何完善检测；hvKP常发生在亚裔群体及糖尿病患者中原因何在，hvKP感染具有地域易感性还是体质易感性等问题都亟待解决。因此更多地明确hvKP致病机制有利于更好治疗方案的制订。

[1] YEH KM， KURUP A，SIU LK， et al. Capsular serotype K1 or K2， rather than magA and rmpA， is a major virulence determinant for Klebsiella pneumoniae liver abscess in Singapore and Taiwan[J]. J Clin Microbiol，2007，45（2）： 466-471.

[2] CHUNG DR，LEESS，LEE HR， et al. Emerging invasive liver abscess caused by K1 serotype Klebsiella pneumoniae in Korea[J]. J Infect ，2007，54（6）： 578-583.

[3] LI W，SUN G， YU Y，et a1. Increasing occurrence of antimicrobial-resistant hypervirulent （hypermucoviscous）Klebsiella pneumoniae isolates in China[J]. Clin Infect Dis，2014，58（2）： 225-232.

[4] SIU LK，FUNG CP，CHANG FY，et a1. Molecular typing and virulence analysis of serotype K1 Klebsiella pneumoniae strains isolated from liver abscess patients and stool samples from noninfectious subjects in Hong Kong， Singapore， and Taiwan[J]. J Clin Microbiol，2011，49（11）： 3761-3765.

[5] 杨继勇，罗艳平.高毒力肺炎克雷伯菌表型与基因型特征研究进展[J].中华临床感染病杂志，2014，7（2）：179-181.

[6] LIU YM， LI BB， ZHANG YY，et al. Clinical and molecular characteristics of emerging hypervirulent Klebsiella pneumoniae bloodstream infections in mainland China[J]. Antimicrob Agents Chemother，2014，58（9）： 5379-5385.

[7] KEYNAN Y， RUBINSTEIN E. The changing face of Klebsiella pneumoniae infections in the community[J]. J Int Antimicrob Agents ，2007，30（5）： 385-389.

[8] LEE HC，CHUANG YC，YU WL， et al. Clinical implications of hypermucoviscosity phenotype in Klebsiella pneumoniae isolates： association with invasive syndrome in patients with community-acquired bacteraemia[J]. J Intern Med，2006，259（6）： 606-614.

[9] LIN JC，YEH KM， CHANG FY. The distant metastasis of pyogenic liver abscess caused by Klebsiella pneumoniae serotype K2 and the underlying disease of diabetes mellitus should be carefully interpreted[J]. J Clin Infect Dis ，2007，45（11）：1531-1532.

[10] BRISSE S，FEVRE C，PASSET V，et a1. Virulent clones of Klebsiella pneumoniae： identifi cation and evolutionary scenariobased on genomic and phenotypic characterization[J]. PLoS One，2009，4（3）： e4982.

[11] KU YH，CHUANG YC，YU W. Clinical spectrum and molecular characteristics of Klebsiella pneumoniae causing community-acquired extrahepatic abscess[J]. J Microbiol Immunol Infect ，2008，41（4）： 311-317.

[12] PATEL G，SHAH N，SHARMA R. Pyogenic liver abscess，bacteremia， and meningitis with hypermucoviscous Klebsiella pneumoniae： an unusual case report in a human t-cell lymphotropic virus positive patient of Caribbean Origin in the United States[J]. Case Rep Infect Dis， 2013： 676340.

[13] CHENG NC，YU YC，TAI HC，et al. Recent trend of necrotizing fasciitis in Taiwan： focus on monomicrobial Klebsiella pneumoniae necrotizing fasciitis[J]. Clin Infect Dis ，2012，55（7）： 930-939.

[14] HSIEH PF， LIN TL， LEE CZ， et al. Serum-induced ironacquisition systems and TonB contribute to virulence in Klebsiella pneumoniae causing primary pyogenic liver abscess[J]. J Infect Dis，2008，197（12）： 1717-1727.

[15] TANG HL，CHIANG MK，LIOU WJ， et al. Correlation between Klebsiella pneumoniae carrying pLVPK-derived loci and abscess formation[J]. J Eur Clin Microbiol Infect Dis ， 2010，29（6）： 689-698.

[16] WON SY， MUNOZ-PRICE LS， LOLANS K， et al. Emergence and rapid regional spread of Klebsiella pneumoniae carbapenemase-producing Enterobacteriaceae[J]. Clin Infect Dis，2011，53（6）： 532-540.

[17] YEH KM，LIN JC，YIN FY，et a1. Revisiting the importance of virulence determinant magA and its surrounding genes in Klebsiella pneumoniae causing pyogenic liver abscesses： exact role in serotype K1 capsule formation[J]. J Infect Dis ，2010，201（8）： 1259-1267.

[18] YU WL，KO WC，CHENG KC， et al. Comparison of prevalence of virulence factors for Klebsiella pneumoniae liver abscesses between isolates with capsular K1/K2 and non-K1/K2 serotypes[J]. J Diagn Microbiol Infect Dis，2008，62（1）： 1-6.

[19] 卓超，苏丹虹，倪语星，等. 2010年CHINET克雷伯菌属细菌耐药性监测[J].中国感染与化疗杂志，2012，12（3）：174-179.

[20] RUSSO TA， SHON AS， BEANAN JM， et al. Hypervirulent K. pneumoniae secretes more and more active iron-acquisition molecules than "classical" K. pneumoniae thereby enhancing its virulence[J]. PLoS One，2011，6（10）： e26734.

Research update on hypervirulent Klebsiella pneumoniae

ZHOU Wei, HUANG Wenfang. （Department of Laboratory Medicine, Suining Central Hospital, Suining Sichuan 629000, China）

R378.996

A

1009-7708 ( 2016 ) 06-0800-04

10.16718/j.1009-7708.2016.06.024

1. 遂宁市中心医院检验科，四川遂宁 629000；

2. 四川省人民医院检验科。

周薇（1990—），女，硕士研究生，主要从事临床检验诊断学研究。

黄文芳，E-mail：huangwf2002@qq.com。

2015-11-11

2015-12-17