沙门菌感染流行病学及对喹诺酮耐药研究进展

顾 兵，秦婷婷

沙门菌感染流行病学及对喹诺酮耐药研究进展

顾 兵，秦婷婷

沙门菌感染是全球重大的公共卫生问题，沙门菌耐药菌株的逐渐增多给沙门菌病治疗带来了极大困难，成为公共健康的一大威胁。本文就沙门菌感染的流行病学和对喹诺酮耐药机制研究现状进行综述，为沙门菌的感控防控工作的开展提供参考。

沙门菌；感染；喹诺酮类；耐药

沙门菌是威胁人类生命健康的重要病原菌，广泛存在于自然界。全球范围内沙门菌感染形势依然十分严峻，在南非、印度及亚洲亚大陆等欠发达地区更为严重[1-2]。据美国2016年CDC数据统计，沙门菌每年约引起100万例患者发病，其中住院治疗者19 000例，死亡380例[3]。2016年，我国CHINET（细菌耐药监测网）沙门菌的10年监测报告显示：10年间，沙门菌属细菌的检出率呈持续上升趋势[4]，提示我国须高度重视沙门菌流行现状。

1 感染流行病学

1.1 非伤寒沙门菌 非伤寒沙门菌（nontyphoidal Salmonella, NTS）是指除伤寒、副伤寒以外的各种沙门菌，其中最常见的为鼠伤寒沙门菌和肠炎沙门菌。NTS感染主要为食源性感染，通常引起肠道感染，患者表现出腹泻、腹痛等症状，但其中约6%的患者会发生血流感染，婴幼儿、儿童、老年人及免疫功能低下的人群有发生菌血症的风险。全球每年大约有9380万例NTS感染，其中约8030万例为食源性感染，约有15万例死亡[2]。目前，世界各国由沙门菌引起的食源性感染仍不容乐观，不乏相关报道，沙门菌已被世界各国列为首选控制的食源性致病菌。据报道，沙门菌是美国食源性疾病暴发最常见的病原菌，每年约引发120万例急性胃肠炎，包括住院患者23 000例和死亡450例[5]。2015年，美国华盛顿暴发了多重耐药沙门菌感染，主要是沙门菌I 4, [5], 12:i:-血清型和婴儿沙门菌[6]。2017年3月，澳大利亚报道了一起儿童露营引发的沙门菌感染事件[7]。虽然近十年来各国卫生部门采取了许多预防和干预措施，食源性疾病的传播得到了一定的控制，但NTS仍然是食源性疾病的主要致病因素。我国近年来因沙门菌污染食物导致疫情暴发事件也不罕见，2013年北京市不同地区的3所学校相继暴发由肠炎沙门菌污染食物所致的食源性疾病[8]。杨晋川等[9]报道了江苏徐州一起由肠炎沙门菌所致儿童食源性疾病暴发事件。此外，四川等地也报道了类似事件[10]。由此可见，NTS感染作为全球性公共卫生问题，其感染防控工作的开展迫在眉睫。

据我国CHINET监测，我国流行的沙门菌感染以鼠伤寒沙门菌和肠炎沙门菌为主，感染人群以儿童居多[4]，这可能与儿童自身免疫机制不完善，户外活动增加，饮食结构改变及环境暴露与污染有关。据上海的一家医院报道，NTS已成为上海地区儿童急性肠炎的首要细菌性病原菌，且以鼠伤寒和肠炎伤寒沙门菌为主要血清型[11]。然而，德比沙门菌、阿贡纳沙门菌和斯坦利沙门菌在武汉等地的腹泻患者中也显示了流行趋势[12-13]。因此，连续监测各地血清型的动态分布非常必要。

1.2 伤寒沙门菌 伤寒沙门菌和NTS引起的发热是2010年全球疾病负担主题之一。据统计，4年中约190 200例发生死亡[14]。Buckle等[15]报道2010年全球有1390万例～2690万例感染伤寒。而2014年有研究分析表明低、中收入国家在2010年共有1190万例感染伤寒沙门菌，129 000例死亡，低收入国家的伤寒感染更为严重，特别是南亚地区[16]。另外，非洲撒哈拉以南地区的伤寒病例报告也表明其感染形势依然严峻，已成为重要的公共卫生问题。近年来，中国、尼泊尔及东南亚地区由甲型副伤寒引起的病例报道也逐渐增加。通常儿童感染伤寒后，以高烧、贫血、恶心、呕吐、腹泻、便秘、肝脾肿大、中性粒细胞增多、腹胀及胃肠道出血等表现为主，而成人则以恶心呕吐、血小板减少、胃肠道穿孔等临床表现为主[17]。5岁以下儿童的死亡率高于学龄儿童和青少年，以非洲撒哈拉以南地区和北非、中东地区最高。我国CHINET沙门菌监测报告显示，在所分离的沙门菌属细菌中，成人标本以血液标本为主，而血液标本中沙门菌检出率最高的为甲型副伤寒沙门菌[4]，2015年我国CDC共报告全国伤寒发病8850例（发病率为0.65/10万），副伤寒2794例（发病率为0.21/10万）。伤寒、副伤寒全年均有发病，高发季节为5—10月；5岁儿童发病率最高，分别为1.57/10万和0.69/10万[18]。我国伤寒和副伤寒发病率整体呈下降趋势，云南、贵州、广西、广东、湖南等省为高发地区，其中以云南省发病率最高[19]。

2 耐药研究进展

自沙门菌发现以来，氯霉素、氨苄西林、复方新诺明等药物作为传统治疗药物，临床效果一直不错。但到20世纪80年代后期，对传统药物的多重耐药株在世界各地广泛出现。此后，氟喹诺酮类药物如环丙沙星、氧氟沙星等成为治疗沙门菌感染的一线药物[1]。虽然该类药物会引起关节软骨发育异常，对于儿童患者尽量不推荐使用[20]，但它仍是治疗多重耐药沙门菌引起的可能危及患者生命疾症的最后可选的一类药物。不幸的是，不久后沙门菌对该类药物就产生了耐药性。1992年英国首次报道了该情况，随后，越来越多的国家如韩国、印度、越南、巴基斯坦等也相继报道了类似情况。目前，沙门菌抗生素耐药性的快速进展在发展中国家和发达国家都己成为主要的公共健康问题之一。据报道，我国2005—2014年间沙门菌对环丙沙星耐药率变化范围为2.4%～14.3%，而鼠伤寒沙门菌耐药率普遍高于其他沙门菌属[4]。2012年，我国对伤寒沙门菌的监测分析显示伤寒、甲型副伤寒沙门菌株对萘啶酸和环丙沙星的耐药率均有所上升[21]。目前萘啶酸已不被用于治疗沙门菌感染，但其耐药性可导致氟喹诺酮类药物对于沙门菌感染临床治疗效果减弱。有报道称，近年来印第安纳沙门菌在中国广泛流行，且出现了对环丙沙星和头孢曲松/头孢噻肟耐药的印第安纳沙门菌[22]。此外，有研究表明沙门菌属对喹诺酮类药物的耐药性逐年上升，且对萘啶酸、环丙沙星、左氧氟沙星和加替沙星4种喹诺酮类药物间存在着不同程度的交叉耐药[23]。

近年来，已有关于沙门菌对氟喹诺酮类药物耐药机制的报道，其相关耐药机制如下：①抗菌药物作用靶位发生突变；②质粒介导的喹诺酮耐药（plasmid-mediated quinolone resistance, PMQR）；③细菌主动外排功能增强或者细胞膜通透性改变，使抗菌药物在菌体内达不到有效杀菌浓度。现将上述耐药机制分别阐述如下。

2.1 氟喹诺酮药物作用靶基因的改变 沙门菌对氟喹诺酮药物耐药的主要机制是喹诺酮作用靶基因的改变，表现为基因的突变。作为治疗沙门菌感染的首选用药，氟喹诺酮类药物有着快速高效的杀菌能力，其杀灭细菌主要是通过抑制细菌合成DNA过程中所必须的喹诺酮类药物作用的靶位——DNA促旋酶和拓扑异构酶Ⅳ（均属于Ⅱ型拓扑异构酶）。两种酶均为异四聚体，DNA促旋酶由A和B两种亚基组成，称GyrA和GyrB，分别由gyrA和gyrB基因编码[24]。类似地，拓扑异构酶Ⅳ是由C和E两种亚基组成，称ParC和ParE，编码基因分别是parC和parE。这两种酶与DNA的复制、修复、转录、重组密切相关。GyrA和ParC同源，负责DNA的断裂和重接。GyrB和ParE同源，都含ATP水解酶，为循环提供能量。当沙门菌感染患者使用氟喹诺酮类抗菌药时，该类药物与拓扑异构酶相互作用（对沙门菌来说，其主要作用的靶位为DNA促旋酶），形成药物-酶-DNA三元复合物，从而引起酶构象的改变，阻止复制叉前行，抑制细菌DNA的复制。然而，当编码DNA促旋酶和拓扑异构酶Ⅳ的基因发生改变后，影响了氟喹诺酮类抗菌药与酶的结合，从而使沙门菌对此类药物产生耐受性。

gyrA、gyrB、parC和parE基因改变区又称喹诺酮耐药决定区（quinolone resistance-determining regions, QRDR），gyrA基因的点突变主要集中于第67～106位氨基酸之间，parC基因突变主要发生在第63～102位氨基酸之间。此外，亦有在决定区外的突变。gyrB和parE基因突变较少见，但已有报道表明其突变也可引起氟喹诺酮耐药。目前，沙门菌中QRDR突变主要集中于gyrA和parC基因。gyrA基因的Ser83Phe（Tyr/Ala）突变是导致沙门菌对喹诺酮类药物如萘啶酸耐药的关键。此外，关于gyrA基因的Asp87位点突变也有较多报道，且可被多种氨基酸如Gly、Asn、Tyr、Lys取代。据报道，gyrA单突变即可导致沙门菌对萘啶酸高度耐药及对环丙沙星等其他喹诺酮类药物敏感性降低，而高耐药株一般会发生2个或多个突变，同时研究还显示第83位密码子突变似乎比第87位密码子突变更能赋予沙门菌高耐药性。parC基因突变集中发生于Ser80位点，该位点与gyrA基因的Ser83、Asp87位点可一起导致沙门菌对氟喹诺酮类耐药。此外，gyrB 突变所引起的GyrB蛋白的改变也会促使沙门菌对喹诺酮类药物耐药性的产生，其中第420或464位密码子的突变情况比较多见，但发生频率明显小于 gyrA 基因的突变。

尽管发生了靶位基因的突变，有些沙门菌却对氟喹诺酮类药物的耐药表型依然敏感，极有可能给临床造成错误的用药指导，延误病情，这一现象应予以高度警惕。因此，须要加强各地区氟喹诺酮类药物耐药机制的研究，为临床提供更精准的信息，选择最佳的治疗药物。

2.2 PMQR PMQR基因于1998年首次在一株临床分离的肺炎克雷伯菌中被发现，称qnr基因，后被命名为qnrA。随后，qnr家族成员相继被报道，2005年，在福氏志贺菌中发现了qnrS基因；2006年，qnrB基因在柯氏柠檬酸杆菌、阴沟肠杆菌及大肠埃希菌中被发现；qnrVC1于1998年在一株霍乱弧菌的Ⅰ类整合子中被发现，而在10年后才被正式归为qnr家族的一员；2009年，在奇异变形杆菌中发现了qnrC基因；同年，在沙门菌中发现了qnrD基因；这些qnr基因彼此间序列至少有35%不同。到目前为止，qnrA和qnrVC各被发现了7种等位基因，qnrC仅有1种被报道，qnrD 有2种，qnrS有9种，qnrB最多，有78种等位基因。aac(6')-Ib-cr基因是一种氨基糖苷类乙酰转移酶的变异体，其可乙酰化氟喹诺酮类药物如环丙沙星、诺氟沙星的哌嗪环而对其产生耐药性，同时该基因有加速靶基因突变的作用[25]。QepA和OqxAB是质粒基因编码的两种外排泵蛋白，分别属于MFS和RND家族。QepA可降低细菌对亲水性氟喹诺酮药物特别是环丙沙星、诺氟沙星的敏感性，OqxAB基因在沙门菌中的传播将降低细菌对氟喹诺酮类药物的敏感性，促使耐药菌的产生和传播。

Qnr是一种五肽重复家族，其可保护沙门菌DNA旋转酶和拓扑异构酶Ⅳ免受氟喹诺酮类药物损伤从而介导低水平氟喹诺酮耐药。此外，Qnr蛋白还可以提高细菌对氟喹诺酮类药物的预防突变浓度，提高耐药突变的发生率。目前，我国已有关于沙门菌中PMQR基因的报道。2017年，上海地区报道了过去几年中qnrB、qnrS和aac(6')-Ib-cr基因在沙门菌中流行，以aac(6')-Ib-cr基因最为流行，同时也证实了PMQR基因可以显著升高鼠伤寒沙门菌单QRDR突变株或未突变株的环丙沙星最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration, MIC）值[26]。此前，中国其他地区也报道了qepA基因的存在[27]。2013年，Wong等[28]报道了中国大陆和香港地区鼠伤寒沙门菌经ST34克隆扩增发现其可携带多种耐药基因，以OqxAB和aac(6')-Ib-cr为主。另外，PMQR基因的一个显著特点是可以通过可移动元件在不同菌株之间传播耐药性，qnr和aac(6')-Ib-cr基因还可以嵌入sul1等类型整合子中[29-30]，从而在不同菌株中传播耐药性。另有研究表明，印第安纳沙门菌的高水平耐药可能与Ⅰ类整合子和质粒的存在相关[22]。PMQR基因在我国广泛流行，且检出情况因地而异。

2.3 氟喹诺酮体内蓄积量的减少 菌体内药物累积减少被认为是沙门菌产生耐药性的另一主要原因，即细菌细胞膜上的载体蛋白介导氟喹诺酮药物的跨膜运动，将药物由胞内排出到胞外，致胞内药物达不到有效浓度。研究表明，沙门菌中与氟喹诺酮耐药相关的外排泵主要为ArcAB-TolC，而且通常伴随其他结构上不相关的抗生素的交叉抗性，从而出现多重耐药株。主动外排系统AcrABTolC由acrAB基因编码，AcrAB和TolC是其结构蛋白，AcrAB通过应用外膜蛋白TolC作为输出通道将抗菌药物泵出体外，表达受mar调控。Mar A是一种转录激活蛋白，它可结合于acrAB 基因启动子附近DNA结合位点，增强RNA聚合酶与启动子的亲合力，加快起始转录速率，产生大量的AcrA和AcrB。它也能以同样的方式促进tolC基因的表达。

膜通透性的改变对沙门菌耐氟喹诺酮类也起一定作用。由于长期接触药物，细菌外膜上的孔道蛋白（OmpF和OmpC，主要是OmpF）的缺失可引起细菌细胞膜通透性下降，进入菌体内的氟喹诺酮类药物难以达到足够的量，导致细胞内的药物达不到有效抗菌水平而使沙门菌产生耐药性。

综上所述，沙门菌的感染在全球范围内流行较广，其既可以通过抗菌药物作用靶位基因的突变，细菌细胞膜通透性降低，细菌主动外排功能增强等机制产生耐药性，也可以由质粒介导耐药等多种机制对喹诺酮类药物产生耐药性。沙门菌对喹诺酮类药物耐药是各种机制相互作用的结果。研究沙门菌耐药情况及耐药机制不仅可以为临床合理用药提供依据，同时，也能为寻找减缓或控制沙门菌对氟喹诺酮类药物耐药性的途径开辟新的思路。

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Epidemiology of Salmonella infection and progress of quinolone resistance

GU Bing*, QIN Ting-ting
Department of Laboratory Medicine, Affiliated Hospital of Xuzhou Medical University, 221002, China Medical Technology Institute of Xuzhou Medical University, 221004, China Department of Biological Sciences, Purdue University, West Lafayette, 47907, USA

Salmonella infection is a major public health problem in the world. The gradual increase of Salmonella resistant strains has brought great difficulties to the treatment of Salmonella disease and becomes a major threat to public health. This review focuses on the epidemiology of Salmonella infection and the research status of quinolone resistance mechanisms, in an attempt to provide evidence for the prevention, control and treatment of Salmonella infection.

Salmonella; infection; quinolones; resistance

R446.5；R378.2

A

1007-8134(2017)05-0282-04

10.3969/j.issn.1007-8134.2017.05.009

国家自然科学基金项目（81000754）；江苏省医学重点人才项目（ZDRCA2016053）；江苏省六大人才高峰项目（WSN-135）；江苏省“六个一”项目（LGY2016042）；徐州医科大学校创新团队项目（53571507）

221002，徐州医科大学附属医院检验科（顾兵、秦婷婷）；221004，徐州医科大学医学技术学院（顾兵）；47907 印第安纳州，美国普渡大学生物科学系（顾兵）

顾兵，E-mail： gb20031129@163.com

*Corresponding author, E-mail: gb20031129@163.com

（2017-09-26收稿 2017-10-12修回）

（本文编辑 闫晶晶）