MCR-1介导多粘菌素耐药机制的研究进展

王新兴，郑常委，王巧云，胡 栋，王 佳，翟 静，常维山

（1.泰山医学院，泰安 271016；2.山东农业大学，泰安 271018；3.青岛海关驻枣庄办事处，青岛 277102；4.中国人民解放军第960医院泰安院区，泰安 271001）

在养殖业上，多粘菌素常常作为饲料添加剂来预防动物疾病和促进动物生长。mcr-1由我国学者首次在人和猪及生猪肉上发现的，也是一种让细菌对多粘菌素产生抗药性的基因[1]。mcr-1的发现引起了科学界对耐多粘菌素基因研究的关注，随着研究的深入，有了更多的变异体基因，但鉴于mcr-1的独特重要性，本文就mcr-1的发现、流行、耐药性等方面的研究进展进行简要综述。

1 mcr-1的首次发现及其在全球的分布

mcr-1是一种可以让细菌产生对多粘菌素耐药性的基因，这种基因广泛存在于自然界中，在一些引发流行病的细菌中也常常出现。

2015年由中国学者首次发表关于MCR-1介导的多粘菌素耐药的研究成果[1]。随后朱宝利研究团队通过对已知的基因和基因组结构进行比较来对该基因的传播机制进行了探究，发现mcr-1由独立于细菌染色体的质粒所携带，并可以在肠道菌群间进行水平转移，从而使得受体菌获得多粘菌素耐药性。在过去，仅仅发现耐抗生素的细菌可以通过染色体突变的形式进行增殖、富集，且这种耐药性不具备在细菌间传播的能力，也不具备基因水平的感染和传播。当细菌局限于染色体突变时，其耐抗生素性细菌数量不稳定，且不会大规模扩散至其他菌株。

除了南极洲外，在全球六大洲都有mcr-1报道，遍布世界的约40个国家：亚洲的中国、日本、老挝、越南、泰国、马来西亚、柬埔寨、印度、韩国、巴基斯坦和阿曼苏丹，欧洲的荷兰、比利时、意大利、瑞士、丹麦、波兰、瑞典、西班牙、葡萄牙、德国、法国、立陶宛、英国、匈牙利和挪威，非洲的突尼斯、埃及、阿尔及利亚、尼日利亚和南非，北美洲的加拿大和美国，南美洲阿根廷、厄瓜多尔和巴西，以及大洋洲的澳大利亚等国家先后有mcr-1报道，其中在比利时还发现了mcr-1的变异体[2]。在动物源菌株中发现mcr-1的比例高于人源菌株。养殖场中的滥用抗生素被认为是mcr-1广泛出现的原因之一。

2 mcr-1的特征及侧翼区序列的多样性

该基因在不同细菌菌株之间的侧向基因转移方式包括两种，由携带耐药基因质粒所介转移或是仅mcr-1及其上游序列单独转移。Liu等[1]首次在大肠杆菌所携带的质粒中检测到的mcr-1，其上游有一个插入序列ISApl1，下游有一个hp假设蛋白。随后，对多粘菌素的抗性菌株的大规模筛查并对检测到的含mcr-1的菌株进行质粒测序，结果表明，在不同质粒中，mcr-1的侧翼基因并不一致，而是各有差异，因此，mcr-1侧翼区基因可能不参与mcr-1的转移。ISApl1基因通常存在于mcr-1的上游，基因数目以单拷贝为主，在部分质粒中也存在双拷贝基因。完整的ISApl1基因通常包括左侧反向重复序列（IRL）、右侧反向重复序列（IRR）和一个转座酶基因tnpA，大部分菌株携带完整的ISApl1基因，但是有部分菌株只含有部分ISApl1基因片段，提示经历了二次重组。mcr-1下游的假设单蛋白也并非普遍存在，仅存在于部分mcr-1阳性菌株中。

3 mcr-1阳性细菌并非是新病菌变种

携带mcr-1的细菌不是“超级细菌”，也不是“无敌细菌”，而mcr-1仅是存在于细菌质粒上的一段基因。mcr-1不是一种新病菌变种，且只单一针对多粘菌素产生耐药性。即使mcr-1存在，我们仍然可以使用对该菌敏感的多粘菌素之外的其他抗生素来杀死该菌株。mcr-1是世界上最早发现通过质粒来完成对于多粘菌素耐药性的基因，能够让肠杆菌抗多粘菌素，该基因可通过质粒进行水平转移。近年来研究发现MCR-1可以由IncI2、IncX4和IncHI2等流行性质粒以及可移动元件，在世界各地40多个国家的多种不同来源的肠杆菌中迅猛传播。这些研究对于深入了解mcr-1介导的黏菌素耐药和传播机制、全球流行分布特征奠定了基础，丰富了耐药性形成理论。不同来源肠杆菌科细菌中mcr-1的分布流行情况、耐药和传播机制、基因环境等方面的研究有长足的进展，其临床风险性以及后续应对措施得以采用，有助于科学应对耐药基因的流行。

4 mcr-1的耐药机制及传播特点

学者们在食物链传播模式、环境和人群的流行现状和携带mcr-1的肺炎克雷伯菌感染暴发等研究取得了诸多成果。MCR-1蛋白通过5个TMHS锚定到质膜周质。细菌LPS在细胞质中被合成，然后通过ABC转运蛋白MSBA转化为周质。脂多糖中的脂质A在周质中被磷酸乙醇胺共价修饰。被修饰的脂多糖和多粘菌素亲和力降低，对多粘菌素产生抗性[3]。

另有科学家为进一步了解mcr-1的分布、对多粘菌素的敏感程度、以及携带该耐药基因的质粒载体特点，运用分子层面的技术手段，对大量来源于人类的高致病性菌株进行分析研究，从2000多名患病者体内分离出的具有较强致病力的菌株，包括血液感染致病菌大肠杆菌和肺炎克雷伯菌，共筛选出21株耐多粘菌素菌株。

研究人员发现，耐多粘菌素mcr-1通过质粒作为载体来存在于自然界微生物中，通过水平基因转移方式在不同菌株间进行质粒的转移和基因的交换。这种转移模式不同于传统遗传物质由亲代传到子代的转移，传播速度也更快。这一传播特点与几年前在东南亚发现的耐抗生素基因blaNDM-1所发生情况类似，但blaNDM-1的情况更加严峻，携带有blaNDM-1基因的微生物几乎对绝大多数抗生素不敏感，包括被认为是细菌杀手锏的碳青霉烯类。

研究表明，中国临床血液感染患者中大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌mcr-1阳性菌株数量较少，为零星分布。然而，另一研究报道了18位感染产碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌的病人，其中7位只用多粘菌素一种药物进行治疗后，仅有1位患者康复；另外11位患者使用多种抗生素联合治疗后，有8位患者获得痊愈，这说明联合使用多粘菌素效果优于单独使用多粘菌素，但因为该临床实验的样本量不大，还需要更多实验数据支持以上结论的合理性[4]。

最近的研究表明，由质粒携带的mcr-1可以在基因水平在大部分自然界微生物中移动。目前，世界各地报道的人源的肠杆菌mcr-1基因携带率较少，小于2%[5]，大大低于动物源的肠杆菌的mcr-1携带率，这可能与多粘菌素在人类细菌疾病治疗使用较少有关。多个国家和地区从人源菌中均检测到了mcr-1，并且发现mcr-1阳性菌往往与其他耐药基因同时出现在一个菌株内，多种耐抗生素基因同时传播可能会让其他抗生素对mcr-1也有选择作用，而单一的多粘菌素无法对细菌进行筛选，使得mcr-1扩散的问题更加严峻[6]。人源耐多粘菌素细菌的出现，可能与多粘菌素在细菌感染中大量使用以及医院内耐抗生素菌株的传播有关。

5 mcr-1基因的溯源

研究发现，最早携带mcr-1的菌株是30年前在鸡体内分离的大肠杆菌，当时多粘菌素刚被用在养殖业中[7,8]。此后2004年～2006年偶尔出现，直到2009年出现大暴发。欧洲学者对500多株产超广谱β-内酰胺酶大肠杆菌（采自2004～2014年间，从欧洲牛粪细菌分离样品）进行mcr-1检查，却发现mcr-1出现概率高达21%，在已经公开的包括宏基因组在内的细菌基因数据集中追溯该基因，发现1000多份来自全球各地的人类粪便样品中，有3位中国人的肠道细菌的质粒中存在mcr-1[2]。此外，还在24位中国人的肠道细菌发现了mcr-1片段。以上这部分研究成果都是2011年8月前发表，因此，采集病例至少应该发生在2011年以前。这些研究成果充分说明耐多粘菌素基因已经在国内小规模扩散，该基因在健康人的肠道中也被发现，因此肠道将成为耐抗生素基因储蓄池和质粒水平传播的潜在场所。从300名五岁以下的幼儿的大便中分离出常见肠道细菌共300多株，其中有5株大肠埃希菌被检测出抗多粘菌素，即携带mcr-1。这些mcr-1携带者年龄都在3岁以下，最小的只有2个月，户籍所在地都不同，从出生开始没有接触过任何动物，其中有两名婴儿分别是2个月龄和10个月龄，尚未接触常规食品和食源性微生物[9]。但其肠道细菌中却发现了耐多粘菌素基因，由此我们推断出该耐药基因已经在环境中普遍出现并小规模扩散，通过细菌中的质粒已经长期寄居于人体肠道内并可以通过生育传播给子代[10]。法国学者对517株产ESBL大肠埃希菌（采取2004年～2014年，法国牛粪样品）进行流行病学调查，发现mcr-1检出率高达21%[11]。

6 mcr-1的变异体及其特征

mcr-2基因在欧洲被发现仅在局部地区流行，其转座机制以及耐药机制尚不清楚。Wang等[12]合成了该基因及周边序列，分析了该基因可能通过2个IS1595类似的插入序列（ISEc69）形成的环状中间体进行传播。在实验中发现其与mcr-1类似，跨膜区和底物结合位点也是mcr-2介导黏菌素耐药性所必须的区域，而且他们都与天然产黏菌素的菌株的脂质体A转移酶非常相似，提示mcr-1和mcr-2都可能起源于产黏菌素。mcr-1的其它变异体也逐步被发现，从mcr-3、mcr-4，一直到最新发现的mcr-8，他们虽然在流行和引起的耐药性上普遍不及mcr-1，但是从生物学特征上讲，都是mcr-1的变异体。在耐药基因检测上，可以使用多重PCR，同时检测多个变异体耐药基因。

7 共携带现象及危害

多粘菌素被认为是治疗鲍氏不动杆菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌等革兰阴性菌感染的最后防线；多种细菌均能携带mcr-1，与其他耐药基因共存于质粒上，产生多种药物耐药，使临床患者难以找到有效的治疗药物，目前寻找特效的治疗药物仍是一个巨大挑战。

8 总结

随着抗生素滥用，细菌耐抗生素问题日益明显。特别是多重耐药革兰阴性菌的感染，对人体健康构成极大威胁，正如Liu等[1]表示，我们曾经认为，在对抗细菌的战斗中，多粘菌素会是最后一张王牌，但如今来看已经沦为笑柄。虽然我们的研究局限于中国大陆，但是并不说明，mcr-1没有成为第二个blaNDM-1的可能，演变为世界性抗生素耐药难题。

综上所述，mcr-1是位于质粒上的可水平转移的黏菌素耐药基因，它引起的对多粘菌素耐药性并不强，却可能导致无药可医的地步，通过对mcr-1的研究丰富了人们对耐药性机制的认知，引起了全社会对于抗生素耐药的重视[13]。mcr-1的变异体在世界范围内不断被发现、检测和报道，也反映了人类与耐药细菌斗争的长期性和复杂性，利于人们对可移动性多粘菌素耐药基因进行更好防控。细菌耐药性是一个全人类面临的严峻问题，只有全社会共同认识、通力合作、综合防控，才能够有效遏制耐药性的蔓延。