产ESBLs高毒力肺炎克雷伯菌研究进展

谢斌云，刘媛综述；张伟审校

(江西省南昌市第一医院，1.EICU；2.NICU，南昌 330006；3.南昌大学第一附属医院呼吸内科，南昌 330006)

肺炎克雷伯菌根据毒力及致病特点分为经典肺炎克雷伯菌 （cKP）和高毒力肺炎克雷伯菌（hvKP）。1986年在中国台湾地区首次报道高毒力肺炎克雷伯菌，后越来越多在东南亚地区报道，南非、澳大利亚、欧洲和美国等也有报道[1]。研究[2，3]发现，hvKP携带黏液表型调节基因和气杆菌素，因此表现为高毒力。该菌常侵袭年轻健康的宿主且易并发脓毒血症，严重的侵袭性疾病，如化脓性肝脓肿，脑膜炎，重症肺炎、眼内炎，坏死性筋膜炎等[4]。相对于易引起医院感染的“普通”肺炎克雷伯菌，HVKP感染严重且易继发性迁移，可导致多器官感染[5]临床死亡率高。感染hvKP有幸救活者，难免患有严重的并发症，比如较常见的是失明和神经系统后遗症等[6]。虽然大多数高致病性肺炎克雷伯菌株对抗生素敏感，但有些菌株同时具有高毒性和抗药性，越来越多研究报道碳青霉烯抗性和高毒力的肺炎克雷伯菌菌株出现。多药耐药和高毒力在同一种菌株的结合有可能导致下一次临床危机。

超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）是以灭活窄谱和广谱头孢菌素、单环类抗生素及抗革兰阴性杆菌青霉素等抗生素为特征的β-内酰胺酶，是一种质粒介导的酶。产ESBLs是细菌产生多重耐药的常见表型机制，可以从基因层面分析其具体耐药根因。由细菌之间传播的细菌抗性基因引起的耐药性，例如携带多种药物抗性基因的质粒，对肠杆菌科细菌之间的传播具有抗药性。有研究发现此菌耐药基因在质粒上，可造成不同、相同细菌间传播，导致感染几率增加，给临床治疗造成严重影响[7]。

本文针对产ESBLs高毒力肺炎克雷伯菌菌株流行现状，感染风险因素，抗生素耐药机制和分子流行病学、毒力机制等方面进行综述，以便为高毒力肺炎克雷伯菌临床预防和治疗提供理论指导。

1 流行现状

在20世纪80年代，台湾的病例报告描述了由hvKP引起的社区获得性肝脓肿在具有严重伴随终末器官表现的健康患者中，如脑膜炎和眼内炎[8]。自台湾首次报告以来，在许多亚洲、欧洲和美洲国家观察到hvKP的零星传播。虽然在欧洲和美洲报告了几例hvKP，但hvKP的流行主要发生在亚洲国家，包括台湾、中国、韩国和伊朗。例如，在中国，22.8%（84/369）与各种侵袭性感染相关的肺炎克雷伯菌临床分离株被鉴定为hvKP[9]。同样有另一份报告显示，导致化脓性肝脓肿的病原体中有90.9%是高毒力肺炎克雷伯菌[10]。在韩国，肺炎克雷伯菌菌株血流感染中分离的菌株中具有42.2%的高粘液表型特征[11]。在台湾，88.8%社区获得性肝外脓肿中，分离的肺炎克雷伯菌菌株具有高粘液表型[12]。41.5%社区获得性肺炎感染肺炎克雷伯菌株是由高毒力肺炎克雷伯菌[13]引起的。这些国家和地区HVKP相关疾病的频率持续增加。在1996至2004年间，在台湾观察到由hvKP引起的肝脓肿的年发病率几乎增加了60%[14]。在韩国，由高毒力肺炎克雷伯氏菌引起的肝脓肿率在20世纪70年代增加了3.3%，并在2000年代中期上升到78.2%[15]。在伊朗进行的一项研究显示，从各种患者收集的肺炎克雷伯菌分离物中有60.95%为高粘液粘蛋白阳性[16]。虽然高毒力肺炎克雷伯菌在亚洲占主导地位的原因尚不清楚，有研究表明亚洲人可能比其他种族群体更容易感染hvKP，特定的hvKP克隆的扩散可能是亚洲高优势的主要因素。在世界其他地区，高毒力肺炎克雷伯菌的患病率并不高。从其他地区的研究大多是病例报告，但有几个研究分析各种HVKP菌株。例如，西班牙的一项研究显示，从各种感染部位收集的5.4%的肺炎克雷伯菌菌株具有高粘液性表型[17]。在加拿大，从社区获得性菌血症患者收集的8.2%的肺炎克雷伯菌株中存在高黏液表型[18]。在巴西，在6.7%的临床K.pneumoniae分离株[19]中观察到高粘液表型。在阿尔及利亚进行的一项研究显示，从各种患者获得的肺炎克雷伯菌分离物中9.2%为高粘液阳性[20]。这些结果支持了HVKP的流行性传播主要是在亚洲国家的理论。

2 感染危险因素

年龄大于60岁老年患者感染率明显增高，考虑为老年患者基础疾病多，免疫力低，抵抗力差，病情严重等相关。产生ESBLs的肺炎克雷伯菌在重症监护室的检出率远远高于其他临床及医技科室，这可能与重症监护室患者病情重，抗生素使用率及送检率菌明显高于其他部门，高检测率和高比例的抗菌药物有助于ESBLs的快速生产。两周以上住院的高感染率被认为与在住院期间通过医务人员的操作和医务人员的手向患者施用ESBLs肺炎克雷伯氏菌引起的感染有关。产ESBLs肺炎克雷伯菌感染的独立危险因素就区域和环境不同而各有差异，其中“侵入性手术”是被广泛认同的独立危险因素，可能与以下因素相关：1各种侵入性操作通常会破坏患者的正常生理屏障，使得多重耐药的革兰氏阴性细菌更容易受到侵袭。同时，细菌在身体不同部位之间的传播可引起内源性感染。2侵入性程序增加了细菌获得ESBLs基因的机会。 “住院日”14d“在很多研究中也被认为是产ESBLs肺炎克雷伯菌感染的独立危险因素，亚洲及欧美等国家和地区也有相关报道。然而，与匹兹堡在美国的报告不同，它表明独立危险因素存在区域差异，并且存在许多影响产ESBLs的肺炎克雷伯菌血行、肝脓肿及呼吸道感染的风险因素。特别是针对独立危险因素的“侵入性手术”和“住院超14d”的患者，医院管理者及医务人员均应采取合理有效的预防措施，最大程度的将产ESBLs的肺炎克雷伯菌感染率降至最低。

3 耐药性分析

与耐药性cKP菌株的高流行率相比，hvKP菌株中抗生素耐药性的流行率很低[21]。hvKP菌株低抗生素耐药性，目前的原因仍没完全明确。然而，世界各地越来越多地报告了耐药性hvKP菌株的报告，其中大多数在hvKP流行的国家。

3.1 亚洲抗生素耐药HVKP除了对氨苄青霉素具有内在抗性之外，大多数hvKP菌株很少对抗生素具有抗性，并且通常对常用的抗微生物剂敏感。然而，随着携带各种抗生素抗性基因的移动遗传元件的全球传播，包括肺炎克雷伯氏菌碳青霉烯酶（KPC），NDM 和苯唑西林酶-48（OXA-48）型碳青霉烯酶[21]，耐抗生素的 hvKP分离物已经开始出现。类似地，2016年的一份报告显示，来自几种侵袭性感染的hvKP分离物中有12.6%产生ESBL，其中大多数携带blaCTX_M基因[22]。中国的一些研究表明，hvKP的出现已经获得了广泛的抗生素耐药性，包括碳青霉烯耐药性。2015年，33名肺炎克雷伯菌患者对碳青霉烯类耐药，在4例中，发现了对碳青霉烯类抗生素具有抗性的hvKP菌株[23]。从这4名患者中鉴定出7种对碳青霉烯类耐药的hvKP菌株，并且在7种hvKP菌株中的6种中检测到blaKPC_2基因。在中国，很多研究报道对碳青霉烯类耐药的肺炎克雷伯菌中hvKP的流行率非常高，从7.4%到15%不等[24]。基因组分析表明，ST11碳青霉烯类耐药hvKP菌株的出现是由于ST11碳青霉烯类耐药cKP菌株获得了pLVPK样质粒。因此，需要进一步的研究来验证移动遗传元件在CKP和HVKP菌株之间的传递。无论如何，研究结果提醒研究人员和临床医师注意具有获得性碳青霉烯耐药性的hvKP菌株的出现和全球传播的潜力。

3.2 欧洲和美国抗生素耐药HVKP在欧洲和美国报道了少数耐药的HVKP病例。在法国，在阿尔及利亚出生的一名患者中鉴定出产ESBL(blaCTX_M_3)的hvKP菌株，该患者交替在法国和阿尔及利亚居住数年而没有前往任何其他国家[25]。该菌株为ST6克隆，具有K2血清型。2014年在巴西，检测到耐多粘菌素B和产生KPC-2的hvKP[26]；该菌株为ST11克隆。该菌株的序列类型为ST512（ST258的单基因座变异体）。意大利最常见的碳青霉烯酶为KPC型酶 （占碳青霉烯酶生产者的 89.5%）。 其次是 VIM-1（9.2）和 OXA-48（1.3）[21]。这些结果暗示了在CKP和HVKP菌株之间直接遗传移动遗传元件的可能性。

碳青霉烯耐药HVKP的治疗方案缺乏，虽然除氨苄西林外，大多数hvKP菌株对抗菌药物敏感，而且相当数量的hvKP感染患者年轻，没有其他疾病，但hvKP感染的死亡率很高，在3%至42%之间。社区获得性菌血症和坏死性筋膜炎的病例死亡率分别为55%和47%[27]。此外，hvKP感染的幸存者经常遭受灾难性的发病率，例如视力丧失或神经后遗症。通过耐碳青霉烯类HVKP菌株的出现，HVKP感染的管理变得更加困难。

耐药基因种类各异，其中TEM型、OXA型、CTX-M型及SHV型是ESBLs主要的四种耐药基因。不同基因型表现的抗生素耐药种类有区别：TEM型主要表现为对头孢菌素类抗生素耐药；对青霉素类高度耐药的基因型为OXA型，对头孢噻肟表现为耐药性的是CTX-M型，而SHV型主要表现为对头孢他啶呈现耐药性[28]。由ESBLs菌株引起的感染的优选药物是碳青霉烯抗生素。然而，目前大量碳青霉烯类抗生素的过度应用，对碳青霉烯类抗生素呈现耐药的KP菌的检出率逐年增多。势必会对临床治疗带来困难，所以必须引起高度重视，严格执行防控措施。

4 分子流行病学

K1和K2型是hvKP最主要的荚膜型别，ST23、ST65和ST86是hvKP主要的ST型别。尽管hvKP对抗生素的耐药率低于cKP，但aLLS基因可用于鉴定K1型hvKP。然而，耐药性可以通过KPC-2基因传播，并且应该保护获得性抗性的可能性。

5 毒力机制

K1和K2毒株毒力增强的原因是多方面的。首先，K1和K2菌株缺乏宿主因子识别的甘露糖残基重复序列，其次K1和K2菌株的表面具有宿主特异性单糖唾液酸，已知其模仿宿主细胞，从而允许逃避宿主免疫细胞。再者，与其他K血清型相比，K1和K2菌株具有更多样化的O血清型，这可能有助于K1和K2菌株逃避宿主免疫系统。因此，大量研究表明K1/K2血清型的存在与hvKP株的高毒力有一定关系，与其他高毒力相关因子的结合可增强肺炎克雷伯菌的毒力。st23 hvKP克隆与K1型与细菌性肝脓肿有关，而与K2型st65蓝色hvKP克隆与各种侵袭性感染相关。此外，基因组比较发现的致病岛不同的变体（kphp1208）与cc23具体相关[32]。RmpA（粘液表型A基因的调节剂）激活胶囊生产，导致高粘液粘稠表型并增加毒性[33，37]。在hvKP菌株中报告了三个rmpA基因：位于毒力质粒(pLVPK)中的两个大质粒携带基因(p-rmpA和p-rmpA2)和一个染色体基因(c-rmpA)。在肺炎克雷伯菌CG43中，p-rmpA和p-rmpA2都有助于提高荚膜产量[33]，而在 NTUH-K2044(ST23，K1血清型)中，第一个基因组测序的hvKP仅是p-rmpA，而不是p-rmpA2或c-rmpA，有助于增加荚膜表达。因此，需要进一步研究其他菌株以阐明每个RMPA在高毒力中的作用。许多结果揭示了RmpA与高毒力之间的密切关系，来自不同地理来源的30个hvKP分离物的全基因组测序显示，所有hvKP均为rmpA阳性。然而，最近的研究显示，一些rmpA阳性的肺炎克雷伯菌缺乏高粘液粘附性和低毒力是由于在缺乏c-rmpA的情况下rmpA和rmpA2基因同时突变造成的[29]。MagA基因是2004年从侵袭性肝脓肿分离的肺炎克雷伯菌菌株中发现的超囊型表型所需的基因[30]。最近的研究表明，在具有K1血清型的hvKP菌株中发现magA比非K1菌株中更普遍。这些结果表明MAGA基因是肺炎克雷伯菌荚膜血清型K1的致病因子。

6 结语

尽管过去30年对hvKP进行了大量的临床、生理和病原学研究，但对hvKP的认识仍存在很大差距。HVKP的确切定义是一个有争议的问题。虽然粘液吸取试验通常被认为是用于确定hvKP的方法，但是许多用于粘液吸取试验阳性的肺炎克雷伯菌分离物没有显示出剧毒性。一些毒力因子，如K1/K2血清型、RmpA和气杆菌素，似乎与hvKP的超毒力密切相关。因此，HVKP的确切表型和基因型定义需要牢固确立。区域的差异导致细菌环境的改变，产生ESBLs的肺炎克雷伯菌感染的独立危险因素也因而有所改变。需对不同区域独立危险因素进一步明确才能有相应防范措施。hvKP耐药机制仍不完全明确，近期hvKP临床分离株的流行病学分析表明，在不久的将来，具有广泛耐药性的hvKP菌株有可能在全球传播。为有效控制hvKP，需要开发有效的hvKP诊断工具，进一步研究其耐药机制，新型抗菌剂的研制也是必不可少的。