牛源耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的分子流行特征和耐药性研究进展

李泽坤，徐士新，王鹤佳，宋立，邹明，崔明全*

(1. 中国兽医药品监察所，北京 100081；2. 青岛农业大学动物医学院，山东 青岛 266109)

金黄色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)可定植于人与动物的皮肤和黏膜，引发多种不同程度的感染，也是引起奶牛乳腺炎的重要病原菌之一[1]。青霉素和头孢菌素等β-内酰胺类药物是治疗奶牛乳腺炎的重要抗菌药物，因其在奶牛的广泛使用造成的选择性性压力，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin resistantStaphylococcusaureus, MRSA)的分离率越来越高，使得牛群成为MRSA流行的天然宿主库而备受关注[2]。家畜相关耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(livestock-associated MRSA, LA-MRSA)最早于1972年在奶牛乳腺炎病例中被发现[3]。位于葡萄球菌染色体mec基因盒元件(Staphylococcuscassette chromosomemec, SCCmec)上的甲氧西林耐药决定因子mecA基因，是介导MRSA对β-内酰胺类药物产生耐药的主要基因。随后，mecA基因同源物LGA251也首次在奶牛源MRSA中被发现，后被命名为mecC基因，该基因在欧洲的多个国家均有报道，而在美洲和亚洲国家则鲜有检出[4-5]。SCCmec作为一种可移动遗传元件(mobile genetic element, MGE)，能携带多种耐药基因并在葡萄球菌属之间发生水平转移，最终介导葡萄球菌产生多重耐药现象[1]。

分子分型检测技术作为探究MRSA流行传播和遗传进化的重要工具，包括SCCmec分型、多位点序列分型(multilocus sequence typing, MLST)和金黄色葡萄球菌A蛋白(staphylococcal protein A, SPA)分型等技术。其中，5个或5个以上MLST等位基因相同的菌株归为同一克隆复合型(clonal complex, CC)。与脉冲场凝胶电泳等基于图谱进行分析的分型方法相比，MLST方法可以实现不同时间、空间或宿主来源的金黄色葡萄球菌遗传进化研究，被广泛应用于MRSA的分子流行病学研究。目前牛群中MRSA的流行现象已十分普遍，不仅对畜牧业造成了不小的经济损失，也对人的健康产生安全隐患。尤其是近年来人感染LA-MRSA病例的不断报道，引起人们对LA-MRSA分子流行病学研究的重视[6-7]。因此，本文主要围绕欧美和亚洲国家牛源MRSA的分子流行特征和耐药现状展开综述，以期为我国防控牛源MRSA的流行和传播提供参考依据。

1 牛源MRSA分子流行特征

欧洲和美洲牛源MRSA分子分型以ST1、ST8、ST97和ST398为主，ST5、CC22、ST130和ST425也有所检出(表1)。荷兰、德国、比利时、西班牙和意大利等国猪群中ST398的流行现象尤为普遍，引起了欧洲国家对LA-MRSA监控的高度重视[8]。随后，瑞士、德国、荷兰、比利时和捷克的牛源MRSA相关报道也均以ST398的检出为主，意大利、英国和巴西的牛源MRSA中同样存在ST398的少量检出[2,9-15]。对于牛群中MRSA ST398的广泛传播，有研究认为可能与养牛场周边的高密度猪群中MRSA ST398的流行传播有关。根据意大利北部相邻2个养殖场中MRSA的流行调查显示，在奶牛、猪和工作人员的相关样品中均存在MRSA CC398的流行检出，SPA分型均为t899[16]。最近，丹麦也报道了猪群中MRSA ST398流行传播的溢出性现象[17]。猪群作为MRSA ST398最为主要的宿主来源，可能是引起人和其他动物中MRSA ST398流行的重要原因。

亚洲牛源MRSA菌株的MLST分型以ST5、ST8、ST72和ST239最为常见，相关报道主要来源于日本和韩国，其他亚洲国家对牛源MRSA的分子流行情况也有少量报道。例如，伊朗的奶牛乳腺炎病例中存在MRSA ST291和ST522的检出；土耳其的牛源MRSA以ST239分型为主；印度的奶牛乳腺炎病例中则存在MRSA ST239、ST72和ST2459等ST型的检出[23-24,36]。值得注意的是，日本和韩国曾多次报道不同年代牛源MRSA分子特征的显著差异性。其中，1999年韩国的牛奶样品中检出ST5型的MRSA菌株，而2003年至2009年间的奶牛源MRSA则以ST72型为主[27-28]。不仅如此，在2003年至2008年间韩国屠宰场和市场的牛肉中，也有MRSA ST72的检出[37]。而在2018年间分离的牛肉样品中，牛源MRSA再次出现了ST5的检出[38]。与韩国牛源MRSA的分子流行情况有所相同，1999年至2005年间日本的奶牛乳腺炎病例也以MRSA ST5的检出为主[39]。而在2008年至2011年间的牛肉样品和奶牛乳腺炎病例中，牛源MRSA则以ST8的检出为主[25]。

结合我国对牛源MRSA有限的研究报道，我国牛源MRSA同样表现出丰富的分子流行特征，并存在不同物种之间交叉传播现象。ST9作为我国猪源MRSA中最常见的分子分型，已在中国香港、浙江和上海的牛源MRSA中大量检出，同时也是我国新疆地区奶牛源甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌(MSSA)最为常见的分子分型[30,32,35]。此外，新疆地区奶牛源MRSA还存在ST1、ST97、ST188、ST398等分子分型的检出，而我国中东部地区如江苏、浙江和上海地区大量检出ST630的奶牛源MRSA菌株[32-33]。目前，我国虽逐渐重视牛源MRSA的监测，但是多个省份或地区的牛源MRSA菌株的分子流行特征仍为空白，肉牛场和屠宰场中MRSA分子流行的相关研究尚少。

2 牛源MRSA耐药性特征

随着抗菌药物在畜牧业中的广泛应用，欧洲、美洲和亚洲国家牛源MRSA对青霉素、苯唑西林和头孢菌素等β-内酰胺类药物已表现出严重的耐药现象，并对人医临床中应用于治疗金黄色葡萄球菌感染的多种抗菌药物也表现出不同程度的耐药。例如，瑞士[13]、比利时[19]、意大利[16]和美国[21]，以及约旦[40]、印度[24]和土耳其[23]检出的牛源MRSA对红霉素和克林霉素的耐药率均在70%以上。欧美牛源MRSA还普遍存在对四环素的耐药现象，耐药率多在90%以上，亚洲国家中约旦的牛源MRSA对四环素的耐药率较高(63.7%)，而日本和韩国牛源MRSA对四环素的耐药现象却并不常见[25,37]。除此之外，牛源MRSA中对氨基糖苷类和喹诺酮类抗菌药物的耐药现象也时有发生。意大利牛源MRSA对庆大霉素和恩诺沙星的耐药率分别为60.7%和67.8%；日本奶牛源MRSA对庆大霉素也存在较高耐药率(87.5%)，对卡那霉素的耐药率甚至高达100%，但对环丙沙星敏感[16,25]。不仅如此，欧美国家牛源MRSA的多重耐药现象已十分严重。瑞士、德国、荷兰和美国检出的牛源MRSA分离株对至少3种抗菌药物的耐药率均在50.0%以上；意大利则存在60.0%以上的牛源MRSA对5种抗菌药物产生耐药性；比利时甚至还存在58.0%的分离株表现出对至少6种抗菌药物的耐药现象[9,14-15,18]。亚洲国家牛源MRSA中的多重耐药现象也尤为普遍，其中约旦和印度检出的牛源MRSA对3种以上抗菌药物的耐药率分别为88.0%和62.0%；韩国牛源MRSA对至少4种抗菌药物的耐药率更是高达100%；土耳其甚至还存在62.5%的牛源MRSA分离株表现出对5种抗菌药物的耐药现象[23-24,29,40]。

与其他国家相同，我国牛源MRSA不仅表现出对β-内酰胺类药物较高的耐药率，对大环内酯类和氨基糖苷类等多种抗菌药物也存在不同程度的耐药现象。浙江和上海两地的奶牛源MRSA和中国香港零售牛肉中的MRSA分离株对庆大霉素、红霉素和克林霉素的耐药率均在50.0%以上，对环丙沙星的耐药率分别为50.0%和88.2%，而江苏牛源金黄色葡萄球菌分离株的环丙沙星耐药率更是高达52.1%[32-33,35]。我国牛源MRSA分离株对磺胺类药物的耐药率普遍在50.0%以上，上海和新疆地区的耐药率较高，分别为85.7%和100%[31,34,41]。不仅如此，我国牛源MRSA分离株表现出较为普遍的多重耐药现象。一项针对我国5省奶牛源MRSA耐药性的调查显示，存在73.5%的牛源MRSA可对5种以上抗菌药物产生耐药性，38.2%的牛源MRSA对8种以上药物耐药[42]。在我国浙江和上海两地的奶牛乳腺炎病例中，MRSA分离株均对至少4种抗菌药物耐药；而在新疆地区亚的临床奶牛乳腺炎病例中，甚至存在47.4%的牛源MRSA表现出对10种以上抗菌药物的耐药现象[31-32]。

3 牛源MRSA对公共卫生安全的危害

LA-MRSA的流行传播已对世界公共卫生安全产生重大威胁。目前研究显示，LA-MRSA可能通过养殖者、兽医等直接接触者或间接携带者向社区和医院的人群传播，对人的健康造成安全隐患，甚至危及ICU病房患者的生命[43]。牛群作为MRSA的天然宿主，存在与人源MRSA分子流行特征相关的分子分型，例如ST5、ST8、ST72、CC97、CC130和ST398等，其中ST398、CC97和CC130在欧洲人源MRSA中的流行最为常见。

自人感染LA-MRSA ST398病例在荷兰被报道，ST398已在猪、牛和人群中不断检出，成为欧洲国家尤为关切LA-MRSA ST398的重要原因[44]。有研究认为，人源MSSA ST398可能与LA-MRSA ST398的形成有关。人源MSSA ST398在被引入猪群后，通过参与葡萄球菌属之间的遗传物质交换，发生了宿主特异性的改变，并获得β-内酰胺类和四环素类抗菌药物的耐药基因，进而演变成MRSA ST398并在其他动物群体之间广泛传播[45]。不仅如此，养殖工人、兽医等直接接触家畜的人群容易成为病原菌的携带者，大大增加了LA-MRSA ST398向其家庭成员或普通社区人员传播的风险[43]。除此之外，CC97作为欧美和亚洲国家奶牛乳腺炎病例中金黄色葡萄球菌的主要分子分型，常引起奶牛的严重感染，现发现在人群中也有所流行。根据2012年一项对欧洲16个国家社区人群中MRSA的流行情况调查显示，CC97约占社区相关MRSA和MSSA感染病例的3%和8%[46]。而丹麦的一项研究显示，CC97相关spa型引起的MRSA感染病例在5年内增加了11倍[6]。该研究还通过对不同宿主来源的CC97分离株进行系统进化树等分析，发现牛源MSSA CC97宿主特异性的改变可能是引起人源MRSA CC97流行的重要原因。牛源MSSA CC97在进化过程中通过MGEs的互换获得与人金黄色葡萄球菌相关的免疫逃避基因和甲氧西林耐药基因，进而形成MRSA CC97并在人群中广泛传播。CC130作为欧洲牛源MRSA常见的分子分型，近年来也在丹麦、英国、爱尔兰、德国、荷兰和法国的人源MRSA中有所检出[5]。通过对奶牛、绵羊和医院患者来源的ST130型mecC阳性MRSA进行基因组学比对，发现奶牛源和人源ST130分离株的单核苷酸多态性(SNP)仅存在细微差异。这种极为密切的亲缘关系，为ST130在牛和人之间的传播现象提供了重要的理论依据。

此外，ST5、ST8和ST72等与牛相关的MRSA分子分型在亚洲医院患者的MRSA感染病例中也有所报道。根据1999年至2005年日本的奶牛乳腺炎病例中MRSA的流行情况调查，发现牛源MRSA ST5与日本医院相关MRSA分离株具有相同或相似的基因型和血清型，并均携带II型SCCmec基因盒[39]。随后在2008年至2010年间，日本冲绳地区院内皮肤软组织感染病例中MRSA的分子分型则以ST8最为常见，而同一时期分离的日本牛肉样品和临床乳腺炎牛奶样品中也存在ST8的大量检出，且均携带IV型SCCmec基因盒，以及均存在对大环内酯类和喹诺酮类药物的耐药现象[47]。ST72作为韩国牛源MRSA的常见分子分型，近年来已开始在医院患者中广泛传播。研究显示，ST72与院内皮肤或软组织感染，以及严重的脓毒症或感染性休克密切相关[48]。部分ST72分离株甚至存在万古霉素不敏感现象，使得临床治疗效果不佳，尤为值得警惕[49]。尽管到目前为止，已有多项针对牛源MRSA人畜共患病风险的相关研究，但是牛源MRSA向人群传播的机制尚不明确，仍有待进一步研究证实。

4 展望

现如今，世界各国开始重视LA-MRSA对公共卫生安全所带来的威胁。其中，韩国畜牧业中抗菌药物的减量化，已使牛源MRSA对四环素等药物的耐药现象有所减缓；欧盟国家也采取限制畜牧业中抗生素和饲料添加剂的使用等措施，以期遏制LA-MRSA的多重耐药趋势。近年来，我国牛源MRSA日益普遍的多重耐药性，凸显出我国牛源MRSA检测监控工作的重要性，尤其应加强对肉牛场、屠宰场、兽医、养殖工人和养殖场周边居民中LA-MRSA流行情况的调查，以及对牛源MRSA分子遗传进化、流行传播、耐药机理和致病机制的深入研究，从而为我国牛源MRSA感染的防控和新药的研发提供有力的科学依据，为食品安全和人的健康提供保障。