高毒力肺炎克雷伯菌的研究进展

2022-11-15岳娜张晓方胡志东

国际流行病学传染病学杂志 2022年3期

岳娜张晓方胡志东

天津医科大学总医院医学检验科，天津 300070

肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae，KP）是常见的革兰阴性条件致病菌，可在人体抵抗力低下时引起肺部炎症、泌尿系统感染及血流感染等疾病。1986 年，高毒力肺炎克雷伯菌（hvKP）首次在我国台湾地区以个案形式报道，与经典肺炎克雷伯菌（cKP）感染不同，hvKP 引起单一化脓性病灶后，可向机体其他组织器官迁徙感染，引起了临床的广泛关注。本文对近年来hvKP 的研究进展作一综述。

一、hvKP 的流行情况

hvKP 感染病例报告以东亚和东南亚等亚太地区为主。一项纳入我国大陆地区10 个城市导致血流感染、肺部感染及腹腔感染共230 株KP 的多中心研究显示，hvKP 菌株占总数的37.8%，各地区检出率存在差异，最高为武汉（73.9%），最低为杭州（8.3%）。另一项报道显示，引发化脓性肝脓肿的病原体中，hvKP 菌株占90.9%。除我国外，韩国、伊朗等国家也有相关病例报道。目前hvKP 感染的流行病学特征尚不明确，有研究表明，菌株定植，尤其是消化道定植，是引发感染的关键。西方国家健康人群结肠 KP 定植率为5%～35%，亚洲各国较高，个别国家如马来西亚高达87.7%。虽然流行病学研究较难鉴别hvKP 与 cKP，hvKP 的定植率，hvKP 定植的准确数据无法获得，但有研究对hvKP 的重要流行型K1 荚膜血清型ST23 序列分型，以及K2 荚膜血清型ST65 型菌株的统计发现，有相当比例的亚洲人群存在hvKP 定植。hvKP 感染还会引发一系列并发症。有研究表明，hvKP 定植及感染较易并发内源性眼内炎。 30 d 内使用氨苄西林或阿莫西林治疗hvKP 会增加患者发生隐源性肝脓肿的风险（OR=3.5），而糖尿病可影响机体产生细胞因子/趋化因子及外周血液中单个核细胞对hvKP 的杀伤力，是hvKP 引发患者发生肝脓肿的重要基础疾病。

二、hvKP 的毒力特征

hvKP 的高毒力与其具有多种毒力因子密切相关，包括荚膜多糖、脂多糖、铁载体和菌毛等，这些毒力因子在cKP 中也存在，但hvKP 中存在的频率更高，能引发不同的免疫应答，使 hvKP 具有特征表型。

1.荚膜多糖

荚膜多糖是KP 的重要毒力因子，具有抗巨噬细胞吞噬、抑制早期炎症反应、抵抗抗菌肽和抑制DC 成熟的作用。目前根据不同的荚膜多糖，KP 至少可分为78 个荚膜血清型，与 hvKP 相关的主要包括 K1、K2、K5、K16、K20、K54、K57 和KN1 型,其中 K1（ST23 序列型）和 K2 型（ST86 和 ST65 序列型）最为常见且毒力较强。hvKP 产生大量荚膜多糖，使细菌呈现高黏液表型，其合成与合成调控相关基因包括rmpA、rmpA2、magA 和 wcaG。

2.脂多糖

脂多糖为革兰阴性菌内毒素，由类脂A、核心多糖和O-抗原组成，合成相关基因为 uge、wabG。 hvKP 菌株中 O1 型抗原高达90%，具有足够长度的O-抗原可抵抗补体介导的溶菌作用。核心多糖有助于hvKP 菌株定植，能够抵抗肺泡巨噬细胞吞噬作用，hvKP 主要合成的是2 型核心多糖，腹腔感染小鼠模型显示2 型核心多糖被1 型核心多糖替代后可使致病菌株的毒性降低。

3.铁载体

铁载体是KP 重要的铁摄取系统，KP 通过与宿主竞争获取铁，维持自身迅速生长繁殖的同时发挥毒力作用，相关基因包括 aero、iucB、iutA、iroNB、ybtA 和 kfuBC。有研究表明，hvKP 的铁摄取能力较cKP 提升了6~10 倍，其铁摄取主要包括肠杆菌素、沙门菌素、耶尔森菌素和气杆菌素，其中气杆菌素与hvKP 的毒力关联性强，在毒力质粒编码中具有重要作用。hvKP 菌株在高铁浓度环境下，铁载体浓度会自动调节。

4.菌毛

菌毛是KP 实现由黏附于宿主细胞表面进展至感染的关键步骤之一。 Ⅰ型和Ⅲ型菌毛是KP 的主要菌毛，合成相关基因为fimH 和mrkD，菌毛有助于细菌定植和形成生物膜，hvKP 菌株较cKP 菌株形成更多的生物膜使其毒力增强。

三、hvKP 的耐药机制

hvKP 具有高毒力表型，随着抗菌药物的广泛应用，hvKP耐药引起了研究者的极大关注，尤其是碳青霉烯类耐药hvKP（CR-hvKP）感染病例的出现，给临床抗感染治疗带来了极大挑战。hvKP 可能的耐药介导机制包括：hvKP 菌株获得了携带耐药基因的结合质粒，CRISPR 系统也可能起到一定作用；hvKP 菌株获取含有耐药相关基因的整合性接合元件（ICEs）在菌株间传播；多重耐药（MDR）或泛耐药（XDR）的cKp 菌株获得 hvKP 毒力质粒。

1. 碳青霉烯类耐药

有研究表明，KPC-2 基因是hvKP 菌株形成碳青霉烯类耐药的主要原因。 KPC-2 基因常通过 IncFII、IncFIA 及IncA/C等多种质粒在菌株之间进行传递。另有报道显示，hvKP（K2，ST65 型）可以在体外从ST258 的耐碳青霉烯 cKP 菌株中通过接合方式获取并保留携带有 KPC-2 的耐药质粒。Gu等分析从5 例因院内感染导致死亡的患者体内分离的ST11 型CR-hvKP 分离菌株的基因组，结果表明耐碳青霉烯cKP 菌株获得了大小约170 kb pLVPK 样毒力质粒，进而具备高毒力特征。此外，Rafiq 等于2016 年报道了1 株CR-hvKP因发生OmpK36 膜孔蛋白基因突变，导致其在缺乏碳青霉烯类耐药基因的情况下形成对碳青霉烯类抗菌药物的耐药。

2. β-内酰胺类耐药

超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）根据质粒所携带编码基因同源性的不同可分为TEM、SHV、CTX-M 和OXA 等型别，是目前已知细菌对β-内酰胺类抗菌药物耐药的主要机制。我国一项多中心研究纳入的 87 株 hvKP 中，11 株（12.6%）为ESBLs 阳性菌株，其中大部分携带bla基因。在李敏等对hvKP 的耐药基因及耐药性研究中，328 株 hvKP 菌株中bla基因检出率最高，达到 97.9%，bla、bla的检出率依次为86.0%和33.8%。

3. 多黏菌素耐药

多黏菌素类抗菌药物是产碳青霉烯酶KP 感染联合治疗的核心药物之一。有报道显示从hvKP 分离株中检测出多黏菌素耐药基因mcr-1，改基因可通过质粒进行传播。此外，PhoP-PhoQ-Arn 通路表达的增加也会介导多黏菌素耐药。有报道显示，hvKP 菌株中mgrB 基因能编码PhoP-PhoQ 信号系统中的负反馈调节因子，mgrB 基因的插入失活能够导致菌株多黏菌素耐药。

四、hvKP 感染的治疗

大多数hvKP 除对氨苄西林天然耐药外，对大多数抗菌药物具有高度敏感性。临床使用抗菌药物时需考虑感染部位，结合其PK/PD 特点优化给药方案，若出现hvKP 感染复发的情况可延长给药时间并根据病原学检测进行目标性治疗。目前新的β-内酰胺酶抑制剂如阿维巴坦等抗酶谱较广，其复合制剂——头孢他啶/阿维巴坦是治疗CR-hvKP 的合理选择。有报道利福平通过降低rmpA 及调控荚膜多糖基因的转录水平，可以降低hvKP 的高黏性，也许能成为治疗难治性hvKP感染的潜在方案。另外，Zumla 等制定了针对免疫毒力因子荚膜多糖等方面的治疗方案来对抗hvKP 感染。