鮑曼不動(dòng)桿菌耐藥與生物膜形成關(guān)系的研究進(jìn)展

黃冬梅 李福祥

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·綜述·

鮑曼不動(dòng)桿菌耐藥與生物膜形成關(guān)系的研究進(jìn)展

黃冬梅1李福祥2

鮑曼不動(dòng)桿菌； 生物膜； 耐藥機(jī)制

鮑曼不動(dòng)桿菌(Acinetobacterbaumannii, AB)為革蘭染色陰性非發(fā)酵菌，被全球醫(yī)療機(jī)構(gòu)視為最難控制的細(xì)菌之一。鮑曼不動(dòng)桿菌常在危重患者中引發(fā)肺炎(尤其是呼吸機(jī)相關(guān)性肺炎)、尿道感染、血液感染、皮膚感染等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，約10%的院內(nèi)感染由鮑曼不動(dòng)桿菌所致[1-2]。然而，由于鮑曼不動(dòng)桿菌的廣泛耐藥，其所致的感染很難得到有效控制。鮑曼不動(dòng)桿菌極易獲得抗性決定簇的能力，使它成為當(dāng)前抗生素時(shí)代最具威脅的病原菌之一，其中，生物膜的形成是鮑曼不動(dòng)桿菌的重要耐藥機(jī)制之一[3]。鮑曼不動(dòng)桿菌形成生物膜的能力可以解釋其特殊的抗生素耐藥性及長期在醫(yī)療環(huán)境生存的原因[4-5]?，F(xiàn)就鮑曼不動(dòng)桿菌生物膜形成及其耐藥性機(jī)制作一綜述。

一、鮑曼不動(dòng)桿菌生物膜形成能力

鮑曼不動(dòng)桿菌常存在于潮濕環(huán)境中，但在干燥的條件下，其也能在非生物表面生存很長一段時(shí)間[6-7]。其黏附力極強(qiáng)，可以在很多用于制造醫(yī)療器械的玻璃、塑料(聚丙乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯)以及不銹鋼等表面黏附并形成生物膜[8]。鮑曼不動(dòng)桿菌已成為最常見的與醫(yī)療設(shè)備相關(guān)的醫(yī)院感染菌，而生物膜是其重要的毒力因子和致病因素[9-10]。Rodrigue等[5]指出生物膜的形成是鮑曼不動(dòng)桿菌的共同特點(diǎn)，尤其是分離自導(dǎo)管相關(guān)的尿路感染、人工氣道相關(guān)性肺部感染、血流感染及繼發(fā)性腦膜炎等。陳鐵柱等[11]研究發(fā)現(xiàn)，鮑曼不動(dòng)桿菌在體外培養(yǎng)12 h后就可以形成生物膜，約48 h形成成熟生物膜。Badave等[12]通過微孔板法對(duì)分離的75株鮑曼不動(dòng)桿菌進(jìn)行檢測(cè)，有62.5%的菌株形成生物膜，研究結(jié)果同Rodriguez[5]、Rao等[13]的63%和62%的生物膜形成率相近。近年來，隨著對(duì)鮑曼不動(dòng)桿菌研究的深入，亦發(fā)現(xiàn)鮑曼不動(dòng)桿菌有較強(qiáng)的生物膜形成能力。黃妙毅等[14]對(duì)臨床分離的160株鮑曼不動(dòng)桿菌進(jìn)行生物膜形成能力測(cè)定，發(fā)現(xiàn)93.13%的鮑曼不動(dòng)桿菌菌株能形成生物膜，有較強(qiáng)的生物膜形成能力。王政等[15]發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)臨床分離鮑曼不動(dòng)桿菌均具有較強(qiáng)的生物膜形成能力，且與耐藥性相關(guān)。

二、鮑曼不動(dòng)桿菌生物膜形成過程

鮑曼不動(dòng)桿菌生物膜的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)演變過程。Feng等[16]將帶有微流控通道的自動(dòng)流細(xì)胞系統(tǒng)連接到一個(gè)成像系統(tǒng)，完整地監(jiān)測(cè)到10株臨床分離鮑曼不動(dòng)桿菌的生物膜形成過程。整個(gè)過程包括四個(gè)階段，主要為細(xì)菌黏附階段、微菌落的形成、成熟期、播散期：①黏附階段：黏附是鮑曼不動(dòng)桿菌形成生物膜的首要條件。當(dāng)浮游菌接觸固體表面時(shí)克服細(xì)胞與表面的排斥力，可逆的黏附在物體表面。研究證實(shí)鮑曼不動(dòng)桿菌的黏附力極強(qiáng)，一旦接觸玻璃表面，大部分能夠不可逆的附著，且不易被外力清除；②微菌落的形成：在浮游狀態(tài)和生物膜形成過程中，鮑曼不動(dòng)桿菌是一快速生長的細(xì)胞。當(dāng)細(xì)菌細(xì)胞黏附后，迅速的開始復(fù)制子細(xì)胞，復(fù)制的細(xì)胞持續(xù)附著在固體表面，并且不斷復(fù)制和擴(kuò)大；另細(xì)菌分泌大量的胞外聚合物將細(xì)菌黏結(jié)，最終導(dǎo)致微菌落的形成；③成熟期：隨著微菌落的擴(kuò)大，生物膜逐漸增厚，并形成具有基座狀結(jié)構(gòu)、水通道、氣孔等的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可運(yùn)送營養(yǎng)成分、酶、代謝產(chǎn)物和排出廢物等。此種條件下，生物膜內(nèi)細(xì)菌同浮游菌相比，其生理、代謝及生長模式均發(fā)生了顯著差異；④播散期：成熟的生物膜可以釋放細(xì)菌到周圍環(huán)境中，返回到浮游狀態(tài)。通過感知細(xì)胞間信號(hào)分子如革蘭陰性菌的乙酰絲氨酸(acyl-homoserine lactones, AHL)和革蘭陽性菌的特殊肽鏈，細(xì)胞密度相關(guān)基因的表達(dá)水平可以控制生物膜的發(fā)展及細(xì)胞的釋放。

三、鮑曼不動(dòng)桿菌生物膜的致病耐藥機(jī)制

生物膜的形成，有助于鮑曼不動(dòng)桿菌在不利的生長條件和抗菌劑治療情況下生存[2]。細(xì)菌一旦形成生物膜，其對(duì)抗菌藥物的敏感性大大降低，細(xì)菌將很難被殺滅。目前研究的生物膜耐藥機(jī)制主要有以下幾方面：①生物膜的滲透屏障作用：抗生素要滅活包裹的細(xì)菌細(xì)胞，必須穿過生物膜，而胞外多糖作為限制抗生素進(jìn)入菌體的天然屏障，能夠有效阻止抗生素的進(jìn)入，降低膜內(nèi)抗生素的濃度，從而導(dǎo)致耐藥的發(fā)生。另有研究認(rèn)為，胞外多糖通過延緩抗生素穿透生物膜的時(shí)間，從而產(chǎn)生耐藥，且對(duì)不同細(xì)菌其影響程度不同；②膜內(nèi)部環(huán)境改變：由于生物膜內(nèi)氧氣及營養(yǎng)的缺乏，膜內(nèi)細(xì)胞比浮游細(xì)胞生長緩慢，導(dǎo)致其對(duì)抗生素的反應(yīng)減慢，這與抗藥性密切相關(guān)。Tresse等[17]發(fā)現(xiàn)大腸桿菌細(xì)胞隨著氧氣的減少，其對(duì)氨基糖苷類的耐藥性越高，這可能是由于缺氧情況下細(xì)胞對(duì)抗生素吸收減少所致。另外有研究指出，酸性代謝產(chǎn)物增多致PH下降，可直接影響抗生素的滲透性，導(dǎo)致耐藥性增高；③生物膜相關(guān)基因的表達(dá)：研究指出，CsuA/BABCDE介導(dǎo)的菌毛裝配系統(tǒng)、ompA、blaPER-1、abaI在菌毛的形成、黏附非生物表面以及隨后的生物膜形成中起重要作用。Wei等[18]研究發(fā)現(xiàn)分離的鮑曼不動(dòng)桿菌能形成生物膜的菌株均含有菌毛裝配系統(tǒng)的全部6個(gè)基因，而其他不能形成生物膜的菌株其菌毛合成系統(tǒng)中均有一個(gè)或數(shù)個(gè)基因缺失，表明鮑曼不動(dòng)桿菌生物膜形成與菌毛合成系統(tǒng)的全部6個(gè)基因的存在有密切關(guān)系。近年來新發(fā)現(xiàn)ST25、ST78基因在生物膜黏附及形成中也有表達(dá)；④細(xì)菌群感效應(yīng)(quorum sensing, Qs)：細(xì)菌之間始終保持彼此監(jiān)測(cè)及聯(lián)系，通過分泌自身誘導(dǎo)物、激素作為信號(hào)分子，感應(yīng)細(xì)胞密度和條件變化，為適應(yīng)環(huán)境改變進(jìn)行一系列的調(diào)節(jié)，這一過程被稱為細(xì)菌群感效應(yīng)。自身誘導(dǎo)物的作用是結(jié)合轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白，激活或調(diào)控機(jī)體內(nèi)基因的表達(dá)。大多數(shù)革蘭陰性菌通過群感效應(yīng)調(diào)控毒力因子的表達(dá)。Niu等[19]研究證實(shí)，鮑曼不動(dòng)桿菌產(chǎn)生乙酰絲氨酸(acyl-homoserine lactones, AHL)作為感應(yīng)信號(hào)分子，影響其生物膜的形成。

四、鮑曼不動(dòng)桿菌生物膜形成與耐藥性關(guān)系

統(tǒng)計(jì)分析表明，多重耐藥與鮑曼不動(dòng)桿菌生物膜形成之間有重要的相關(guān)性。在新近的一項(xiàng)研究中，Gopal等[20]通過結(jié)晶紫染色對(duì)生物膜進(jìn)行定量測(cè)定，發(fā)現(xiàn)所有的19株多藥耐藥鮑曼不動(dòng)桿菌同陰性對(duì)照菌有顯著差異。其多數(shù)能夠形成生物膜，表明生物膜與耐藥性之間有重要關(guān)系，這與Rao[13]、Azizi[21]等的研究結(jié)論相似。Badave等[12]研究發(fā)現(xiàn)，形成生物膜的菌株對(duì)氨芐西林-舒巴坦、阿米卡星、環(huán)丙沙星、頭孢他啶表現(xiàn)出較高的耐藥性，而對(duì)亞胺培南及哌拉西林的耐藥性較低。Nahar等[22]報(bào)道，形成生物膜的不動(dòng)桿菌對(duì)阿莫西林、頭孢曲松、頭孢他啶、頭孢呋辛及氨曲南幾乎100%耐藥；另外，在形成生物膜的不動(dòng)桿菌，特別是分離自ICU病人的菌株中，對(duì)慶大霉素、阿米卡星、奈替米星、環(huán)丙沙星及亞胺培南的耐藥性更高。相反，一項(xiàng)調(diào)查多重耐藥的鮑曼不動(dòng)桿菌(環(huán)丙沙星-亞胺培南-甲氧芐啶/磺胺甲惡唑)對(duì)各種致病因素的研究指出，24.6%的分離菌株形成生物膜，因此認(rèn)為生物膜形成與多重耐藥有協(xié)同關(guān)系。然而Espinal等[23]提出了不一樣的結(jié)論，認(rèn)為耐藥性與生物膜形成能力呈負(fù)相關(guān)。

國內(nèi)的研究情況也類似，多項(xiàng)研究均表示鮑曼不動(dòng)桿菌發(fā)生多重耐藥與生物膜的形成有密切關(guān)系。金曉謙[24]對(duì)從呼吸內(nèi)科分離的242株鮑曼不動(dòng)桿菌進(jìn)行生物膜能力測(cè)定以及耐藥性的比較，發(fā)現(xiàn)生物膜陽性菌株的耐藥性明顯高于生物膜陰性菌株。然而，劉原等[25]發(fā)現(xiàn)，不同的抗生素，其耐藥率與生物膜形成能力之間的關(guān)系不同，耐藥率普遍偏高的藥物(頭孢呋辛)及普遍偏低的藥物(如亞胺培南)，耐藥性與生物膜形成能力之間無相關(guān)性，對(duì)另外9種抗生素(左氧氟沙星、頭孢哌酮-舒巴坦、頭孢吡肟等)，生物膜形成陽性株的耐藥率低于陰性菌株。最近的一項(xiàng)關(guān)于鮑曼不動(dòng)桿菌生物膜形成與耐藥關(guān)系的研究也提出了相似的觀點(diǎn)。

導(dǎo)致此種差異的原因可能是由于某些抗生素具有穿透生物膜及限制細(xì)菌生長的能力。一項(xiàng)關(guān)于抗生素穿透生物膜的研究證實(shí)，哌拉西林和亞胺培南相較氨基糖苷類及喹諾酮類藥物有更強(qiáng)的生物膜穿透能力；另有觀點(diǎn)認(rèn)為，鮑曼不動(dòng)桿菌形成生物膜的能力可能與抗生素的選擇使用壓力有關(guān)，臨床使用頻次較多的抗生素耐藥率較高。也有學(xué)者認(rèn)為，生物膜的天然屏障作用阻止了抗生素的進(jìn)入，膜內(nèi)細(xì)菌面臨的選擇壓力小，導(dǎo)致其耐藥性較浮游菌低，反之亦然。鮑曼不動(dòng)桿菌耐藥機(jī)制復(fù)雜，其有可能在生物膜內(nèi)獲得多種藥物的抗藥性，導(dǎo)致耐藥率增高，但具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

鮑曼不動(dòng)桿菌較強(qiáng)的定植能力結(jié)合其多藥耐藥性，有助于菌體在醫(yī)院環(huán)境中的生存和進(jìn)一步傳播。因此，形成生物膜的鮑曼不動(dòng)桿菌不僅可以抵御抗生素的治療，也可以對(duì)抗外在壓力，如缺水、營養(yǎng)成分缺乏等情況。鮑曼不動(dòng)桿菌感染日趨嚴(yán)重，而生物膜作為鮑曼不動(dòng)桿菌耐藥的主要因素，如何防止生物膜的形成、及時(shí)清除已形成的生物膜，成為防治鮑曼不動(dòng)桿菌感染的重要手段。為了更好的控制鮑曼不動(dòng)桿菌引起的各部位感染，深入研究生物膜形成、耐藥機(jī)制及相關(guān)調(diào)控基因表達(dá)，也許將成為未來研究鮑曼不動(dòng)桿菌耐藥機(jī)制的熱點(diǎn)。

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(本文編輯：黃紅稷)

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10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.02.029

646000 瀘州，西南醫(yī)科大學(xué)1610083 成都，成都軍區(qū)總醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科2

李福祥， Email: lfx98@163.com

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2016-11-23)