高毒力肺炎克雷伯菌的毒力機制研究進展

吳翰欣，丁家偉，高淩，溫艷萍，李夢仙，邰文琳

昆明醫(yī)科大學 第二附屬醫(yī)院 檢驗科/云南省分子診斷研究中心，云南 昆明 650101

肺炎克雷伯菌是一種容易引起社區(qū)及院內(nèi)感染的革蘭陰性桿菌，根據(jù)其黏性可分為經(jīng)典肺炎克雷伯菌（classicKlebsiella pneumoniae，cKP）及高黏性肺炎克雷伯菌（hypervirulentK.pneumoniae，HvKP）。1986年我國臺灣學者首先發(fā)現(xiàn)了一種HvKP[1]，之后越來越多的地區(qū)相繼報道發(fā)現(xiàn)該菌。研究發(fā)現(xiàn)[2]HvKP主要引起細菌性肝膿腫，多發(fā)生于健康人群。2012年Siu[3]等報道認為HvKP所致肝膿腫是一種新的侵襲性感染性疾病，會引起轉(zhuǎn)移性感染、如菌血癥、腦膜炎、眼內(nèi)炎及壞死性筋膜炎等，嚴重者可危及生命。HvKP在多家醫(yī)院的分離率為30%～50%，并且有逐年增高的趨勢[4]。在此，我們對HvKP的毒力因素以及該菌引起的細菌性肝膿腫做簡要闡述。

1 HvKP的毒力因素

1.1 HvKP的血清型

莢膜作為某些細菌在細胞壁外包圍的一層黏液性物質(zhì)，一般由糖和多肽組成，是細菌的一種特殊結(jié)構(gòu)。莢膜結(jié)構(gòu)決定了細菌的黏附、抗血清殺菌、抗吞噬和遠處定植的特性[5]。HvKP包括莢膜多糖（K抗原）和脂多糖（O抗原）。根據(jù)莢膜多糖的不同，可將HvKP分成82個莢膜型，其中K1、K2和K5型與人和動物體的嚴重感染疾病有密切關系[6]。尤其是K1及K2型HvKP具有很強的毒力，更易引起社區(qū)獲得性肝膿腫并發(fā)生侵襲性轉(zhuǎn)移，近年來流行趨勢日益嚴重。Liu等[7]對北京朝陽醫(yī)院2008～2012年檢測出的HvKP進行PCR及多位點基因分析，發(fā)現(xiàn)HvKP莢膜分型中常見的是K1、K2、K20和 K57，并且HvKP陽性患者更易發(fā)生社區(qū)獲得性感染，且多集中于K1及K2型。K1及K2型莢膜最初被認為是HvKP的主要毒力因子，也被定義為HvKP最初的主要特征。但是，并非所有的HvKP引起的社區(qū)獲得性肝膿腫都是K1及K2型，在非社區(qū)性獲得性肝膿腫的小鼠模型中也檢測出K1、K2型，并且表現(xiàn)出較低的毒性[8]。Tan等[9]對129例分離出的HvKP的標本進行PCR測定，發(fā)現(xiàn)超過一半和肝膿腫有關的血清型不是K1及K2型。所以，HvKP的毒力強弱并非僅僅是K1、K2莢膜血清型分型導致的，可能與其毒力基因有關。

1.2 HvKP相關毒力基因

黏液表型調(diào)節(jié)基因A（regulatory mucoid phe?notype gene A，rmpA）能調(diào)控莢膜合成，是調(diào)控形成黏液性菌落的胞外多糖合成過程的重要調(diào)控因子。Hsu等[10]研究的K1型NTUH-K2044種群含有3種rmpA基因，即位于染色體的基因c-rmpA以及位于質(zhì)粒的基因p-rmpA和p-rmpA2。該研究發(fā)現(xiàn)只有p-rmpA能夠增強莢膜多糖合成基因的表達和莢膜的產(chǎn)生；還發(fā)現(xiàn)在小鼠腹膜炎模型中使用致死劑量以及活體競爭指數(shù)，都顯示rmpA并沒有增加其毒力，但可以導致人類肝膿腫。由此可以看出rmpA是導致人類肝膿腫的主要原因，而并不能導致其毒力的增加。此外，有研究表明超過40%的非肝膿腫的菌株也會攜帶rmpA基因[11]，表明rmpA并不是單獨發(fā)揮其作用，而是與其他因子共同影響HvKP在形成肝膿腫時的毒力作用。這些因子包括TerW（亞碲酸鹽抗性因子）、IutA（需氧菌素-鐵離子復合體受體）和SilS（銀抗性因子）等。這些因子的編碼基因在質(zhì)粒pLVPK上同時存在，共同發(fā)揮作用。pLVPK是肺炎克雷伯菌CG43攜帶的惟一質(zhì)粒，是肺炎支原體毒力和攜帶菌株感染的決定因素，pLVPK衍生的terW-rmpA-iutA-silS位點可能使患者易于形成膿腫[11]。因此，該質(zhì)粒的產(chǎn)生可能是HvKP毒力增強的重要原因之一。

黏液相關基因A（mucoviscosity-associated gene A，magA）是由Fang在肝膿腫患者體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的[12]，在其研究中發(fā)現(xiàn)90%以上肝膿腫患者的菌株magA均為陽性。攜帶magA基因的菌株具有黏性的胞外多糖網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以抵抗白細胞吞噬作用和血清補體系統(tǒng)殺菌作用，進而形成侵襲性感染。Yu等[13]的PCR結(jié)果顯示，高黏表型、rmpA和magA基因的重評估值分別為38%（151株分離株中含58個株）、48個（151株分離株中含72個株）和17個（151株分離株中含26株）。在這58株高黏菌株中，52株含有rmpA，僅17株含有magA。所以，magA基因并非高黏特征的獨立因素，可能會和其他基因共同發(fā)揮作用[14]。

2 HvKP的鐵載體

鐵作為生命活動中重要的微量元素，在細胞合成、細菌生長等過程中起重要作用。Fe3+是鐵常見的一種形式，但是其溶解性較低，難以直接利用，因而大多數(shù)微生物可以通過分泌鐵載體來吸收宿主體內(nèi)的鐵，從而滿足細菌對鐵的需求。肺炎克雷伯菌不僅通過鐵載體吸收宿主體內(nèi)的鐵來滿足新陳代謝，而且會通過鐵載體吸收的鐵來增強毒力從而增加機體的感染。HvKP合成鐵載體后，在細胞表面形成一種鐵受體蛋白，可以識別鐵-鐵載體，將其運輸?shù)郊毎麅?nèi)[15]，從而完成其生命活動以及對宿主細胞的感染等過程。

氣桿菌素、耶爾森菌素、腸桿菌素及沙門菌素是鐵載體的4種類型，在經(jīng)典肺炎克雷伯菌中已被證實存在，但HvKP在腹水培養(yǎng)基及缺鐵培養(yǎng)基中會產(chǎn)生更多的鐵載體[8]；表達耶爾森菌素的高毒力島，表達氣桿菌素iucABCD-iutA等往往位于同一種質(zhì)粒的基因簇上，并且在高黏性肺炎克雷伯菌中更加常見[16]。

有研究顯示，HvKP產(chǎn)生的鐵載體中的氣桿菌素是增強HvKP毒力的主要物質(zhì)，Russo等通過使野生型HvKP（HvKP1）基因位點突變，制造出HvKP1ΔiucA（氣桿菌素缺失）、HvKP1ΔiroB（沙門菌素缺失）、HvKP1ΔentB（腸肝菌素及沙門菌素缺失）、HvKP1Δirp2（耶 爾 森 菌 素 缺 失）、HvKP1ΔentBΔirp2（腸桿菌素、沙門菌素及耶爾森菌素缺失），與HvKP1分別培養(yǎng)于人腹水培養(yǎng)液、人血清、尿液中進行體外培養(yǎng)，同時注射全身感染的小鼠進行體內(nèi)培養(yǎng)。結(jié)果顯示，無論是在體內(nèi)及體外培養(yǎng)不能單獨合成沙門菌素、耶爾森菌素、腸桿菌素組，或三者都不能合成組，都不能使HvKP的毒力減低，而不能合成氣桿菌素組的毒力會顯著下降[17]。這就證明氣桿菌素是HvKP毒力增加的主要毒力因子。腸桿菌素、沙門菌素及耶爾森菌素都具有較強的鐵親和力，主要與血漿中的轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合，促進細菌生長及毒力增強。

3 HvKP引起的肝膿腫

HvKP所致肝膿腫是一種新的侵襲性感染性疾病，多感染既往健康的青壯年，并且在大多數(shù)醫(yī)院都呈逐年增強的趨勢。HvKP表面的莢膜會抵抗中性粒細胞的識別及吞噬[18]，這就解釋了HvKP易引起健康人群感染以及老年人是高危人群的原因。

Lin等研究發(fā)現(xiàn)[19]，沒有得到有效控制的2型糖尿病患者（糖化血紅蛋白HbA1c＞8.5%），其體內(nèi)的白細胞在吞噬K1及K2型HvKP上存在缺陷。這說明引起肝膿腫的K1及K2型HvKP會刺激核轉(zhuǎn)錄因子κB（NF-κB）引起中性粒細胞凋亡，導致肝膿腫的形成。

引起肝膿腫的HvKP感染的最可能途徑是腸道感染及血流感染[20]。曹敬榮等[21]收集了北京宣武醫(yī)院的510份糞便標本，肺炎克雷伯菌的總分離率為20.98%，其中高黏液表型菌24株，非高黏液表型菌83株。6種血清型和6種毒力基因均有檢出，以 K1、K2、K54、K57血清型為主（48.6%）。糞便分離的肺炎克雷伯菌與肝膿腫分離的肺炎克雷伯菌攜帶相同的毒力基因，并且有相同的半數(shù)致死量。這些存在于腸道中的肺炎克雷伯菌可能通過腸系膜靜脈引起遠處轉(zhuǎn)移形成肝膿腫。另一條感染途徑是血流感染，Lin等[22]認為，HvKP在血液中會抑制中性粒細胞對其的吞噬，抵抗中性粒細胞的吞噬及殺傷功能，HvKP可以在肝臟停留并引起感染導致肝膿腫形成。

4 結(jié)語

HvKP作為一種容易引起健康人群發(fā)生社區(qū)獲得性感染的細菌，更易發(fā)生轉(zhuǎn)移性感染，造成極高的死亡率。雖然當前研究發(fā)現(xiàn)HvKP耐藥沒有cKP嚴重，但一旦發(fā)生耐藥后果將是毀滅性的，所以亟待對HvKP的感染機制進行研究。HvKP毒力增強主要依靠編碼莢膜血清型的基因以及鐵載體，但這些機制大多處于研究當中，例如莢膜K1及K2型產(chǎn)生的毒力強，但有的毒力增強的卻不是K1及K2型，可能與某些基因的表達有關；鐵載體會使HvKP的毒力增強，但HvKP的鐵載體的產(chǎn)生及發(fā)生機制還不明了；氣桿菌素是使HvKP毒力增加的惟一因素等，這些問題均亟待研究。對HvKP毒力增強機制的研究，目的是了解HvKP發(fā)生及感染的主要影響因素，針對性地對其進行控制和治療，進而減少由HvKP導致的社區(qū)獲得性感染的發(fā)生率，降低死亡率。

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