產(chǎn)碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌克隆復(fù)合群258的分子流行特征

劉婧嫻， 阿旺窮吉， 劉 瑛

作者單位：1. 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院檢驗(yàn)科，上海 200092；2. 西藏阜康醫(yī)院婦產(chǎn)兒童分院檢驗(yàn)科。

肺炎克雷伯菌是臨床常見(jiàn)的條件致病菌之一，可引起血流感染、肺炎、尿路感染和中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染等。肺炎克雷伯菌遺傳背景豐富多樣，據(jù)巴斯德研究所統(tǒng)計(jì)，目前已檢出3 000余種序列型（sequence type，ST）。近年，耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌（carbapenem-resistantKlebsiella pneumoniae，CRKP）的廣泛播散已成為最棘手的全球性公共衛(wèi)生問(wèn)題之一，給人類健康帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅[1]。產(chǎn)碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌（carbapenemase-producingKlebsiella pneumoniae，CPKP）是最常見(jiàn)的CRKP之一。目前在世界范圍內(nèi)流行的CPKP臨床分離株以克隆復(fù)合群258（CC258）最為常見(jiàn)。本文旨在對(duì)CPKP的CC258流行特點(diǎn)作一綜 述。

BURST是Feil等[2]設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的用于計(jì)算親緣關(guān)系的一種算法，它可以通過(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算方法，構(gòu)建合理的細(xì)菌進(jìn)化模型，并推演出原始基因型（founding genotype），該基因型細(xì)菌在進(jìn)化過(guò)程中會(huì)衍生出很多非常相近的基因型，這些從一個(gè)原始基因型進(jìn)化而來(lái)、遺傳關(guān)系密切的基因型統(tǒng)稱為克隆復(fù)合群。采用BURST算法對(duì)肺炎克雷伯菌的多位點(diǎn)序列分型（MLST）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)CC258以ST258型為原始基因型，總共包含四十余種ST型。通過(guò)PubMed檢索，CC258中，CPKP檢出的ST型主要包括ST258、ST11、ST512、ST340、ST437和ST833等類型。

1 CPKP CC258流行特點(diǎn)

ST258型肺炎克雷伯菌是一個(gè)克隆雜交體，其80%基因組來(lái)自ST11型，其余20%來(lái)自ST442型肺炎克雷伯菌[3]。從2009年開(kāi)始，有關(guān)ST258型CPKP檢出或流行的報(bào)道逐漸增多。最初，ST258型CPKP在歐洲國(guó)家，如挪威、瑞典、波蘭零星檢出，隨后其流行范圍迅速擴(kuò)張，在北歐及地中海以北的國(guó)家陸續(xù)檢出，目前在美國(guó)、意大利、阿根廷、希臘、巴西、芬蘭、波蘭、德國(guó)等地均出現(xiàn)過(guò)暴發(fā)流行[4-7]。最新研究數(shù)據(jù)顯示，ST258型肺炎克雷伯菌持續(xù)在北歐、南美洲及北美洲等地占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，如希臘、意大利、美國(guó)、巴西、阿根廷等地流行甚廣，其次為芬蘭、土耳其、匈牙利等[8-10]。我國(guó)ST258型CPKP檢出相對(duì)較少，目前僅在江西省南昌市、香港地區(qū)、臺(tái)灣地區(qū)分離到少數(shù)ST258型CPKP臨床分離株[11-13]。

與ST258密切相關(guān)的序列型是ST11，該序列型與ST258相比只有一個(gè)管家基因（tonB）存在差異，同屬CC258，兩者親緣關(guān)系較近。最初，在匈牙利、韓國(guó)、捷克等國(guó)家曾出現(xiàn)過(guò)產(chǎn)超廣譜β內(nèi)酰胺酶（ESBL）或AmpC酶的ST11型肺炎克雷伯菌流行[14-16]。2011年，Qi等[17]對(duì)中國(guó)五個(gè)省市的CRKP菌株進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)我國(guó)流行的CPKP以ST11型為主。此后，有關(guān)該克隆株CPKP的報(bào)道迅速增加，但是不同國(guó)家和地區(qū)檢出的ST11克隆株所攜帶的碳青霉烯酶基因有所差異[18-19]。目前該克隆株在歐洲、亞洲、非洲、美洲均存在播散，其流行范圍幾乎遍布全球，中國(guó)是其流行“重災(zāi)區(qū)”，在沿海及中部地區(qū)省市流行較為廣泛，目前黑龍江、吉林、遼寧、北京、河北、河南、安徽、江蘇、上海、浙江、湖北、湖南、江西、四川、重慶、福建、廣東、廣西、云南、香港、臺(tái)灣等省市均報(bào)道有ST11型CPKP檢出[20-22]。

ST512與ST258克隆株相比，僅管家基因gapA存在差異。早在2006年，耶路撒冷地區(qū)曾檢出ST512型CPKP[23]。2013年開(kāi)始，該克隆株在意大利暴發(fā)流行的報(bào)道逐漸增多，其流行范圍也進(jìn)一步擴(kuò)張至意大利周邊國(guó)家如捷克、西班牙、德國(guó)等[24-27]。近年，在加拿大、澳大利亞、阿根廷、哥倫比亞、比利時(shí)、波蘭等國(guó)家以及中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)也相繼檢出該克隆株[28-33]。

在CC258中，ST340是一種新興的克隆類型。雖然ST340型 CPKP迄今為止尚未出現(xiàn)過(guò)大規(guī)模暴發(fā)流行，但是其與NDM基因在腸桿菌科細(xì)菌中的傳播可能存在密切聯(lián)系，因此也受到一定的關(guān)注。該克隆株的主要流行區(qū)域集中在亞洲地區(qū)，目前在泰國(guó)、印度、阿曼、韓國(guó)、中國(guó)、斯里蘭卡、也門(mén)等國(guó)家均有檢出，其中泰國(guó)流行情況較為嚴(yán)重[34-39]。此外，亦有個(gè)別歐美國(guó)家曾檢出過(guò)ST340型CPKP，如希臘、加拿大、巴西、秘魯、西班牙等[6，40-41]。Peirano等[40]報(bào)道，最初在加拿大發(fā)現(xiàn)的ST340型CPKP感染患者有印度旅行及就醫(yī)史，因此推測(cè)這些菌株可能來(lái)源于印度。

ST437型CPKP的流行范圍相對(duì)較為局限。Seki等[42]通過(guò)對(duì)2006－2009年巴西五個(gè)地區(qū)分離到的CRKP進(jìn)行調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)ST437型為主要流行株，之后的研究報(bào)道也顯示該克隆株主要在巴西流行播散。此外，該克隆株在希臘曾出現(xiàn)過(guò)短暫的流行，在阿曼、加拿大、塞爾維亞、西班牙、斯里蘭卡和中國(guó)也曾有零星檢出[43-45]。

目前，僅意大利、委內(nèi)瑞拉和以色列等國(guó)家有ST833型CPKP檢出的相關(guān)報(bào)道[46-47]。一項(xiàng)調(diào)查研究顯示，2014年4－7月委內(nèi)瑞拉某醫(yī)院共檢出19株CPKP，所有菌株均為ST833型[47]。隨后，在意大利里雅斯特醫(yī)院1例來(lái)自委內(nèi)瑞拉的兒童患者血培養(yǎng)標(biāo)本中檢出ST833型CPKP，提示該菌株可能來(lái)源于委內(nèi)瑞拉。但是，之后再無(wú)該克隆株暴發(fā)流行的相關(guān)報(bào)道。

2 CPKP CC258產(chǎn)碳青霉烯酶情況

促使CPKP型CC258在全球范圍內(nèi)迅速播散的內(nèi)在原因一直是研究者感興趣的問(wèn)題之一。Chmelnitsky等[48]發(fā)現(xiàn)CC258攜帶多種與細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)、分泌、DNA重組和修復(fù)有關(guān)的獨(dú)特基因，使該克隆株在進(jìn)化過(guò)程中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有廣泛傳播的能力。近年，也有學(xué)者提出，ST11型等廣泛流行的CPKP中存在干擾限制修飾（restriction and modi fication，RM）系統(tǒng)和毒素-抗毒素系統(tǒng)等，從而有助于耐藥質(zhì)粒的傳播[49-50]。而耐藥基因高效水平轉(zhuǎn)移是公認(rèn)的促進(jìn)CPKP克隆株廣泛播散的重要原因。綜合文獻(xiàn)報(bào)道發(fā)現(xiàn)，CPKP CC258對(duì)碳青霉烯類耐藥的機(jī)制以產(chǎn)碳青霉烯酶為主，不同ST型克隆株所攜帶的耐藥基因類型以及與水平轉(zhuǎn)移有關(guān)的轉(zhuǎn)座元件亦有所不同。

雖然ST258型CPKP流行范圍非常之廣，但是其所攜帶的碳青霉烯酶基因類型非常有限。2008年Hidalgo-Grass等[51]曾從1例耶路撒冷漢德森-希伯來(lái)大學(xué)醫(yī)學(xué)中心住院患者肛門(mén)拭子標(biāo)本中分離到攜帶KPC-9基因的ST258型CPKP，KPC-9基因位于Tn4401a轉(zhuǎn)座子上，其所在的質(zhì)粒與pKpQIL并無(wú)明顯差異。Castanheira等[52]曾從1例接受造血干細(xì)胞移植患者的腎造瘺口引流的尿液標(biāo)本中分離到1株同時(shí)攜帶KPC-2和VIM-4基因的ST258型CPKP。該菌株的KPC基因和VIM基因位于兩個(gè)完全不同的質(zhì)粒上，KPC基因被嵌入一個(gè)上游缺失99 bp序列的Tn4401a 轉(zhuǎn)座元件，位于一個(gè)大小約120 kb的IncA / C質(zhì)粒上，而VIM基因則位于一個(gè)大小約190 kb的IncFII質(zhì)粒上，其上游存在整合子IntI1。除此之外，目前分離到的ST258型CPKP絕大多數(shù)均攜帶KPC-2或KPC-3基因。Peirano等[53]對(duì)全球ST258型肺炎克雷伯菌的菌株進(jìn)行全基因組測(cè)序，發(fā)現(xiàn)該克隆株有2個(gè)不同的遺傳片段（I和II），該克隆株主要與攜帶blaKPC密切相關(guān)，其中ST258-I攜帶blaKPC-2，ST258-II攜帶blaKPC-3。綜合文獻(xiàn)報(bào)道，ST258型CPKP所攜帶的KPC基因多數(shù)位于Tn4401a轉(zhuǎn)座子上，其次為T(mén)n4401以及Tn4401b。

ST11型CPKP所攜帶的碳青霉烯酶基因種類多種多樣，包括A類、B類以及D類等十余種碳青霉烯酶基因（見(jiàn)表1），其中以KPC-2最為常見(jiàn)，OXA-48和NDM-1次之。此外，同一株ST11型CPKP同時(shí)攜帶多種碳青霉烯酶基因的情況也不少見(jiàn)[54-55]。該類型菌株所攜帶的KPC-2基因也絕大部分位于Tn4401a轉(zhuǎn)座子上。韓國(guó)、巴西等地檢出的ST11型CPKP，其KPC-2基因周?chē)h(huán)境相對(duì)較多樣化，部分KPC-2基因也存在于Tn4401b或Tn4401c上[56-57]。中國(guó)檢出的ST11型CPKP絕大多數(shù)均攜帶KPC-2，但是KPC-2基因的周?chē)h(huán)境多數(shù)以Tn1721為基礎(chǔ)[58]。ST11型CPKP中的NDM-1基因多位于IncF質(zhì)粒上，其播散可能與插入序列ISAba125有關(guān)[59]。該類型菌株所攜帶的OXA-48基因則多數(shù)位于IncL/M質(zhì)粒上，OXA-48基因的周?chē)h(huán)境則多以Tn1999為基礎(chǔ)。突尼斯曾分離到1株攜帶OXA-204的ST11型肺炎克雷伯菌，該菌的OXA-204基因位于一個(gè)類似Tn 2016的轉(zhuǎn)座子上。攜帶VIM基因的ST11型CPKP多分布在歐洲國(guó)家，如西班牙、捷克、匈牙利等[60]。而攜帶IMP基因的ST11型CPKP則多在中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)檢出[61]。

表1 CC258 CPKP所攜帶的碳青霉烯酶基因類型及其分布情況

根據(jù)目前報(bào)道，絕大多數(shù)ST512型CPKP攜帶KPC-3基因，KPC-3基因多位于FIIk質(zhì)粒上，基因周?chē)h(huán)境也以Tn4401a為主。目前僅在意大利及哥倫比亞地區(qū)檢出過(guò)少量攜帶KPC-2基因的ST512型CPKP。意大利熱那亞加列拉醫(yī)院的一項(xiàng)調(diào)查研究顯示，該醫(yī)院最主要的CPKP流行株為ST512型，其中98%菌株攜帶KPC-3基因，僅2%攜帶KPC-2基因[62]。Ocampo等[31]對(duì)2012年6月－2014年6月哥倫比亞5所醫(yī)院分離到的CRKP進(jìn)行研究，僅發(fā)現(xiàn)1株攜帶KPC-2基因的ST512型菌株。

ST340型CPKP的流行規(guī)模不大，但是該菌株所攜帶的碳青霉烯酶基因卻非常豐富。目前從該克隆株檢測(cè)到的基因類型包括KPC-2、NDM-1、NDM-5、IMP-14a、IMP-26、VIM-1、OXA-181等，其中以NDM-1最為多見(jiàn)，其次為KPC-2（見(jiàn)表1）。韓國(guó)、也門(mén)、加拿大、俄羅斯、斯里蘭卡等地均曾分離到產(chǎn)NDM-1酶的ST340型CPKP，而希臘、巴西、中國(guó)、秘魯?shù)鹊胤蛛x的ST340型CPKP則以攜帶KPC-2基因?yàn)橹鳌ｋm然ST340型CRKP在泰國(guó)檢出率較高，但菌株的耐藥機(jī)制多為產(chǎn)ESBL或AmpC酶合并外膜蛋白表達(dá)異常，僅少數(shù)菌株產(chǎn)IMP-14a酶[39]。目前IMP-26陽(yáng)性的ST340型CPKP僅在澳大利亞檢出，NDM-5陽(yáng)性的菌株則僅在西班牙有報(bào)道[63-64]。

目前從ST437型CPKP中檢出的碳青霉烯酶基因包括KPC-2、NDM-1、NDM-7、OXA-48和OXA-245等。巴西、中國(guó)、以色列、希臘檢出的該類型菌株均產(chǎn)KPC-2酶，KPC-2基因多位于Tn4401 b轉(zhuǎn)座子上。也門(mén)和加拿大等地曾檢出產(chǎn)NDM-1酶菌株，西班牙曾出現(xiàn)過(guò)產(chǎn)NDM-7酶菌株的小規(guī)模流行。Oteo等[65]發(fā)現(xiàn)1株分離自西班牙馬拉加地區(qū)的ST437型CPKP攜帶OXA-245基因。Novovi?等[43]在塞爾維亞分離到1株耐多黏菌素且產(chǎn)OXA-48酶的ST437型CPKP。Zhu等[45]最近在斯里蘭卡一所教學(xué)醫(yī)院分離到2株攜帶OXA-181基因的ST437型CPKP。

委內(nèi)瑞拉所檢出的ST833型CPKP均同時(shí)攜帶KPC-2和VIM-2基因，其中KPC-2基因位于Tn4401b轉(zhuǎn)座子上[47]。意大利和以色列分離到的ST833型CPKP均僅攜帶KPC-2基因，前者的KPC基因位于ColE1質(zhì)粒上，后者則位于100 kb左右含F(xiàn)IIk和FIBk復(fù)制子的質(zhì)粒上[46]。

3 總結(jié)

CPKP在全球范圍內(nèi)廣泛流行歸因于CC258的成功傳播，尤其是ST258型和ST11型菌株。ST258克隆株的遺傳背景相對(duì)較為保守，在流行過(guò)程中進(jìn)化相對(duì)較為緩慢。而ST11型克隆株則像一個(gè)耐藥基因的儲(chǔ)存庫(kù)，在流行范圍不斷擴(kuò)張的同時(shí)，其攜帶的耐藥基因種類也呈現(xiàn)明顯的多樣化特點(diǎn)，值得注意的是，我國(guó)流行的CPKP絕大多數(shù)為該克隆類型，因此，臨床檢出此類菌株時(shí)，應(yīng)引起足夠重視，加強(qiáng)醫(yī)院感染控制措施和監(jiān)測(cè)工作。雖然，目前ST512、ST340以及ST437等類型尚未引起大規(guī)模的暴發(fā)流行，但是其檢出范圍有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)，也應(yīng)引起足夠重視。