高毒力肺炎克雷伯菌的毒力因子和耐藥機制研究進展 ①

李 政

(桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院檢驗科，廣西 桂林 541001)

1986年中國臺灣首次報道了高毒力肺炎克雷伯菌(Hypervirulent Klebsiella Pneumonia，hvKP)感染導致的肝膿腫合并感染性眼內(nèi)炎病例，雖然積極應(yīng)用大量抗生素治療，但最終仍導致大部分患者失明[1]。與傳統(tǒng)肺炎克雷伯菌(classic Klebsiella Pneumonia，cKP)相比，hvKP菌落在瓊脂培養(yǎng)基上表現(xiàn)出高黏液特性，常導致健康宿主非傳統(tǒng)部位嚴重轉(zhuǎn)移性感染，如肝臟和肝外部位的膿腫、重癥肺炎、腦膜炎、眼炎和壞死性筋膜炎等[2]。與cKP感染患者相比，hvKP更常見于社區(qū)獲得性感染中，尤其是那些沒有潛在疾病的患者[3]。作為能夠在健康個體中引起嚴重播散性感染的病原體，hvKP的感染已成為目前臨床關(guān)注的熱點。筆者從hvKP的相關(guān)毒力基因和耐藥兩個方面對hvKP的分子特征、耐藥現(xiàn)狀以及相關(guān)機制進行綜述，為臨床早期診斷和治療hvKP感染提供理論依據(jù)。

1 hvKP主要的毒力因子

1.1 莢膜多糖

莢膜多糖是肺炎克雷伯菌最重要的毒力因子，可使細菌呈現(xiàn)黏液性狀表型，高黏度的產(chǎn)生原因是莢膜多糖(Capsular polysaccharides， CPS)的過度分泌[4]。臨床上常用拉絲試驗初步鑒定hvKP[5]。根據(jù)莢膜多糖(K抗原)分型，可將肺炎克雷伯菌分為78個K血清型，其中，K1和K2莢膜血清型與hvKP密切相關(guān)[6-7]。雖然，目前臨床分離出的hvKP大多數(shù)具有高黏度表型，但近年來，也有一些具有高黏度表型而聚合酶鏈反應(yīng)(polymerase chain reaction， PCR)卻檢測不到毒力因子表達的肺炎克雷伯菌株被分離出來[8]。同時，也發(fā)現(xiàn)部分菌株不表達高黏液表型，但是卻在健康人群中引起侵襲性感染[9]。因此，拉絲試驗陽性的肺炎克雷伯菌不一定就是hvKP，而hvKP并非一定表現(xiàn)出黏液性狀表型。

參與調(diào)控hvKP胞外莢膜多糖合成的主要莢膜轉(zhuǎn)錄激活因子是rmpA及rmpA2，而rmpA2基因有80%的序列與rmpA基因的3′-端DNA序列一致[10]，由于兩者具有極高的相似性而被認為同源[11]。但也有少數(shù)hvKP菌株攜帶rmpA基因，無高黏液表型[12]。magA(muco-viscosity-associatedgeneA)位于染色體上，也與莢膜的形成相關(guān)，為K1血清型所特有[13]。

1.2 脂多糖

脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)是細菌細胞壁的主要成分，是由脂質(zhì)和多糖構(gòu)成的物質(zhì)(糖脂質(zhì))，包括3個結(jié)構(gòu)域：脂質(zhì)A、核心多糖和O抗原。O抗原能保護細菌免受血清補體系統(tǒng)介導的殺菌作用，但與避免中性粒細胞的吞噬作用無關(guān)[14]。目前已發(fā)現(xiàn)9種O抗原類型，分別為O1、O2a、O2ac、O3、O4、O5、O8、O9及O12[15]。其中，O1抗原是分離自肝膿腫患者的肺炎克雷伯菌中最常見的抗原類型。

1.3 鐵載體

鐵攝取系統(tǒng)也是目前研究較多的hvKP毒力因子。目前，報道與毒力密切相關(guān)的鐵載體包括腸桿菌素(enterobactin)、沙門菌素(salmochelin)、耶爾森菌素(yersiniabactin，Ybt)和氣桿菌素(aerobactin，Aer)等[16]，它們是微生物分泌的低分子量、高親和力鐵螯合化合物，能高度親和可溶性三價鐵離子，是肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumonia，KP)能夠在低鐵濃度條件存活的重要代謝物。同時，也能吸附并溶解宿主轉(zhuǎn)鐵蛋白中的鐵，促進自身生長繁殖并實現(xiàn)毒力作用。hvKP比cKP菌株在數(shù)量上能產(chǎn)生更多的類鐵蛋白，這些類鐵蛋白在生物學上更加活躍，即對鐵的親和力增強或?qū)λ拗饕蜃拥牡挚沽υ鰪奫17]。

Ybt屬于混合型鐵載體蛋白，編碼基因位于高毒力基因島(high-pathogenicity island，HPI)的fyuA基因，編碼產(chǎn)物為fyuA蛋白，即Fe3+-Ybt受體，介導Ybt攜帶的鐵離子進入菌體[15]。當鐵缺乏時，fyuA蛋白產(chǎn)量增加，不僅能夠促進更多Fe3+進入菌體，利于細菌的繁殖，還可以促進細菌生物被膜的形成，增強細菌毒力[18]。研究[16]表明，與cKP相比，編碼Ybt及其受體的基因簇普遍分布于hvKP，特別在肝膿腫患者的hvKP中，HPI相關(guān)基因的表達明顯增加。

Aer是一種氧肟酸鹽與羧酸鹽混合型鐵載體蛋白，可以競爭組織和血液中的Fe3+，其表達不受溫度調(diào)節(jié)。Aer受體由基因簇iucABCD-iutA編碼，常與rmpA共同位于毒力質(zhì)粒pLVPK[19]。Hsieh等[16]研究發(fā)現(xiàn)，肝膿腫患者的hvKP菌株，iucABCD-iutA的表達明顯增加。有研究[20]發(fā)現(xiàn)肺炎克雷伯菌自身并不產(chǎn)生Aer，但可表達Aer的受體，奪取其他菌分泌的Aer，從而為自身獲得游離鐵。Aer使肺炎克雷伯菌的毒力增強100倍，既是hvKP最重要的鐵載體，也是其重要的毒力因子。目前，盡管hvKP中Aer含量增加的機制仍不清楚，但當鐵缺乏時，Aer是hvKP鐵載體總含量增加的主要原因[21]。

沙門菌素是一種鄰苯二酚鹽型鐵載體蛋白，具有較高的鐵親和力。在hvKP感染機體的過程中，沙門菌素可以發(fā)揮其抗氧化作用，催化羥基自由基的生成，增強菌株的毒力，從而加重對宿主組織的損傷[22]。沙門菌素由基因簇iro BCDN編碼合成，沙門菌素和氣桿菌素的合成基因簇位于同一質(zhì)粒上，水平轉(zhuǎn)移性獲得此毒力質(zhì)粒的hvKP表達高黏液性表型，從而引起機體嚴重的轉(zhuǎn)移性感染[23]。

2 hvKP的耐藥性

2.1 碳青霉烯耐藥

目前，關(guān)于hvKP耐藥的報道中，與碳青霉烯類耐藥相關(guān)的占多數(shù)，產(chǎn)肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(Klebsiella Pneumoniae Carbapenemase， KPC)是碳青霉烯類耐藥的主要機制，而肺炎克雷伯菌也是KPC基因最常見的載體[24]。Yao等[25]通過耐碳青霉烯類高毒力肺炎克雷伯菌(carbapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae， cr-hvKP)和耐碳青霉烯類經(jīng)典肺炎克雷伯菌(carbapenem-resistant classic klebiella pneumonia， cr-cKP)進行分析發(fā)現(xiàn)，cr-hvKP共屬于3種序列型(ST25、ST65、ST11)，絕大多數(shù)cr-hvKP均檢測到KPC-2基因，且與cr-cKP相比，pLVPK相關(guān)基因位點、rmpA、iroN和K2血清型在cr-hvKP中表達更為普遍。此外，Turton等[26]也檢測到了KPC基因陽性的高毒性K1-ST23分離株；ST11是中國最常見的cr-cKP基因序列型，如在2016年浙江大學附屬第二醫(yī)院5名接受外科手術(shù)的患者，在入住重癥監(jiān)護室期間先后因感染ST11型產(chǎn)KPC-2的hvKP最終因?qū)Χ喾N抗生素無效死于重癥肺炎，多器官衰竭和膿毒血癥休克，并將該菌命名為ST11 cr-hvKP，是一種新型的真正的“超級細菌”[27]，提示cKP和hvKP菌株之間質(zhì)粒介導的耐藥基因水平傳播的可能性。在浙江發(fā)現(xiàn)通過手術(shù)傷口感染的5株K1 hvKPs，其中包括新的序列型ST1797，并且，所有菌株都攜帶magA和wcaG毒力基因，以及質(zhì)粒攜帶的blaKPC-2基因[28]，類似全國范圍內(nèi)報告的同樣攜帶blaKPC-2基因并表現(xiàn)高毒力的新序列型還有ST36[29]。近期Mohammad等[30]也首次在伊朗醫(yī)院ICU機械通氣患者的氣管標本中發(fā)現(xiàn)cr-hvKP分離株，經(jīng)鑒定為K1-ST23序列類型，攜帶有blaVIM-2基因，位于I型整合子上，提示在hvKP中攜帶blaVIM-2偶聯(lián)質(zhì)?？赡苁怯赏ㄟ^水平基因轉(zhuǎn)移獲得，并在菌株之間擴增。此外，英國一家醫(yī)院也首次檢測到K1-ST23 hvKP，屬于CC23，分離株可見blaNDM基因陽性[31]。

2.2 β-內(nèi)酰胺類耐藥

超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(Extended-Spectrum β-Lactamases， ESBL)是目前已知細菌對β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物產(chǎn)生耐藥的主要機制。目前，關(guān)于hvKP針對β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥的報道相對較少，且主要圍繞產(chǎn)ESBL的 hvKP展開，有報道[32]稱ESBL在cKPs中的陽性率明顯要高于hvKP。一項針對中國hvKPs抗菌藥物的耐藥性研究顯示，有12.6%的hvKP分離株ESBL陽性，其中大部分攜帶blaCTX-M基因，且中性粒細胞減少癥患者、系統(tǒng)性類固醇治療史以及聯(lián)合治療更容易感染產(chǎn)ESBL hvKP[33]。

綜上所述，高毒力肺炎克雷伯菌的感染通常表現(xiàn)為病情進展迅速、感染灶多發(fā)、預后差等特點，對臨床診斷和治療的要求較高。對于hvKP主要毒力因子的研究意義在于，一方面了解其致病機制；另一方面，在診斷過程中不僅局限于病原學診斷，對于毒力因子的分子診斷或許能幫助臨床醫(yī)師盡快了解是否為高毒力菌株，從而調(diào)整治療方案。hvKP的耐藥性問題日益突出，尤其是耐碳青霉烯類菌株的出現(xiàn)，增加了治療難度，給臨床帶來更大挑戰(zhàn)。雖然，目前尚未出現(xiàn)大范圍的hvKP耐藥菌株流行，但如果不及時加以預防和控制，耐藥hvKP將不可避免成為下一個“超級細菌”?？傊?，hvKP耐藥菌株的出現(xiàn)具有警示意義，尤其是我國作為hvKP高發(fā)地區(qū)，在實施嚴格的防控措施的同時，全面認識hvKP可為臨床診斷和早期治療hvKP感染提供更加可靠的依據(jù)。