肺炎克雷伯菌研究進(jìn)展

孟風(fēng)杰，康誼，曾艷麗

(鄭州大學(xué)人民醫(yī)院/河南省人民醫(yī)院，河南 鄭州 450000)

肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae，KP)是正常人類微生物群的組成部分，但在免疫功能低下、患有惡性腫瘤和合并基礎(chǔ)病的人群中可成為致病菌引起機(jī)會性感染，是致使醫(yī)院內(nèi)感染和社區(qū)內(nèi)感染的常見病原菌之一，可引起呼吸、泌尿等多系統(tǒng)的感染。目前，碳青霉烯類、β-內(nèi)酰胺類、喹諾酮類及氨基糖苷類等藥物是治療肺炎克雷伯菌感染的常用抗生素，但近年來高毒力肺炎克雷伯菌(hypervirulent Klebsiella pneumoniae，hvKP)的出現(xiàn)使KP的感染范圍擴(kuò)大到健康人，大大增加了治療的難度。本文就KP的流行病學(xué)、分類及病原學(xué)特點(diǎn)、感染類型及特點(diǎn)、致病機(jī)制、耐藥機(jī)制進(jìn)行論述。

1 肺炎克雷伯菌流行病學(xué)

克雷伯氏菌屬是革蘭陰性桿菌，屬于腸桿菌科，可分為3個(gè)亞種：肺炎克雷伯氏菌(又稱肺炎桿菌)、臭鼻克雷伯氏桿菌、鼻硬結(jié)克雷伯氏菌。1882年 Friedlander從大葉性肺炎患者痰液中首次分離出肺炎克雷伯氏菌，當(dāng)時(shí)命名為 Friedlander桿菌，在1886年更名為KP[1]。KP有較厚莢膜，大多都有菌毛，無芽孢和鞭毛，不運(yùn)動，廣泛存在于土壤、地表水等自然環(huán)境中，更易定植在胃腸道和口咽部等人體黏膜表面以及人體其他部位。KP是人體正常微生物群的一部分，正常人群的帶菌率為5%，但住院患者的帶菌率可達(dá)到20%[2]。在一些亞洲國家，如馬來西亞、新加坡、中國、日本、泰國和越南的健康成人糞便中，KP定植率分別為 87.7%、61.1%、75.0%、18.8%、52.9%、41.3%[3]。美國一項(xiàng)研究表明，242名健康志愿者中3.8%志愿者的糞便樣本和9.5%志愿者的鼻腔樣本中都檢測出KP[4]。韓國的一項(xiàng)研究表明，在1 174名健康人中21.1%的糞便樣本中也檢測到KP[5]。在印度尼西亞，發(fā)現(xiàn)KP定植在15%的成年人鼻咽部(38/253)[6]。

2 肺炎克雷伯菌分類及病原學(xué)特點(diǎn)

2.1 經(jīng)典肺炎克雷伯菌(classic Klebsiella pneumoniae, cKP)KP廣泛存在于自然界，其感染率僅次于大腸桿菌成為第二大條件致病菌，在醫(yī)院內(nèi)感染的病原菌中，KP的臨床檢出率可達(dá)到6.69%[7]，而cKP是院內(nèi)獲得性感染的常見致病菌，常定植于口腔、皮膚、消化道黏膜和醫(yī)療設(shè)備的表面，在患有糖尿病和惡性腫瘤的免疫功能低下的人群中，可引起重癥肺炎、泌尿系感染、呼吸道感染等。

2.2 高毒力肺炎克雷伯菌自20世紀(jì)90年代起，hvKP越來越受重視，參照Li等[8]的文獻(xiàn)，將經(jīng)過拉絲實(shí)驗(yàn)檢測為陽性的KP菌株定義為hvKP。我國的一項(xiàng)研究表明，230株KP中37.8%是hvKP，并且不同的城市患病率也不同，武漢最高為73.9%，浙江最低為8.3%[9]。hvKP是引起社區(qū)獲得性感染的常見病原體，病死率可達(dá)3%～32%[10]。該類菌株多屬于高黏力型，高黏度是hvKP能在無侵入性治療史的健康宿主中造成侵襲性感染的主要原因[11]。在韓國，從菌血癥患者中分離出的KP菌株中42.2%具有高黏度表型[12]。與cKP相比，hvKP較易引起社區(qū)性感染，常見于健康的年輕個(gè)體，且較易引起侵襲性感染，如肝膿腫、眼內(nèi)炎、腦膿腫、筋膜感染等。

3 肺炎克雷伯菌感染類型及特點(diǎn)

3.1 肺炎克雷伯菌肺炎肺炎克雷伯菌肺炎分為社區(qū)獲得性肺炎克雷伯菌肺炎(community-acquired kleibsiella pneumoniae，KP-CAP)和醫(yī)院獲得性肺炎克雷伯菌肺炎(hospital-acquired kleibsiella pneumoniae，KP-HAP)。KP在引起醫(yī)院獲得性肺炎的致病菌中占11.8%[13]。另有研究報(bào)道顯示，在中國臺灣，由KP引起的醫(yī)院獲得性肺炎占6.2%[14]，在中國大陸，由KP引起的醫(yī)院獲得性肺炎發(fā)病率達(dá)到5.8%[15]。KP引起的社區(qū)獲得性肺炎往往發(fā)病迅速，具有較高的病死率(10%～60%)，典型的臨床表現(xiàn)為“磚紅色膠凍樣痰”[16]。在北美、歐洲和澳大利亞，KP僅占社區(qū)獲得性肺炎致病菌的3%～5%，而在亞洲和非洲，KP僅次于肺炎鏈球菌肺炎，占15%[17]。KP除引起肺炎外，還可以引起膿胸，在中國臺灣，社區(qū)獲得性膿胸的常見病原體是hvKp，死亡率高達(dá)32.4%[18]。KP也可引起胸腔積液，KP-CAP出現(xiàn)胸腔積液的概率為7.5%～53%[19]。

3.2 肺炎克雷伯菌肝膿腫細(xì)菌性肝膿腫是化膿性細(xì)菌入侵肝臟引起的肝內(nèi)化膿性感染，往往合并有肝膽道和結(jié)腸疾病史。近年來有研究發(fā)現(xiàn)，KP已經(jīng)取代大腸埃希菌成為細(xì)菌性肝膿腫的主要致病菌，其中3.0%～7.8%的肝膿腫患者能夠經(jīng)過血源途徑播散到肺、眼、腦、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和筋膜等處形成侵襲性綜合征，發(fā)病率和死亡率高達(dá)4%～8%[20]。有報(bào)告顯示，引起化膿性肝膿腫的病原體90.9%是hvKP[21]。KP肝膿腫多見于老年男性，有文獻(xiàn)報(bào)道，在亞洲以外的地區(qū)患病者中男性高達(dá)88%[22]。該疾病往往合并有糖尿病，且較易出現(xiàn)眼內(nèi)炎、腦膿腫、筋膜炎等侵襲性感染，發(fā)病率為10%～45%[23]，其原因可能是糖尿病導(dǎo)致患者繼發(fā)性的免疫功能低下甚至缺陷，以及長期高血糖狀態(tài)導(dǎo)致的高糖毒性抑制白細(xì)胞的趨化、黏附和吞噬能力，為細(xì)菌提供了有利的生長繁殖環(huán)境[24]。但近年來，在東亞和東南亞新近出現(xiàn)一種hvKP引起的社區(qū)相關(guān)性肝膿腫(community-acquired pyogenic liver abscess, CA-PLA)，該病的特征是隱源性肝膿腫的形成，無肝膽道和結(jié)腸疾病史，且通過血液播散到其他部位，包括肺、眼睛和中樞系統(tǒng)等，該疾病死亡率較低(≤10%)[25]。

3.3 肺炎克雷伯菌尿路感染泌尿系感染又稱尿路感染(urinary tract infection，UTI)， 是由病原微生物引起的泌尿系統(tǒng)各個(gè)部位感染的總稱。UTI的病原菌通常為腸道正常菌群的移行異位引起的感染，故多為腸桿菌科細(xì)菌，一般認(rèn)為引起UTI的KP由胃腸道中的KP播散而來。KP引起的UTI占醫(yī)院內(nèi)尿路感染的2%～6%，占社區(qū)獲得性尿路感染的4.3%～7.0%[16]。

3.4 肺炎克雷伯菌菌血癥肺炎克雷伯菌肺炎和肺炎克雷伯菌尿路感染發(fā)展嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致KP播散入血液引起菌血癥，在革蘭陰性桿菌中KP僅次于大腸桿菌成為醫(yī)院內(nèi)和社區(qū)性菌血癥的第二大致病菌，死亡率高達(dá)27.4%～37.0%[16]。肺炎克雷伯菌菌血癥與許多因素有關(guān)，如重癥監(jiān)護(hù)病房住院時(shí)間長，患者年齡大于65歲，患有惡性腫瘤以及機(jī)械通氣等。

4 肺炎克雷伯菌致病機(jī)制

4.1 莢膜多糖(capsular polysaccharide，CPS)CPS是一種覆蓋在細(xì)胞表面的酸性脂多糖。cKP的莢膜和hvKP的莢膜都是由被稱為K抗原的特異性莢膜多糖組成，如K1、K2-K78[26]。在前面提到的韓國研究中，在糞便攜帶KP的21.1%的健康成年人中，K1血清型占23%，K1血清型的攜帶率在25歲以上的成年人中為5.6%，而在16～25歲的人群中為0(P=0.007)，與居住在其他國家的人群分離株相比，K1在居住在韓國的朝鮮族人中的分離株中攜帶率更高(5.6%比24.1%)[5]。這些研究表明，在KP的流行病學(xué)差異中，環(huán)境起著重要的作用。hvKP常見的莢膜類型是 K1、K2、K5、K20、K54、K57，其中K1和K2約占hvKP分離株的70%[27]，而K57型KP是我國除K1、K2型以外又一具有高毒力、高黏液表型以及高致病性的KP[28]。在我國，包括化膿性肝膿腫在內(nèi)的各種類型的侵襲性感染相關(guān)的高黏度KP臨床分離株中，42.9%為 K2血清型，23.8%為K1血清型[29]。我國的另一項(xiàng)研究表明，68.75%的高黏度KP分離株具有K2血清型[30]。莢膜主要是通過免疫細(xì)胞抑制吞噬作用，防止早期免疫反應(yīng)的激活，抵抗抗菌肽和補(bǔ)體的消除溶解，抑制樹突細(xì)胞的成熟使細(xì)菌免于人體的免疫反應(yīng)。

4.2 脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)LPS也稱為內(nèi)毒素，是革蘭陰性菌細(xì)胞壁重要的組成部分。LPS具有抗吞噬、抗血清殺菌(即補(bǔ)體系統(tǒng))、引發(fā)宿主產(chǎn)生敗血性休克的免疫反應(yīng)的作用，可作用于體內(nèi)的巨噬細(xì)胞等，使之產(chǎn)生白細(xì)胞介素-1、白細(xì)胞介素-6和腫瘤壞死因子-α等細(xì)胞因子，引起發(fā)熱反應(yīng)，誘導(dǎo)中性細(xì)胞釋放因子刺激骨髓釋放其中的中性粒細(xì)胞進(jìn)入血流引發(fā)白細(xì)胞反應(yīng)。LPS通常由O抗原、細(xì)胞膜外的疏水脂質(zhì)A、核心多糖3部分組成，各部分具有不同的作用[31]。O抗原有補(bǔ)體殺傷作用，在肺炎克雷伯菌株中有9種不同的O抗原，最常見的是O1。核心多糖的減少使KP的定植能力大大減小，且有助于KP抵抗肺泡巨噬細(xì)胞的吞噬作用。脂質(zhì)A為LPS主要的毒性成分，有助于KP抵抗宿主天然免疫，尤其是抵抗抗菌肽的作用，也有助于KP抵抗肺泡巨噬細(xì)胞的吞噬作用。

4.3 菌毛黏附素是KP定植的重要因素，分為菌毛和非菌毛型。目前發(fā)現(xiàn)的主要有1型菌毛、3型菌毛、Kpc菌毛、KPF-28菌毛、ECP和CF29K等，1型菌毛和3型菌毛是主要的黏附結(jié)構(gòu)。1型菌毛是細(xì)菌表面的細(xì)線樣突起，為甘露糖敏感型，可介導(dǎo)細(xì)菌與宿主細(xì)胞中含甘露糖的受體結(jié)合，在肺炎克雷伯菌尿道感染時(shí)有助于KP侵入膀胱細(xì)胞，并形成生物膜，但其在腸道和肺部環(huán)境中受到限制，對KP的腸道和肺部定植無明顯作用。3型菌毛為螺旋狀，為甘露糖抵抗型，與肺部感染相關(guān)。3型菌毛由mrkABCD簇編碼：亞單位蛋白MrkA主要與非生物表面(如醫(yī)療設(shè)備)結(jié)合；黏附因子MrkD位于頂尖端，主要與細(xì)胞外基質(zhì)(如受損的組織表面)結(jié)合；MrkB、C、E與菌毛表達(dá)的組裝和調(diào)節(jié)有關(guān)；MrkE與菌毛表面的穩(wěn)定性有關(guān)。

4.4 鐵載體系統(tǒng)鐵是細(xì)菌生長所必需的，KP和許多其他細(xì)菌性病原體一樣，必須從宿主獲取鐵以便在感染期間生存和繁殖。目前推斷KP有12個(gè)鐵攝取系統(tǒng)，分為4大類：Fe2+轉(zhuǎn)運(yùn)體FeO、ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體、血紅素載體系統(tǒng)和鐵載體系統(tǒng)，研究較多的為鐵載體系統(tǒng)。KP主要有4種鐵載體[16]：腸桿菌素(enterobactin)在cKP和hvKP中均表達(dá)，被認(rèn)為是KP主要的鐵載體；沙門菌素(salmochelin)與化膿性肝膿腫密切相關(guān)，在cKP存在率為2%～4%，而在hvKP中達(dá)90%以上；耶爾森桿菌(yersiniabactin)最初是在革蘭陰性細(xì)菌耶爾森菌中發(fā)現(xiàn)的，cKP中耶爾森菌素的存在率<18%，而在hvKP中達(dá)90%；氣桿菌素(aerobactin)往往與高毒力莢膜有關(guān)，cKP中氣桿菌素的存在率約為6%，而在hvKP中達(dá)93%～100%。臺灣的一項(xiàng)研究還表明，在K1和 K2分離株中，aerobactin 的流行率為100%，在非 K1/K2 分離株中為86%。

4.5 其他毒力因子除了研究較為明確的CPS、LPS、菌毛和鐵載體系統(tǒng)之外，還有一些尚未被徹底研究的毒力因子，如外膜蛋白、孔蛋白和尿囊素代謝等。KP常見的外膜蛋白包括外膜蛋白A(outer membrane protein A，OmpA)、肽聚糖相關(guān)脂蛋白(peptidoglycan-associated lipoprotein，PLA)和胞壁質(zhì)脂蛋白(braun,s lipoprotein，Lpp)。有研究發(fā)現(xiàn)，PAL和Lpp合成基因缺失會降低細(xì)菌的適應(yīng)性[31]。包括KP在內(nèi)的許多腸道細(xì)菌可產(chǎn)生尿素酶，尿素酶除可降解尿素為氮和二氧化碳，為細(xì)菌生長提供氮，還可催化尿素水解，增減局部環(huán)境的pH值。研究認(rèn)為，尿素酶與尿路感染密切相關(guān)，尿素水解使局部pH值升高，無機(jī)鹽沉淀，導(dǎo)致感染性結(jié)石形成，但其致病機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

5 肺炎克雷伯菌耐藥機(jī)制

5.1 β-內(nèi)酰胺酶β-內(nèi)酰胺酶分為染色體介導(dǎo)酶和耐藥質(zhì)粒介導(dǎo)酶，以其水解對象可分為青霉素酶、頭孢菌素酶、廣譜酶和超廣譜酶。超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(extended spectrum β-lactamases，ESBLs)的產(chǎn)生是肺炎克雷伯菌β-內(nèi)酰胺酶中最重要的機(jī)制，ESBLs是由革蘭陰性桿菌產(chǎn)生的，質(zhì)粒介導(dǎo)的，可以水解頭孢菌素類、單酰胺類以及青霉素類的抗生素。盡管抗生素的耐藥性和cKP密切相關(guān)，但有許多報(bào)道表明，hvKP也攜帶超廣譜β-內(nèi)酰胺酶和碳青霉烯酶。最近在我國進(jìn)行的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，cKP菌株中的ESBLs 攜帶率為56%，而hvKP菌株的ESBLs攜帶率為17%[8]。這與我國的另外一項(xiàng)研究高度一致，該研究發(fā)現(xiàn)cKP菌株中的ESBLs攜帶率為42%，而hvKP菌株的ESBLs 攜帶率為12.6%[9]。根據(jù)2015年CHINET細(xì)菌耐藥性監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，KP在革蘭陰性桿菌中排名第二，占臨床分離革蘭陰性桿菌菌株的19.8%，產(chǎn)ESBLs的肺炎克雷伯分離菌株比例由2007年的16.35%上升到2015的27.4%[32]，說明KP的耐藥率越來越高。頭孢菌素酶(AmpC)是革蘭陰性桿菌產(chǎn)生的又一類重要的β-內(nèi)酰胺酶，不僅由染色體介導(dǎo)還可以由質(zhì)粒介導(dǎo)，耐質(zhì)粒介導(dǎo)的AmpC酶的革蘭陰性桿菌對第一至三代頭孢菌素、頭霉素、氨曲南等耐藥，而且不受β-內(nèi)酰胺酶抑制劑的抑制[33]。

5.2 碳青霉烯酶KP對碳青霉烯類抗生素耐藥率逐年上升。2017年CHINET細(xì)菌耐藥性監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，肺炎克雷伯菌對亞胺培南和美羅培南的耐藥率分別從2005年的3.0% 和2.9%上升至2017年的20.9%和24.0%[34]。碳青霉烯酶是碳青霉烯類抗生素的主要耐藥機(jī)制，碳青霉烯酶是指能夠明顯水解亞胺培南或美羅培南的一類β內(nèi)酰胺酶，KP常見的有Ambler分類法中的A、C、D類酶。A類酶最為重要的是肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(Klebsiella pneumoniae carbapenemase，KPC)，世界上第一株產(chǎn)碳青霉烯酶的KP于1996年在美國北卡羅來納州被發(fā)現(xiàn)，并將此種酶命名為KPC[35]。我國的第一個(gè)KPC陽性的肺炎克雷伯菌分離株于2004年在浙江省一名75歲的ICU患者中發(fā)現(xiàn)[36]，KPC-2是我國最常見的碳青霉烯酶，并且以KP作為最主要的宿主。B類的金屬酶有新德里(NDM-1)、次黃嘌呤核苷酸酶(IMP)、波形蛋白酶(VIM)。D類的有苯唑西林酶(OXA)，現(xiàn)如今已發(fā)現(xiàn)有200多種苯唑西林酶，而KP中最常見的是OXA-48。

5.3 孔蛋白KP的細(xì)胞外膜脂多層中的孔道是由微孔蛋白組成的，它是一種非特導(dǎo)性的、能跨越細(xì)胞膜的水溶性通道，抗生素可通過微孔蛋白進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)發(fā)揮殺菌作用，一旦外膜孔蛋白缺失或減少就會引起細(xì)胞膜的通透率下降，導(dǎo)致進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的抗菌藥物的減少，導(dǎo)致細(xì)菌的耐藥。與KP耐藥性有關(guān)的孔蛋白主要是OMPK36和OMPK35[37]，在耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌株中，OMPK35或OMPK36表達(dá)的恢復(fù)顯著降低了細(xì)菌的耐藥性。

5.4 細(xì)菌生物膜細(xì)菌生物膜是細(xì)菌在生長過程中為適應(yīng)生存環(huán)境而在固體表面生長的一種與游走態(tài)細(xì)胞相對應(yīng)的存在形式，指附著于有生命或無生命物體表面的細(xì)菌群體，是細(xì)菌的一種保護(hù)模式。細(xì)菌生物膜由許多細(xì)菌吸附在機(jī)體腔道黏膜表面形成，表面被多聚糖基質(zhì)包被，內(nèi)部包含眾多輸送養(yǎng)料的管道，細(xì)菌生物膜的形成在抗菌藥物的耐藥性的產(chǎn)生、逃避宿主免疫防御系統(tǒng)以及持續(xù)性感染中都起到非常重要的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，以生物膜的形式存在的細(xì)菌在自然界中占99%，65%的人類細(xì)菌感染與生物膜形成有關(guān)[33]。

5.5 主動外排系統(tǒng)主動外排系統(tǒng)能主動將進(jìn)入細(xì)菌體內(nèi)的抗菌藥物泵出體外，由于這種系統(tǒng)是非專一性的，轉(zhuǎn)運(yùn)底物大多非常廣泛，而且同一株細(xì)菌可存在多種主動外排系統(tǒng)，因此可導(dǎo)致細(xì)菌產(chǎn)生對各種結(jié)構(gòu)完全不同的抗菌藥物的耐藥即多重耐藥。有研究表明，AcrAB-TolC是細(xì)菌的主要外排系統(tǒng)，且在KP中廣泛存在，是KP產(chǎn)生多重耐藥的重要原因[38]。

5.6 其他耐藥機(jī)制目前研究較多的且清楚的有產(chǎn)β-內(nèi)酰胺酶、碳青霉烯酶、外膜蛋白的缺失、生物膜的形成、外排泵等耐藥機(jī)制。除此之外，還有一些研究尚不明確的耐藥機(jī)制，黏菌素的使用已作為多耐藥KP最后的治療方案之一，然而越來越多的耐黏菌素被報(bào)道，在巴西耐藥率高達(dá)27%[39]，但有關(guān)耐藥機(jī)制尚不明確。整合子作為一種可移動的基因元件，不僅可利用位點(diǎn)特異性重組系統(tǒng)在細(xì)菌之間傳播，且具有捕獲耐藥基因盒的功能，最常見的整合子類型是Ⅰ類整合子，包含了大部分的耐藥基因，但其耐藥機(jī)制也有待進(jìn)一步研究[40]。

6 總結(jié)

KP是機(jī)會性致病菌，在患惡性腫瘤、糖尿病等機(jī)體免疫功能低下的人群中通過CPS、LPS、菌毛、鐵攝取系統(tǒng)等多種毒力因子引起人體呼吸道、消化道、泌尿系統(tǒng)等多部位的感染。目前，治療肺炎克雷伯菌感染的常用藥物有碳青霉烯類(亞胺培南，美羅培南)、β-內(nèi)酰胺類、喹諾酮類及氨基糖苷類，但近年來隨著多耐藥菌(multidrug-resistant，MDR)，甚或泛耐藥菌(extensively drug-resistant， XDR)的出現(xiàn)，耐藥率也逐漸升高。此外，近年來hvKP發(fā)病率和死亡率呈持續(xù)上升趨勢，給臨床治療也帶來了極大的挑戰(zhàn)。hvKP雖然對抗生素的耐藥性低，但致病性強(qiáng)，多引起健康的青年人發(fā)病，但關(guān)于高毒力與低耐藥性的作用機(jī)制目前尚不清楚。能夠發(fā)現(xiàn)耐藥性和致病機(jī)制之間的關(guān)聯(lián)，既能有效地對KP引起的各種部位的感染進(jìn)行治療，尤其是多耐藥菌和泛耐藥菌，也能有效地改善抗生素的濫用情況，減少耐藥菌株的產(chǎn)生。