霍氏鮑特菌感染的研究進(jìn)展

賈蘭馨，許婉怡，陳敬賢

1995年，美國疾病控制和預(yù)防中心首次對(duì)霍氏鮑特菌進(jìn)行了報(bào)道，為了表彰在未知細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)、鑒定和分類上作出諸多貢獻(xiàn)的微生物學(xué)家Barry Holmes，將種名定為holmesii，并將其歸入鮑特菌屬[1]。早先認(rèn)為，霍氏鮑特菌是引起免疫功能低下人群（尤其解剖性或功能性脾功能不全者）菌血癥或其他侵入性疾病的病原體[2-3]。但后來發(fā)現(xiàn)霍氏鮑特菌感染不限于特定人群，在健康人群中也能引起百日咳樣呼吸道癥狀，以及菌血癥、腦膜炎、心內(nèi)膜炎、心包炎、肺炎、關(guān)節(jié)炎等疾病[4-7]。臨床上采用PCR進(jìn)行百日咳診斷時(shí)，因霍氏鮑特菌基因組內(nèi)同樣存在針對(duì)百日咳桿菌的PCR目標(biāo)基因IS481，導(dǎo)致霍氏鮑特菌引發(fā)的呼吸道感染常被誤診為百日咳[3-4]。

近年來全球報(bào)道了越來越多的霍氏鮑特菌感染病例（大多數(shù)為散發(fā)），但是霍氏鮑特菌的流行病學(xué)尚不清楚。目前對(duì)霍氏鮑特菌感染的診斷易混淆，也沒有標(biāo)準(zhǔn)的治療方案，誤診可導(dǎo)致不適當(dāng)?shù)目咕委?，且有繼發(fā)侵襲性感染的風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。

1 微生物病原學(xué)

1.1 生物學(xué)特征 霍氏鮑特菌屬于產(chǎn)堿桿菌科鮑特菌屬，為小球狀或短棒狀的革蘭陰性桿菌，罕有較長或較寬的形態(tài)[2-4]（圖1）?；羰硝U特菌的生化特性不同于其他鮑特菌，它們不發(fā)酵糖類，氧化酶、尿素酶、硝酸鹽還原試驗(yàn)均為陰性，無動(dòng)力，在血瓊脂平板上無溶血作用，是惟一能在培養(yǎng)48 h后產(chǎn)生棕色可溶性色素的鮑特菌[1]。

圖1 霍氏鮑特菌革蘭染色圖片[3]Figure 1 Gram stain of Bordetella holmesii[3]

1.2 基因組特征 霍氏鮑特菌的基因組約為3.6 Mb，G+C含量為63%[8]?；羰硝U特菌與百日咳桿菌的16S rRNA基因序列相似度為99.5%。根據(jù)對(duì)管家基因（atpD,rpoB,tuf和rnpB）的分析，有研究者認(rèn)為霍氏鮑特菌可能通過橫向轉(zhuǎn)移的方式從百日咳桿菌基因組獲得16S rRNA基因[9]。兩者的基因組中都存在IS481基因序列，但是拷貝數(shù)不同，前者每個(gè)基因組中含＞200個(gè)拷貝，而后者約為10～50個(gè)拷貝[10-11]。霍氏鮑特菌基因組還包含了3～5個(gè)拷貝類似于IS1001的基因，命名為hIS1001。在基于微陣列的比較基因組雜交后，發(fā)現(xiàn)霍氏鮑特菌與百日咳桿菌在整體基因組上存在一定差異[9]。菌體脂肪酸譜和基因組分析也表明，霍氏鮑特菌與鳥類鮑特桿菌之間有更高的相似性[1，10，12]。因此，推測(cè)霍氏鮑特菌最初可能是一種鳥類病原菌，通過橫向轉(zhuǎn)移從百日咳桿菌或其他細(xì)菌獲得某些遺傳物質(zhì)從而能夠引起人類感染[8-9]。另外，來自人類呼吸道和血液的霍氏鮑特菌分離株可具有相同的脈沖場(chǎng)凝膠電泳圖譜[13]，提示同一菌株可導(dǎo)致兩種不同類型的感染，并排除了霍氏鮑特菌有特定譜系的可能[3，14]。

1.3 致病因素 與百日咳桿菌相比，霍氏鮑特菌在基因水平上缺少大多數(shù)毒力相關(guān)因子，如黏附素、菌毛蛋白、百日咳毒素和腺苷酸環(huán)化酶-溶血素毒素等[13，15-16]（表1）。但霍氏鮑特菌能產(chǎn)生一種與百日咳桿菌的絲狀血凝素（filamentous hemagglutinin,FHA）高度相關(guān)的蛋白，該蛋白為致病性鮑特菌定植所必需，其產(chǎn)生受到細(xì)菌毒力因子全局調(diào)節(jié)子雙組分系統(tǒng)的調(diào)控[17]。Harvill和Diavatopoulos等[8-9]發(fā)布了從血液、呼吸道或滑膜液中分離的9株霍氏鮑特菌的全基因組序列，并在3200個(gè)基因中發(fā)現(xiàn)約400個(gè)基因是其它鮑特菌中從未報(bào)道過的。這些基因?yàn)槿?株霍氏鮑特菌所共有，它們涉及菌體內(nèi)一些有機(jī)化合物和抗生素的轉(zhuǎn)運(yùn)或解毒。這9株菌中的每一株都有24～114個(gè)獨(dú)特的基因，其中1個(gè)基因是已知大腸桿菌基因組的一部分，提示霍氏鮑特菌有從其他細(xì)菌家族橫向轉(zhuǎn)移基因的可能性。

表1 百日咳桿菌與霍氏鮑特菌毒力因子比較[14]Table 1 Comparison of virulent factors between Bordetella pertussis and Bordetella holmesii[14]

霍氏鮑特菌具有革蘭陰性菌外膜上的重要成分——脂多糖（lipopolysaccharide,LPS），它可能是霍氏鮑特菌具有高侵襲性的重要原因，因?yàn)椴煌U特菌的LPS組成并不相同[18]。但是它們的核心多糖可以相同或相似。最近有研究發(fā)現(xiàn)，霍氏鮑特菌表面核心多糖的核磁共振波譜與百日咳桿菌的完全一樣，提示它們的組成相同[19]。這也能解釋這兩種細(xì)菌之間存在某種血清學(xué)交叉反應(yīng)的道理。

2 流行病學(xué)

霍氏鮑特菌的傳播方式尚不明確，可能主要通過呼吸道飛沫傳播[20]，但也可能存在其他傳播方式，如接觸污染的環(huán)境或輸入污染的血液制品[21]。目前認(rèn)為人類是霍氏鮑特菌的惟一宿主，尚未有霍氏鮑特菌感染動(dòng)物的報(bào)道。我國暫時(shí)還沒有針對(duì)霍氏鮑特菌感染率和患病率的調(diào)查。但在日本、澳大利亞、芬蘭、荷蘭和美國等開展的研究中，研究人員從有百日咳樣呼吸道癥狀的患者鼻咽部樣本中發(fā)現(xiàn)了一定程度的霍氏鮑特菌感染，但由于缺乏明確的病理診斷，所以還不能確定霍氏鮑特菌感染是引起百日咳樣呼吸道癥狀的原因[20，22-24]。

有證據(jù)表明霍氏鮑特菌和百日咳桿菌通常是共同循環(huán)的，在百日咳的幾次暴發(fā)中均分離出了霍氏鮑特菌菌株[5，25]。這在一定程度上提示，我國診斷為百日咳的患者中也可能存在霍氏鮑特菌感染或共感染的情況。最近Katfy等[26]對(duì)摩洛哥128例疑似百日咳桿菌感染的嬰兒及其140位家人進(jìn)行了鮑特菌屬感染的調(diào)查，結(jié)果顯示在他們提供的樣品中，有38.00%檢出百日咳桿菌，2.30%同時(shí)檢出百日咳桿菌和副百日咳桿菌，7.81%同時(shí)檢出霍氏鮑特菌和百日咳桿菌。此外，有5例嬰兒和他們的母親同時(shí)檢出霍氏鮑特菌。

3 臨床表現(xiàn)

3.1 呼吸道感染 霍氏鮑特菌呼吸道感染的臨床表現(xiàn)包括輕度發(fā)熱、陣發(fā)性咳嗽、吸氣性哮鳴和咳后嘔吐等。在一項(xiàng)比較21例霍氏鮑特菌呼吸道感染者和122例百日咳患者的研究中發(fā)現(xiàn)，霍氏鮑特菌呼吸道感染者僅表現(xiàn)出3種典型百日咳癥狀（陣發(fā)性痙攣性咳嗽、“雞鳴樣”吸氣和咳后嘔吐）中的一種或兩種，且臨床表現(xiàn)較輕[27]。但據(jù)Rodgers等[28]報(bào)道，48例霍氏鮑特菌呼吸道感染者的臨床癥狀與百日咳相似，但霍氏鮑特菌感染引起的咳嗽持續(xù)時(shí)間較短，在使用抗生素后80 d內(nèi)有近70%的患者不再咳嗽，而百日咳患者僅為30%。這些可能與霍氏鮑特菌不能產(chǎn)生大多數(shù)百日咳毒力相關(guān)因子有關(guān)。還有一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，9例感染霍氏鮑特菌的兒童（其中7例是不足6個(gè)月的嬰兒），出現(xiàn)輕微的呼吸系統(tǒng)癥狀，但無發(fā)紺或呼吸暫停現(xiàn)象；而感染百日咳桿菌的兒童中，34%出現(xiàn)了發(fā)紺，14%出現(xiàn)過呼吸暫停的現(xiàn)象[29]。目前還沒有因霍氏鮑特菌引起呼吸道感染后，出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥或死亡病例的報(bào)道。

最近比利時(shí)Vancraeynest等[30]報(bào)道了1例由霍氏鮑特菌菌血癥并發(fā)類肺炎性胸腔積液的84歲女性病例。病例患有慢性丙型肝炎，入院前2周開始有喉痛和耳疼，咳嗽伴粘稠黃痰。入院以后的血培養(yǎng)2 d以后報(bào)陽性，經(jīng)鑒定為霍氏鮑特菌。患者的痰液和胸水經(jīng)分子檢測(cè)（靶基因IS481和hIS1001）的Ct值分別為19.19和16.02。再經(jīng)確認(rèn)IS1002陰性和recA陽性，從而明確診斷為霍氏鮑特菌感染。

3.2 菌血癥 霍氏鮑特菌可在免疫功能低下的個(gè)體中引起菌血癥，尤其解剖性或功能性脾功能不全者[2-3]。臨床表現(xiàn)為輕度發(fā)熱，偶爾伴有頭痛、寒戰(zhàn)或嘔吐。常伴隨呼吸系統(tǒng)癥狀，提示可能是呼吸道感染繼發(fā)血液傳播。因抗生素能有效治療菌血癥，所以目前還沒有死亡病例，但嚴(yán)重的患者可能需要重癥監(jiān)護(hù)[31-32]。各年齡階段均可發(fā)生霍氏鮑特菌菌血癥，在Shepard等[31]的回顧性研究中，85%的患者年齡在40.0歲以下（中位年齡20.5歲）。而在加拿大的一項(xiàng)研究中，平均年齡為43.0歲[32]。在美國的一項(xiàng)研究中，中位年齡為17.1歲，年齡分布為2～77歲[5]。

3.3 其他侵襲性感染 霍氏鮑特菌的侵襲性感染可具有多種不同臨床表現(xiàn)，包括肺炎、心內(nèi)膜炎、心包炎、腦膜炎、關(guān)節(jié)炎和蜂窩織炎[33]。有研究發(fā)現(xiàn)在3例肺炎病例中2例合并胸腔積液，1例表現(xiàn)為急性縱隔炎、心包炎、凝血障礙和肺纖維化，隨后進(jìn)展為嚴(yán)重呼吸窘迫綜合征[34-36]。另有感染自身心臟瓣膜或人造瓣膜的心內(nèi)膜炎患者8例，他們的臨床癥狀多不相同，從亞急性心內(nèi)膜炎到感染性休克合并急性腎功能衰竭，患者通常須要瓣膜置換[1，3]。還有報(bào)道稱正常膝關(guān)節(jié)和人工置換膝關(guān)節(jié)均可感染[37-38]。

1例67歲法國男性患者，在1年內(nèi)先后4次從血液中分離培養(yǎng)出霍氏鮑特菌，4次的臨床診斷是3次蜂窩織炎和1次肺炎，即最后出現(xiàn)了霍氏鮑特菌的呼吸道轉(zhuǎn)移[36]。值得注意的是，2018年霍氏鮑特菌首次在血庫中的2份血小板制品中分離培養(yǎng)出來，追蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)該菌可以在血制品中存活但是并未在其中繁殖。因此數(shù)量很低，須要用高敏感度的方法檢測(cè)[39]。

4 實(shí)驗(yàn)室診斷

4.1 細(xì)菌培養(yǎng) 霍氏鮑特菌須要在規(guī)范采集鼻咽部標(biāo)本或體液（血液、胸腔積液、關(guān)節(jié)液）后快速送到實(shí)驗(yàn)室接種培養(yǎng)，出現(xiàn)菌落的平均時(shí)長是40 h（圖2），但敏感性僅為12%～60%[40]。在鮑特菌培養(yǎng)基中常用的頭孢氨芐會(huì)抑制霍氏鮑特菌的生長[41]，可以用甲氧西林或奧沙西林代替[42]。由于細(xì)菌培養(yǎng)耗時(shí)費(fèi)力，對(duì)采樣、標(biāo)本運(yùn)輸及培養(yǎng)都有一定要求，故臨床應(yīng)用不多。

圖2 生長在血瓊脂平板上的霍氏鮑特菌菌落[3]Figure 2 Colonies of Bordetella holmesii growing on a blood agar plate[3]

霍氏鮑特菌的藥物敏感（藥敏）試驗(yàn)有微量肉湯稀釋法、E試驗(yàn)、紙片法、瓊脂稀釋以及自動(dòng)藥敏系統(tǒng)。Fernandez-Pittol等[43]對(duì)2株霍氏鮑特菌進(jìn)行的藥敏試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 2株霍氏鮑特菌的藥敏試驗(yàn)結(jié)果[43]Table 2 Results of antimicrobial susceptibility test of 2 strains of Bordetella holmesii[43]

4.2 PCR 由于百日咳桿菌基因組中存在大量IS481拷貝，所以大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室采用IS481作為目標(biāo)基因通過PCR來診斷百日咳以提高敏感性[15]。但霍氏鮑特菌基因組中也存在少量IS481拷貝，影響了該方法的特異性[44]。一些實(shí)驗(yàn)室認(rèn)識(shí)到該方法存在假陽性結(jié)果，故采用霍氏鮑特菌的特異性靶點(diǎn)對(duì)IS481陽性標(biāo)本進(jìn)行第二次PCR檢測(cè)，還可以應(yīng)用IS481、hIS1001、recA或bhoE等多個(gè)靶點(diǎn)來鑒別兩者引起的呼吸道感染[24，40]，但目前還沒有獲得認(rèn)證的PCR診斷方法。不同實(shí)驗(yàn)室診斷百日咳的PCR方法不盡相同，檢測(cè)程序和檢測(cè)下限也不同。但用PCR診斷霍氏鮑特菌感染，比細(xì)菌培養(yǎng)具有敏感性高、特異性好、受抗生素治療影響小的優(yōu)點(diǎn)。

4.3 其他方法

4.3.1 環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增試驗(yàn) 針對(duì)靶基因的6個(gè)區(qū)域設(shè)計(jì)4條特異引物，利用一種鏈置換DNA聚合酶，在恒溫條件下保溫約60 min，即可完成核酸擴(kuò)增[45]。該方法是一種對(duì)多種病毒和細(xì)菌進(jìn)行快速檢測(cè)的新方法。Otsuka等[46]開發(fā)了第一個(gè)針對(duì)recA基因的環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增實(shí)驗(yàn)，成功地檢測(cè)出了霍氏鮑特菌，并將其與其他鮑特菌屬進(jìn)行了區(qū)分。該技術(shù)雖然沒有被廣泛使用，但具有潛在價(jià)值。

4.3.2 16S rDNA測(cè)序技術(shù) 16S rDNA測(cè)序技術(shù)是細(xì)菌鑒定中常用的分子分析方法[33]。但由于霍氏鮑特菌與百日咳桿菌的16S rDNA序列非常相似，因此還需要其他方法加以鑒定，如通過PCR分析霍氏鮑特菌的特異性基因等[9]。

4.3.3 質(zhì)譜測(cè)定法 基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜法（matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometer,MALDI-TOF MS）可分為兩部分?；|(zhì)輔助激光解吸電離離子源的原理是用激光照射樣本與基質(zhì)形成的共結(jié)晶薄膜，基質(zhì)從激光中吸取能量傳遞給樣本中的生物分子，并將質(zhì)子轉(zhuǎn)移到生物分子而使其發(fā)生電離。飛行時(shí)間質(zhì)量檢測(cè)器的原理是離子在電場(chǎng)的作用下加速通過管道，根據(jù)其到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間不同而予以區(qū)別，即待測(cè)離子的質(zhì)荷比與離子的飛行時(shí)間成正比。MALDI-TOF MS用于細(xì)菌鑒定主要基于：①不同微生物的指紋圖譜不同；②指紋圖譜中的某些峰（分子質(zhì)量）具有屬、種，甚至亞種特異性；③一種細(xì)菌在同一培養(yǎng)條件下生長，所得到的質(zhì)譜結(jié)果具有可重復(fù)性[47]。因此，該方法可以在細(xì)菌培養(yǎng)物或直接在臨床標(biāo)本中快速、準(zhǔn)確地鑒別出霍氏鮑特菌，從而避免繁瑣的細(xì)菌生化鑒定。目前這種檢測(cè)方法在霍氏鮑特菌鑒定中的應(yīng)用日漸增多。

5 治 療

目前還沒有針對(duì)霍氏鮑特菌引起的呼吸道或侵襲性感染的最佳治療方法。傳統(tǒng)用于百日咳的治療可能也適用于霍氏鮑特菌呼吸道感染，包括使用大環(huán)內(nèi)酯類藥物[42]、靜脈輸液或鼻飼喂養(yǎng)來維持水分和營養(yǎng)、輔助通氣等。Mir-Cros等[48]對(duì)2013—2016年間巴塞羅那經(jīng)IS-481PCR確診為百日咳的391例樣本做了進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)其中97.2%為百日咳桿菌陽性，4.1%為霍氏鮑特菌陽性?；羰硝U特菌陽性患者經(jīng)阿奇霉素治療后均痊愈。

對(duì)霍氏鮑特菌菌血癥或其他侵襲性感染，通常先進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性治療。大多數(shù)人認(rèn)為碳青霉烯類和氟喹諾酮類藥物，可能是最有效的抗霍氏鮑特菌藥物[31-32，49]。而常用于經(jīng)驗(yàn)性治療各種侵襲性感染的第三代頭孢菌素，不是對(duì)霍氏鮑特菌的首選抗生素[31]。

據(jù)西班牙的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道，1例置換了人工關(guān)節(jié)的62歲女性患者的關(guān)節(jié)滑膜液樣品經(jīng)血培養(yǎng)瓶培養(yǎng)，3 d以后顯示陽性。菌落經(jīng)MALTI-TOF質(zhì)譜鑒定為霍氏鮑特菌，并進(jìn)一步經(jīng)16S rRNA基因測(cè)序確認(rèn)?；颊呓?jīng)口服左氧氟沙星（500 mg/24 h）治療后痊愈[43]。

比利時(shí)的1例84歲女性患者經(jīng)克拉霉素治療2周以后，癥狀改善，血培養(yǎng)陰性，分子檢測(cè)的Ct值也提高為32.18～35.48，說明治療有效[30]。

6 結(jié) 語

雖然現(xiàn)在還沒有因霍氏鮑特菌感染而死亡的病例，但霍氏鮑特菌可以通過橫向轉(zhuǎn)移獲得其他細(xì)菌的遺傳物質(zhì)，所以它的致病性可能會(huì)不斷提高。我國目前針對(duì)霍氏鮑特菌的實(shí)驗(yàn)診斷很少，因此對(duì)它的感染認(rèn)識(shí)不足，有可能大大低估了它的感染率。由于百日咳疫苗不能對(duì)霍氏鮑特菌提供交叉保護(hù)，在控制百日咳暴發(fā)流行的基礎(chǔ)上，會(huì)一定程度上導(dǎo)致霍氏鮑特菌感染風(fēng)險(xiǎn)的增加。