紋帶棒桿菌流行病學(xué)特征及耐藥機(jī)制研究*

賈 婷 綜述,王俊瑞審校

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010050;2.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院檢驗科，內(nèi)蒙古呼和浩特 010050

紋帶棒桿菌是一種革蘭陽性棒狀桿菌，常被認(rèn)為是人體皮膚、黏膜的正常菌群之一。但近年國內(nèi)外關(guān)于紋帶棒桿菌引起各種類型感染的報道明顯增加，且多數(shù)臨床分離菌株呈多重耐藥特征，給臨床合理診斷和治療帶來了挑戰(zhàn)。本文旨在對紋帶棒桿菌臨床分離菌株的耐藥性及耐藥機(jī)制、分子流行病學(xué)特征及易感人群特征等進(jìn)行綜述，更客觀地了解紋帶棒桿菌分離的臨床意義，為合理使用抗菌藥物治療紋帶棒桿菌感染提供數(shù)據(jù)支持。

1 流行病學(xué)

1.1棒桿菌屬分類 棒桿菌屬細(xì)菌的基本生物學(xué)特征為需氧革蘭陽性桿菌，菌體形狀不規(guī)則，可排列成單體、成對或呈柵欄形，只有部分菌種呈典型棒狀，該菌屬內(nèi)菌種觸酶試驗多呈陽性，無動力，不水解七葉苷，不發(fā)酵木糖、麥芽糖和乳糖。目前已報道的棒桿菌屬有100多種，其中約一半被證實可引起人類感染，如白喉棒桿菌、假白喉棒桿菌、潰瘍棒桿菌、假結(jié)核棒桿菌、杰氏棒桿菌、解脲棒桿菌和紋帶棒桿菌等。除致病性較強(qiáng)的白喉棒桿菌外，其余多為條件致病菌，其中重要的機(jī)會致病菌甚至多重耐藥紋帶棒桿菌可從各種臨床標(biāo)本中分離[1]。

1.2紋帶棒桿菌感染的易感因素 近年來，不斷有人類紋帶棒桿菌感染和/或醫(yī)院內(nèi)暴發(fā)性流行的報道出現(xiàn)，感染人群常具有明顯的易感特征：高齡、惡性腫瘤、廣譜抗菌藥物暴露、接受侵入性手術(shù)治療、長期住院、接受器官移植、瓣膜移植和導(dǎo)管插管等手術(shù)患者均是紋帶棒桿菌的易感人群[1]。自2000年以來，紋帶棒桿菌的暴發(fā)與醫(yī)院內(nèi)感染密切相關(guān)，其中與呼吸道感染的聯(lián)系最為緊密。2009年，里約熱內(nèi)盧大都會區(qū)醫(yī)院的一次暴發(fā)被證實是由棒桿菌引起的，BAIO等[2]報道證實，從患者氣管插管的抽吸物中分離培養(yǎng)出了紋帶棒桿菌。YANG等[3]研究指出，紋帶棒桿菌應(yīng)被視為肺部感染的潛在病原菌，誘發(fā)其肺部感染的危險因素包括肺部結(jié)構(gòu)受損(如慢性阻塞性肺疾病、胸部輻射、重度吸煙史等)、免疫缺陷(如病毒感染、自身免疫抑制、腫瘤放療、器官移植等)、氣道保護(hù)(如氣管插管、喉部手術(shù))、環(huán)境因素(如接觸感染的動物)等。

機(jī)體免疫狀態(tài)、抗菌藥物暴露、住院時長和基礎(chǔ)疾病等宿主因素與紋帶棒桿菌感染存在明顯相關(guān)性，重癥監(jiān)護(hù)室等危重患者聚集的科室是紋帶棒桿菌感染的高發(fā)科室[1]。陳萬貞等[4]研究證實，同一時期和同一病房的患者攜帶同源性紋帶棒桿菌的概率較高，患者之間存在交叉?zhèn)鞑サ那闆r。對具有紋帶棒桿菌易感因素的住院患者或人群，應(yīng)制訂更為嚴(yán)格和有針對性的預(yù)防和控制策略，以進(jìn)一步降低該類人群紋帶棒桿菌感染的風(fēng)險及嚴(yán)重后果。

1.3病原學(xué)特征 WANG等[5]研究顯示，國內(nèi)紋帶棒桿菌分離菌株所有譜系均起源于1980年左右，之后分化為不同的群體，其中Ⅳ型譜系所含菌株數(shù)量最多，是我國紋帶棒桿菌的流行性譜系。Ⅳa、Ⅳk和Ⅳi型優(yōu)勢譜系主要在北京地區(qū)流行，河北地區(qū)的流行譜系是Ⅳd亞系，而廣東地區(qū)的優(yōu)勢譜系是Ⅳa亞系，所有譜系最近的共同祖先起源于1980年左右，然后分化成Ⅳ型譜系和Ⅰ～Ⅲ型譜系2個群體。在過去的7年中，譜系的多樣性集中發(fā)展并進(jìn)化出不同的亞系，而這種突變率以每年每個基因組3.5個單核苷酸多態(tài)性(SNP)的速度持續(xù)增長。通過全基因組測序技術(shù)對分離菌株進(jìn)行篩選和分析，不同醫(yī)院分離菌株存在差異≤20個SNP分離菌株，這表明近年來存在醫(yī)院間傳播的可能，這些SNP差異較小的分離菌株大多來自Ⅳb型和Ⅳd型譜系，并且傳播大多數(shù)發(fā)生在神經(jīng)外科、重癥監(jiān)護(hù)室和呼吸科。紋帶棒桿菌通過獲得和積累抗性基因，能夠快速適應(yīng)外界環(huán)境并引起廣泛的感染事件[6]。

2 耐藥性及耐藥機(jī)制

2.1耐藥表型特征 不同國家和地區(qū)研究結(jié)果顯示，紋帶棒桿菌臨床菌株對多種抗菌藥物呈現(xiàn)不同程度的耐藥。我國學(xué)者王雪冰等[7]關(guān)于廣東、河北、北京3個地區(qū)的分離菌株及陳萬貞等[4]對河南地區(qū)菌株的分析結(jié)果顯示，紋帶棒桿菌僅對萬古霉素完全敏感，對利奈唑胺的耐藥率<3%，對環(huán)丙沙星、克林霉素、青霉素的耐藥率可達(dá)90%以上。其他國家和地區(qū)的菌株也普遍呈現(xiàn)出多重耐藥特征，土耳其一家醫(yī)院分離的紋帶棒桿菌對青霉素和環(huán)丙沙星的耐藥率均高達(dá)100.0%，對利奈唑胺和萬古霉素完全敏感[8]；加拿大分離菌株對青霉素和環(huán)丙沙星的耐藥率分別高達(dá)99.0%和95.0%[9]；而突尼斯地區(qū)報道的紋帶棒桿菌對青霉素和環(huán)丙沙星的耐藥率略低，其余藥物的耐藥性也均有報道，其中慶大霉素的耐藥率普遍較低，而紅霉素、克林霉素的耐藥率均較高[10]。

目前國內(nèi)報道對達(dá)托霉素耐藥的病例較少，但國外已有高水平達(dá)托霉素耐藥菌株檢出的報道。TEKIPPE等[11]通過體外試驗將紋帶棒桿菌分離菌株暴露于達(dá)托霉素，結(jié)果顯示，原本對達(dá)托霉素敏感的菌株可以快速獲得抗性，且誘導(dǎo)菌株耐藥性可穩(wěn)定存在。紋帶棒桿菌對達(dá)托霉素的耐藥性值得進(jìn)一步關(guān)注。

2.2耐藥機(jī)制

2.2.1β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物 β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物是現(xiàn)有抗菌藥物中使用最廣泛的一類，其通過抑制細(xì)胞壁黏肽合成酶，使細(xì)胞壁合成障礙，從而破壞菌體。目前，紋帶棒桿菌對β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物的耐藥機(jī)制尚不明確，臨床最常見的耐藥機(jī)制是β-內(nèi)酰胺酶的水解作用。紋帶棒桿菌普遍存在ampC基因和bla基因高表達(dá)狀態(tài)[10]，其中ampC基因負(fù)責(zé)編碼C類β-內(nèi)酰胺酶，呈現(xiàn)對青霉素和頭孢菌素的水解活性；bla基因負(fù)責(zé)編碼一種絲氨酸水解酶，屬于A類β-內(nèi)酰胺酶家族成員，呈現(xiàn)對青霉素的抗性。同時，紋帶棒桿菌對β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物的耐藥性與tetA/B基因編碼的非特異性外排泵有關(guān)[12]。此外，有研究已檢出對碳青霉烯類抗菌藥物(亞胺培南或美羅培南)耐藥的紋帶棒桿菌，但耐藥機(jī)制尚不明確[7]。臨床上常見病原菌對碳青霉烯類抗菌藥物耐藥的機(jī)制比較復(fù)雜，如腸桿菌目細(xì)菌主要以產(chǎn)生碳青霉烯酶(如A類、B類和D類β-內(nèi)酰胺酶)為主，而非發(fā)酵菌耐藥機(jī)制更為復(fù)雜，如產(chǎn)生碳青霉烯酶、外排泵及膜通透性改變等[13]。王雪冰等[7]對美羅培南耐藥紋帶棒桿菌菌株中常見碳青霉烯酶基因進(jìn)行檢測，結(jié)果均為陰性，提示對碳青霉烯類抗菌藥物耐藥的紋帶棒桿菌存在其他耐藥機(jī)制，需進(jìn)一步探究。

2.2.2喹諾酮類抗菌藥物 喹諾酮類抗菌藥物屬于化學(xué)合成的抗菌藥物，主要靶向細(xì)菌的DNA螺旋酶和拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ形成藥物-酶-DNA復(fù)合物，低濃度下可使DNA復(fù)制受損，高濃度下可導(dǎo)致細(xì)胞死亡，被應(yīng)用于尿路感染、腸道感染和呼吸道感染等的經(jīng)驗性治療[14]。

本項目組前期的研究報道顯示，紋帶棒桿菌臨床分離菌株對喹諾酮類抗菌藥物呈現(xiàn)高水平耐藥且耐藥機(jī)制多樣化：410株耐喹諾酮類抗菌藥物的紋帶棒桿菌中，72.2%的菌株在gyrA基因喹諾酮耐藥決定區(qū)(QRDR)發(fā)生87和91位密碼子雙突變(Ser-87突變?yōu)镻he-87、Asp-91突變?yōu)锳la-91)；同時還發(fā)現(xiàn)了4種新的突變模式，其中包括101株菌株雙突變(Ser-87突變?yōu)門yr-87、Asp-91突變?yōu)锳la-91)、2株雙突變(Ser-87突變?yōu)閂al-87、Asp-91突變?yōu)镚ly-91或Ala-91)和1株單突變(Ser-87突變?yōu)镮le-87)。環(huán)丙沙星對雙突變(96.5%，385/399)和單突變(72.7%，8/11)菌株的最低抑菌濃度(MIC)達(dá)32 μg/mL以上，但還未發(fā)現(xiàn)氨基酸突變位點(diǎn)與喹諾酮類抗菌藥物耐藥水平間有顯著關(guān)系。而在此前突尼斯一家醫(yī)院的報道中，多數(shù)分離菌株同樣在QRDR發(fā)生了雙密碼子突變，即Ser-87突變?yōu)镻he，Asp-91突變?yōu)镚ly，環(huán)丙沙星的MIC可達(dá)16 μg/mL以上；發(fā)生單密碼子突變的菌株(Ser-87突變?yōu)镻he，Asp-91突變?yōu)镚ly或Ala)對環(huán)丙沙星的MIC維持在8 μg/mL以下[10]。由此提示，紋帶棒桿菌對喹諾酮類抗菌藥物的耐藥性與基因自發(fā)性突變有關(guān)，可能取決于突變基因的數(shù)量和突變的氨基酸類型[15]。紋帶棒桿菌對喹諾酮類抗菌藥物的耐藥機(jī)制呈顯著多態(tài)性特點(diǎn)，QRDR突變位點(diǎn)特征與菌株遺傳背景及抗菌藥物暴露之間的相關(guān)性需要進(jìn)一步研究。

2.2.3環(huán)脂肽類抗菌藥物 達(dá)托霉素是一種鈣依賴性環(huán)脂肽抗菌藥物，用于治療革蘭陽性球菌引起的感染，尤其是耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等革蘭陽性球菌引起的嚴(yán)重感染，它的親脂性尾端可插入細(xì)胞膜中形成離子載體，細(xì)胞膜快速去極化和離子泄露使代謝物攝取不足并滲透失衡，最終引起菌體死亡[11]。TEKIPPE等[11]收集來自血液、骨及傷口部位的紋帶棒桿菌標(biāo)本，經(jīng)達(dá)托霉素體外誘導(dǎo)后，多數(shù)菌株對達(dá)托霉素產(chǎn)生耐藥。體外試驗結(jié)果表明，達(dá)托霉素MIC較低的紋帶棒桿菌暴露于達(dá)托霉素時，可迅速獲得高水平抗性且耐藥水平穩(wěn)定[16]。紋帶棒桿菌對達(dá)托霉素高水平耐藥主要是因為pgsA2基因功能喪失，而該基因負(fù)責(zé)編碼磷脂酰甘油合酶A，其功能喪失可使細(xì)菌細(xì)胞膜丟失大量磷脂酰甘油，破壞細(xì)胞膜的完整性[17]。在GOTOH等[18]最新報道的1例高水平達(dá)托霉素耐藥紋帶棒桿菌感染病例中，IS30插入序列使pgsA2裂解導(dǎo)致磷脂酰甘油產(chǎn)生中斷，IS序列很可能攜帶多種抗菌藥物耐藥基因并通過基因水平轉(zhuǎn)移載體傳播耐藥性。此外，金黃色葡萄球菌對達(dá)托霉素的耐藥性被認(rèn)為與細(xì)胞壁增厚有關(guān)[11]，但尚未發(fā)現(xiàn)對達(dá)托霉素耐藥和敏感的紋帶棒桿菌細(xì)胞壁厚度存在明顯差異。

2.2.4氨基糖苷類抗菌藥物 氨基糖苷類抗菌藥物是由氨基修飾的糖與氨基環(huán)醇核心連接組成的一類高效廣譜抗菌藥物，通過特異性結(jié)合細(xì)菌核糖體30S亞基的16S rRNA解碼區(qū)A位點(diǎn)，使非互補(bǔ)配對的tRNA通過A位點(diǎn)，最終形成錯誤的蛋白質(zhì)[19]。氨基糖苷類抗菌藥物耐藥是通過多種機(jī)制實現(xiàn)的，其中最常見的是酶失活，包括氨基糖苷修飾酶中的乙酰轉(zhuǎn)移酶、腺苷酰轉(zhuǎn)移酶及磷酸轉(zhuǎn)移酶(APH)，導(dǎo)致氨基糖苷類抗菌藥物失活[20]。在卡那霉素耐藥紋帶棒桿菌菌株中檢測到aph(3′)-Ⅰc、aph(3″)-Ⅰb和aph(6)-Ⅰd基因；鏈霉素耐藥菌株中則存在aac(3)-Ⅺ基因，編碼3-N乙酰轉(zhuǎn)移酶[10]。

2.2.5大環(huán)內(nèi)酯類-林可酰胺類-鏈陽菌素類(MLS)抗菌藥物 MLS抗菌藥物廣泛應(yīng)用于重要的棒桿菌感染中，其中大環(huán)內(nèi)酯類抗菌藥物主要與細(xì)菌細(xì)胞核糖蛋白體50S亞單位結(jié)合，阻止肽酰基的轉(zhuǎn)移反應(yīng)及mRNA的位移，從而阻礙細(xì)菌蛋白質(zhì)合成。林可酰胺類抗菌藥物則可特異性與50S亞基23SrRNA基因的中心環(huán)結(jié)合，阻止肽鏈延長，紋帶棒桿菌對該類藥物的耐藥常由兩種機(jī)制介導(dǎo)：由erm(X)基因編碼的核糖體RNA甲基化酶介導(dǎo)的靶位點(diǎn)修飾及mef(A-E)基因編碼的膜外排泵介導(dǎo)的主動藥物外排。erm(X)基因存在于pTP10質(zhì)粒中轉(zhuǎn)座子Tn5432兩側(cè)的插入序列IS1249中，負(fù)責(zé)編碼對大環(huán)內(nèi)酯類和林可酰胺類抗菌藥物的抗性[12]。此外還檢測到編碼核糖體RNA甲基化酶的erm(B)基因，以及erm(X)和erm(B)基因同時存在的情況，此前只在解脲棒桿菌中報道過[10]。紋帶棒桿菌對各類抗菌藥物的耐藥率及耐藥機(jī)制見表1。

表1 紋帶棒桿菌對各類抗菌藥物的耐藥率及耐藥機(jī)制

2.3生物膜與耐藥性 除上述多種耐藥機(jī)制外，細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生與細(xì)菌生物膜同樣密切相關(guān)。細(xì)菌生物膜是細(xì)菌黏附在接觸表面，并通過胞外分泌物(多糖蛋白復(fù)合物、纖維蛋白等)將其自身包繞粘連而形成的膜樣細(xì)菌群落[22]。生物膜的形成易受外界環(huán)境(如營養(yǎng)成分、細(xì)菌所處的溫度、pH值等)影響，一般分為附著、定植、發(fā)育、成熟、散播等幾個階段[23]，可形成成熟生物膜的細(xì)菌對不良環(huán)境及抗菌藥物的抵抗力明顯增強(qiáng)，進(jìn)而增強(qiáng)病原體在宿主體內(nèi)和醫(yī)院環(huán)境中的存活率，同時也導(dǎo)致臨床難治性感染發(fā)生[24]。

已有研究報道，金黃色葡萄球菌極易黏附在導(dǎo)管(如透析導(dǎo)管和靜脈導(dǎo)管等)和植入式醫(yī)療設(shè)備(如人工關(guān)節(jié)和起搏器等)表面形成生物膜，對抗菌藥物產(chǎn)生高度耐藥性，并且能夠抵御宿主的防御機(jī)制[25]。SOUZA等[26]對引起里約熱內(nèi)盧地區(qū)醫(yī)院感染暴發(fā)的紋帶棒桿菌菌株進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，這些菌株可劃分為4種基因型(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型)，其中Ⅰ型優(yōu)勢克隆株對玻璃管、聚氨酯類醫(yī)療器械和塑料微量滴定板等材質(zhì)均呈現(xiàn)強(qiáng)黏附能力。QIN等[27]也發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢型菌株具有較高的生物膜形成能力。強(qiáng)產(chǎn)生物膜克隆株更易在醫(yī)院環(huán)境中長期存在并成為優(yōu)勢克隆株，導(dǎo)致各種侵襲性感染[15]。此外，生物膜還有助于細(xì)菌抵抗消毒劑的作用。SOUZA等[28]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)消毒劑處理過的所有菌株(包括從氣管吸引物和支氣管肺泡灌洗液中分離的多藥耐藥菌株2369/Ⅱ和1987/Ⅰ，以及手術(shù)傷口和尿液標(biāo)本中分離的多藥敏感菌株1954/Ⅳ和1961/Ⅲ)均對消毒劑表現(xiàn)出不同程度的抗性。同時，有機(jī)物質(zhì)(2%牛血清蛋白)的存在更有利于多藥耐藥菌株存活。強(qiáng)產(chǎn)生物膜菌株對消毒劑的抵抗力有助于紋帶棒桿菌在醫(yī)院環(huán)境中長期存在，以及在住院人群中的傳播。因此，對于檢出紋帶棒桿菌特別是多重耐藥菌株的環(huán)境或病區(qū)，醫(yī)護(hù)人員應(yīng)制訂更為嚴(yán)格的環(huán)境消毒方案。

3 小 結(jié)

目前關(guān)于紋帶棒桿菌的研究報道呈逐年上升趨勢，特別是多重耐藥特征方面，但由于對其潛在致病性及機(jī)制認(rèn)識不足，臨床醫(yī)生尚未對其予以足夠重視。但近3年針對紋帶棒桿菌開展的多中心流行病學(xué)調(diào)研、動物感染模型等的研究逐漸揭示出紋帶棒桿菌對于宿主具有潛在的致病性，而且容易形成生物膜的特征進(jìn)一步促進(jìn)了紋帶棒桿菌的致病性，以及在醫(yī)院環(huán)境中的持續(xù)存在和傳播能力。紋帶棒桿菌生物膜形成機(jī)制、毒力相關(guān)機(jī)制有待進(jìn)一步研究。