中國(guó)ST11耐碳青霉烯類(lèi)肺炎克雷伯菌耐藥分子機(jī)制研究進(jìn)展*

唐依蓮,張 晨 綜述,蒲 翔 審校

貴州中醫(yī)藥大學(xué),貴州貴陽(yáng) 550025

序列型11(ST11)耐碳青霉烯類(lèi)肺炎克雷伯菌(CRKP)是亞洲,尤其是中國(guó)的高度優(yōu)勢(shì)克隆[1],幾乎可以對(duì)所有常用的臨床抗菌藥物產(chǎn)生耐藥性[2],導(dǎo)致缺乏治療選擇。在抗菌藥物使用不當(dāng)?shù)那闆r下肺炎克雷伯菌通過(guò)從頭突變及獲取質(zhì)粒和可轉(zhuǎn)移遺傳元件不斷積累抗菌藥物抗性基因,導(dǎo)致出現(xiàn)具有“超級(jí)抵抗組”的極端耐藥(XDR)菌株[3],給臨床治療帶來(lái)了巨大的壓力。因此,隨著全球抗菌藥物耐藥性的不斷進(jìn)展,迫切需要進(jìn)一步探索CRKP的耐藥機(jī)制?，F(xiàn)將ST11 CRKP在中國(guó)的耐藥機(jī)制闡述如下。

1 碳青霉烯類(lèi)藥物耐藥性

中國(guó)常見(jiàn)的ST11 CRKP碳青霉烯酶編碼基因包括bla產(chǎn)肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(KPC)-2、blaVIM、blaNDM-1、blaIMP和blaOXA。有研究對(duì)中國(guó)9個(gè)城市13家醫(yī)院的95株CRKP分離株進(jìn)行了分析,根據(jù)多位點(diǎn)序列分型、聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)擴(kuò)增和DNA測(cè)序提出了中國(guó)KPC的肺炎克雷伯菌分離株的分子流行病學(xué)主要包括:(1)blaKPC-2是中國(guó)常見(jiàn)的ST11 CRKP碳青霉烯酶基因;(2)獲得了7種序列類(lèi)型,包括ST11、ST15、ST23、ST349、ST351、ST438和ST439;(3) ST11可能是產(chǎn)KPC的肺炎克雷伯菌的另一個(gè)主要克隆[4]。由此推測(cè)一些ST(如ST11和ST258)將是捕獲質(zhì)粒的良好定殖者。有研究表明,blaVIM也是中國(guó)常見(jiàn)的ST11 CRKP碳青霉烯酶基因[5]。分別于2015、2018、2020年逐漸更新了各種bla,增加了blaNDM-1、blaIMP和blaOXA[6-8]。

臨床研究發(fā)現(xiàn),blaKPC的遺傳環(huán)境以Tn3-Tn4401復(fù)合物為特征[9-10]。一種新型的遺傳環(huán)境KPC-2來(lái)自質(zhì)粒pKP048的基因包含基于Tn3的轉(zhuǎn)座子和部分Tn4401片段的集成結(jié)構(gòu),基因順序?yàn)門(mén)n3-轉(zhuǎn)座酶、Tn3-resolvase、ISKpn8、blaKPC-2和類(lèi)似ISKpn6的元素。此外,Tn1721樣轉(zhuǎn)座子是blaKPC-2基因在中國(guó)有效傳播的主要原因[10]。另外2種類(lèi)型的blaKPC-2遺傳結(jié)構(gòu)包括Tn1721-blaKPC-2-Tn3和Tn1721-blaKPC-2-ΔTn3-IS26,分別攜帶在IncⅩ和IncFⅡ質(zhì)粒中。攜帶Tn1721-bla的不同IncFⅡ樣質(zhì)粒KPC-2似乎在不同的肺炎克雷伯菌ST11亞型之間相互交換和相互轉(zhuǎn)移[11]。有研究采用多位點(diǎn)序列分型、移動(dòng)遺傳元件和脈沖場(chǎng)凝膠電泳等分析鑒定肺炎克雷伯菌ST11亞型,利用電穿孔實(shí)驗(yàn)和全基因組測(cè)序揭示了Tn1721和IncFIⅡ質(zhì)粒介導(dǎo)的水平轉(zhuǎn)移似乎是驅(qū)動(dòng)ST11 CRKP菌株分子多樣化的重要因素[12]。

在關(guān)于blaNDM-1遺傳環(huán)境的最新研究中,ZHANG等[13]收集2013—2018年中國(guó)某三級(jí)醫(yī)院肺炎克雷伯菌菌株作為研究對(duì)象,分析了所有可用的NDM-1相關(guān)序列發(fā)現(xiàn),上、下游blaNDM-1基因通常含有轉(zhuǎn)座子——Tn3或插入的序列片段,推測(cè)blaNDM-1通過(guò)質(zhì)粒轉(zhuǎn)位和長(zhǎng)期保存獲得。值得注意的是在中國(guó)的臨床菌株中越來(lái)越多的ST11肺炎克雷伯菌聯(lián)合生產(chǎn)KPC-2和NDM-1[14]。

有研究從醫(yī)院獲得了145株疑似肺炎克雷伯菌菌株,通過(guò)脈沖場(chǎng)凝膠電泳驗(yàn)證與碳青霉烯類(lèi)化合物外膜蛋白(OmpK35和OmpK36)相關(guān)的耐藥性,結(jié)果顯示,62% CRKP分離物丟失OmpK36,33%分離株丟失OmpK35,表明OmpK36/OmpK35基因缺失對(duì)碳青霉烯類(lèi)耐藥性具有很大的影響[15]。OmpK36/OmpK35基因的破壞導(dǎo)致中國(guó)ST11 CRKP孔蛋白表達(dá)的顯著喪失,進(jìn)而導(dǎo)致碳青霉烯類(lèi)藥物敏感性降低。OmpK35/OmpK36缺乏似乎對(duì)碳青霉烯類(lèi)耐藥性幾乎沒(méi)有影響或僅為次要的因素。

2 β-內(nèi)酰胺類(lèi)藥物耐藥性

除碳青霉烯酶外,還有多種超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(ESBLs)基因,如blaCTX-M、blaSHV、blaTEM和AmpC頭孢菌素酶基因。中國(guó)高頻率的ST11肺炎克雷伯菌菌株含有2～3個(gè)ESBLs編碼基因(blaCTX-M、blaSHV 和blaTEM)。有研究從19家醫(yī)院收集了930株表型明確的碳青霉烯類(lèi)耐藥腸桿菌分離株進(jìn)行基因型表征,在肺炎克雷伯菌分離株中發(fā)現(xiàn)了blaSHV、blaCTX和blaTEM的擴(kuò)展譜ESBLs基因的不同組合,blaCTM-M-14/15、blaSHV-11/12和blaTEM-1是常見(jiàn)的ESBLs基因型[16]。

3 喹諾酮類(lèi)藥物耐藥性

肺炎克雷伯菌對(duì)喹諾酮類(lèi)藥物耐藥的機(jī)制包括不透水性、活性外流、靶標(biāo)修飾和抗菌藥物中和[17]。有研究對(duì)40株CRKP進(jìn)行了分析,根據(jù)PCR和DNA測(cè)序方法、多位點(diǎn)序列分型和脈沖場(chǎng)凝膠電泳結(jié)果提出了中國(guó)ST11 CRKP常見(jiàn)的喹諾酮耐藥機(jī)制,主要包括qnrS、qnrB、oqxA、oqxB、oqxAB和aac(6′)-Ib-cr的存在,以及gyrA(S83I和D87G)和parC(S80I)基因突變[18-19],但該結(jié)論只針對(duì)所研究的40株CRKP,由于樣本量小,未經(jīng)嚴(yán)格的臨床論證,其準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步探討。

4 氨基糖苷類(lèi)藥物耐藥性

肺炎克雷伯菌對(duì)氨基糖苷類(lèi)藥物的耐藥機(jī)制包括通透性降低、外排泵活性增加、酶修飾和干擾氨基糖苷類(lèi)結(jié)合的30S核糖體亞基的修飾[20]。中國(guó)ST11 CRKP菌株常見(jiàn)的氨基糖苷類(lèi)抗性基因包括armA、rmtB、rmtC(編碼16S rRNA甲基化酶)和aac(3′)-Ⅰa、aac(6′)-Ⅰb、aac(3′)-Ⅱa、aac(3′)-Ⅱd、ant(2′)-Ⅰa、ant(3′)-Ⅰa和aph(3′)-Ⅰa(編碼氨基糖苷修飾酶)。LIAO等[20]從中國(guó)一家三級(jí)醫(yī)院收集了39株碳青霉烯類(lèi)耐藥性高毒性肺炎克雷伯菌(CR-hvKP)分離株用于研究16S rRNA甲基酶基因的攜帶情況,最常檢測(cè)到的16S rRNA甲基酶基因?yàn)閍rmA,其次為rmtB,并且 armA和rmtB共存。還有研究發(fā)現(xiàn),armA和rmtB通常與臨床分離株中同一分離株中的ESBLs基因共存,并與自傳合共軛質(zhì)粒上的ESBLs基因共同轉(zhuǎn)移到受體,在同時(shí)含有armA和rmtB的分離株中armA基因位于染色體上,rmtB基因位于質(zhì)粒上,水平基因轉(zhuǎn)移和克隆擴(kuò)散是rmtB和armA基因播散的原因[21]。

5 磷霉素耐藥性

中國(guó)常見(jiàn)的ST11 CRKP磷霉素酶基因包括fosA、fosA3和foskp96。有研究從中國(guó)某高校醫(yī)院獲得了97株肺炎克雷伯菌菌株(KPC-KP),其中57株(58.76%)對(duì)磷霉素耐藥,其中44株(45.36%)含有fosA3,1株含有fosA[22]。此外,針對(duì)2012—2013年臺(tái)灣地區(qū)16家醫(yī)院642株CRKP臨床分離株的研究發(fā)現(xiàn),臺(tái)灣地區(qū)共有36.45%(234/642)的CRKP分離株對(duì)磷霉素耐藥,在234 株耐磷霉素的CRKP分離株中62株有磷霉素酶(35株fosA3陽(yáng)性和27株foskp96陽(yáng)性)[23]。

6 甲氧芐啶耐藥性

在中國(guó)ST11 CRKP菌株中已報(bào)道的甲氧芐啶抗性基因包括sul1、sul2、dfrA1、dfrA12、dfrA15、dfrA17、dfrA25和dfrA27[24-25]。另外,針對(duì)2015-2017年中國(guó)東部CRKP感染的病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn),與非ST11 CRKP分離株比較,ST11 CRKP分離株對(duì)甲氧芐啶/磺胺甲噁唑的耐藥率較低[26]。

7 替加環(huán)素耐藥性

替加環(huán)素是推薦用于產(chǎn) KPC肺炎克雷伯菌引起的嚴(yán)重感染的抗菌藥物之一。耐替加環(huán)素的肺炎克雷伯菌在中國(guó)被發(fā)現(xiàn)[27]。長(zhǎng)期單藥治療可能導(dǎo)致較高的替加環(huán)素耐藥風(fēng)險(xiǎn)。目前,中國(guó)ST11肺炎克雷伯菌的替加環(huán)素耐藥機(jī)制仍未完全闡明,迄今已發(fā)現(xiàn)以下機(jī)制:(1)編碼抗性-結(jié)節(jié)-細(xì)胞分裂家族(RND)外排泵AcraB的基因過(guò)表達(dá),其具有全局轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子(如ramA和ramR)[28]。(2)tet(A)基因變異的攜帶,針對(duì)來(lái)自8家三級(jí)醫(yī)院的202例重癥監(jiān)護(hù)病房患者的55株非重復(fù)CRKP菌株遺傳和表型特征研究發(fā)現(xiàn),除替加環(huán)素和頭孢他啶/阿維巴坦外大多數(shù)CRKP菌株對(duì)多種抗菌藥物耐藥,其中32株菌株含有tet(A)基因變異,其可降低菌株對(duì)替加環(huán)素的敏感性[29-31]。對(duì)1例感染了產(chǎn)KPC的肺炎克雷伯菌的59歲男性患者的研究表明,rpsJ基因的變異可導(dǎo)致產(chǎn)KPC的肺炎克雷伯菌感染患者對(duì)替加環(huán)素耐藥[32]。有研究利用全基因組測(cè)序證實(shí)了質(zhì)粒介導(dǎo)的替加環(huán)素耐藥機(jī)制,即6 489 bp RND外排泵(tmexCD1-toprJ1泵)[33]。

8 黏菌素耐藥性

中國(guó)ST11 CRKP主要的黏菌素耐藥機(jī)制包括MgrB、PmrB和PhoQ的氨基酸變化,質(zhì)粒載體的移動(dòng),黏菌素抗性基因(mcr-8.1和mcr-8.2)的獲得等[33-36]。

9 頭孢他啶/阿維巴坦耐藥性

在中國(guó)、美國(guó)和其他歐洲國(guó)家頭孢他啶/阿維巴坦用于CRKP菌株感染的治療已被證實(shí)非常有效地提高了治愈率和存活率[37-38]。有研究測(cè)試了頭孢他啶/阿維巴坦和其他抗菌藥物對(duì)65種高毒性肺炎克雷伯菌(CR-hvKp)分離株的體外活性,結(jié)果顯示,頭孢他啶/阿維巴坦在體外對(duì)CR-hvKp分離株具有高活性[39]。同時(shí)這一結(jié)論在WEI等[40]的研究中也得到了驗(yàn)證。因此,頭孢他啶/阿維巴坦是治療ST11 CRKP分離株的合理選擇。然而有研究表明,ST11 CRKP臨床分離株中頭孢他啶/阿維巴坦易感性降低是由高頭孢他啶水解活性和OmpK35孔蛋白缺乏引起的[41]。

綜上所述,ST11是中國(guó)CRKP的主要克隆,其檢出率速度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。ST11 CRKP可對(duì)幾乎所有常用抗菌藥物耐藥,如碳青霉烯類(lèi)、β-內(nèi)酰胺類(lèi)、喹諾酮類(lèi)、氨基糖苷類(lèi)、磷霉素、甲氧芐啶、替加環(huán)素、黏菌素,甚至頭孢他啶/阿維巴坦。臨床ST11菌株中的碳青霉烯類(lèi)耐藥性主要由KPC-2、NDM-1和OXA-48碳青霉烯酶介導(dǎo),這些酶由不同的質(zhì)粒編碼。了解其抗菌藥物耐藥的分子機(jī)制可以幫助臨床醫(yī)生進(jìn)一步深入探討感染防治策略。然而,要了解如何控制碳青霉烯類(lèi)藥物在中國(guó)ST11 CRKP中的抗性還需要進(jìn)行更多的研究。