產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶大腸埃希氏菌耐藥現(xiàn)狀及傳播模式

羅三鳳，黎四平

（1.廣東醫(yī)科大學(xué)，廣東 湛江 524000；2.東莞市第八人民醫(yī)院檢驗科，廣東 東莞 523321）

大腸埃希氏菌是條件致病菌，革蘭染色呈陰性，在一定條件下可以引起胃腸道感染、泌尿系感染等。目前臨床上多采用β- 內(nèi)酰胺類抗生素治療大腸埃希氏菌感染，但隨著抗生素的廣泛及不合理使用，已經(jīng)有越來越多的大腸埃希氏菌表現(xiàn)出對β- 內(nèi)酰胺類抗生素的耐藥性，并且總體呈上升趨勢，其主要機制為產(chǎn)生超廣譜β- 內(nèi)酰胺酶（Extended spectrum βlactamases，ESBLs）。本文就產(chǎn)ESBLs 大腸埃希氏菌的耐藥現(xiàn)狀及傳播模式進(jìn)行綜述。

1 大腸埃希氏菌感染及耐藥現(xiàn)狀

根據(jù)我國2020 年全國細(xì)菌耐藥監(jiān)測報告（簡要版）顯示：大腸埃氏希菌在全國病原菌分布上占21.11%，排名第一，在革蘭陰性桿菌中更是高達(dá)29.7%。亞洲腹瀉患者中致瀉性大腸埃希菌（Diarrheogenic Escherichia coli，DEC）的 總 感 染率 為22.8%（95%CI:16.5 ～29.2）[1]。全 球 腸 道 產(chǎn)ESBLs 的大腸埃希氏菌（2003—2018 年）感染率為16.5%（95%CI 14.3% ～18.7% ；P＜0.001），總 體呈上升趨勢[2]。這些研究都表明了大腸埃希氏菌的總體感染率高，而在如此高的感染率下其耐藥形勢也日趨嚴(yán)峻。目前，我國大腸埃希氏菌對氨芐西林的耐藥率為86.3%，對頭孢唑林的耐藥率為64.8%﹝我國細(xì)菌耐藥監(jiān)測網(wǎng)-2020 年全國細(xì)菌耐藥監(jiān)測報告（簡要版）（carss.cn）﹞；在全球范圍內(nèi)，大腸埃希氏菌是導(dǎo)致細(xì)菌性抗生素耐藥性（Antimicrobial resistance，AMR）相關(guān)性死亡的主要致病菌種[3]。這種耐抗生素大腸埃希氏菌在有記錄的發(fā)達(dá)國家中引起菌血癥的比例為27%，估計致死率為12%[4]。目前，全球耐多藥（Multi-Drug Resistant，MDR）和產(chǎn)ESBLs DEC 的總體感染率分別為66.3%（95%CI:58.9 ～73.7）和48.6%（95%CI:35.1 ～62.1）[1]。大腸埃希氏菌的耐藥機制主要依靠增加主動外排泵、改變細(xì)胞膜通透性、形成生物膜、產(chǎn)ESBLs 等實現(xiàn)，其中主要以產(chǎn)ESBLs 的為主。

2 大腸埃希氏菌產(chǎn)ESBLs 基因型

產(chǎn)ESBLs 腸桿菌科的耐藥問題已經(jīng)成為重大的全球公共衛(wèi)生問題，其基因型主要包括TEM、SHV和CTX-M 型等。過去TEM、SHV 型是ESBLs 的主要家族成員，但在經(jīng)過了歷年的演變后，CTX-M 已經(jīng)逐漸取代SHV 和TEM 成為ESBLs 最主要的類型，其中CTX-M-15 在世界范圍內(nèi)傳播最為廣泛，其次是CTX-M-14，它在亞洲特別是在中國、韓國和日本等國家最為常見。最近的研究表明，CTX-M-27 現(xiàn)已逐漸在世界各地區(qū)開始流行，特別是在歐洲[5]。

2.1 TEM 型

TEM 型ESBLs 主要分為TEM-1 與TEM-2，是原質(zhì)粒介導(dǎo)TEM-1 演變來的，它的第一衍生物TEM-2 就是由原來的TEM-1 轉(zhuǎn)變而來。盡管這一變化并沒有改變TEM-1 的基本結(jié)構(gòu)，但TEM-2 仍然能夠衍生出許多的TEM 變體。在TEM 型酶內(nèi)發(fā)生的氨基酸取代一般發(fā)生在有限數(shù)量的位置，這些氨基酸變化的組合導(dǎo)致ESBL 表型的各種細(xì)微變化，其中一些氨基酸殘基對于產(chǎn)生ESBL 表型特別重要，例如：Gly238 →Ser 和Glu240 →Lys 的取代似乎對ESBLs表型的產(chǎn)生影響最大[6]。TEM 型ESBLs 在原來的ESBLs 中占據(jù)著重要的比例，但是隨著CTX-M 的廣泛傳播，TEM 已漸漸失去其原本的歷史地位，甚至在歐洲地區(qū)檢測到的產(chǎn)ESBLs 的大腸埃希氏菌和肺炎克雷伯菌中TEM 型已不足1%[7]。

2.2 SHV 型

SHV 型ESBLs 起源于肺炎克雷伯菌中的染色體編碼酶[8]，它主要包括SHV-1 和SHV-2，SHV-2 與SHV-1 不同的是在第238 位時，氨基酸Gly 替換為了Ser。它與TEM 相似的是大多數(shù)SHV 型ESBLs 在Ambler 位 置238（Gly →Ser）和240（Lys →Glu）有突變。并且研究表明，第238 位的Ser 對頭孢噻肟的高效水解至關(guān)重要，而 Ser-238 和Lys-240 對頭孢他啶的高效水解是必需的[9]。

2.3 CTX-M 型

CTX-M 是一種基因來源于克魯韋拉菌（Kluyvera）染色體的天然耐藥基因[10]。它與TEM型和SHV 型ESBLs 的同源性只有40%，與產(chǎn)酸克雷伯菌產(chǎn)生的染色體介導(dǎo)的頭孢菌素酶的同源性較高（75% ～78%）。但新近的研究表明，CTX-M 型ESBLs 與抗壞血酸克呂沃爾菌（Kluyvera ascorbata）產(chǎn)生的染色體介導(dǎo)的AmpC 酶（Klu1 和Klu1-2）的同源性更高，提示CTX-M 型ESBLs 可能起源于這種AmpC 酶。CTX-M 型ESBLs 根據(jù)其氨基酸序列的同源性可以大致分為五組：CTX-M-1 組、CTX-M-2 組、CTX-M-8 組、CTX-M-9 組、CTX-M-25 組。經(jīng)過了歷年的演變后，CTX-M 逐漸取代SHV 和TEM 型成為ESBLs 最主要的類型，其中CTX-M-15 在世界范圍內(nèi)傳播最為廣泛，其次是CTX-M-14，特別是在中國、韓國和日本等國家CTX-M-14 常常占主導(dǎo)地位。最近的研究表明，CTX-M-27 在日本和歐洲等地區(qū)逐漸流行開來[5]。鑒于大腸埃希氏菌CTX-M 型ESBLs在全球各地的占比高達(dá)95% 以上（如中國鄭州醫(yī)院CTX-M 型ESBLs 高達(dá)99.16%[11]），因此特別有必要詳細(xì)探討一下CTX-M 的傳播方式。

2.4 CTX-M 遺傳方面

CTX-M 型的傳播不僅涉及細(xì)菌代與代之間的垂直性克隆，更涉及細(xì)菌與細(xì)菌間的水平傳播，這種水平傳播主要與細(xì)菌中的可移動基因元件息息相關(guān)。其可移動基因元件主要包括插入序列（Insertion sequence，IS）/ 轉(zhuǎn)座子、整合子、質(zhì)粒，當(dāng)然偶爾也會與自身轉(zhuǎn)化和噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)[12]，并且它們彼此之間可以通過基因的插入、重排、擴增、易位來豐富其原有CTX-M 基因的構(gòu)成和形成新的CTX-M 類型[13]。例如，有通過基因組克隆和測序的研究表明，blaCTX-M-137 就可能是通過一個完整的ISEcp1-blaCTX-M-137-Dorf477 轉(zhuǎn) 座 單 元 攜 帶，并 插 入到IncI1 質(zhì)粒骨干中的yagA，從而形成的一個具有blaCTX-M-14 樣的n 端和blaCTX-M-15 樣c 端的新型嵌合體[14]。同時，當(dāng)同一宿主/ 環(huán)境中可能存在多個CTX-M 型時，這種雜交CTX-M 型就會出現(xiàn)得更加頻繁。下面我們將具體闡述這幾種移動基因元件的遺傳方式。

2.4.1 CTX-M 插入序列 在CTX-M 型所有可移動的基因元件中，最重要的是從染色體轉(zhuǎn)移到質(zhì)粒的插入序列元件[10]，幾乎所有CTX-M 基因都與插入序列相關(guān)。它們通過轉(zhuǎn)位機制參與CTX-M 基因的動員，并且靈活地跳躍于DNA 與質(zhì)粒之間。大腸埃希氏菌的插入序列種類比較豐富，主要涉及ISECP1 和IS26。ISECP1 常涉及的轉(zhuǎn)座子單元為ISEcp1-blaCTX-MDorf477，其中ISECP1 攜帶blaCTX-M 耐藥基因的啟動子位于CTX-M 基因開放性閱讀框上游42-127bp處，而DOrf477 則位于CTX-M-15 耐藥基因的下游[15]。IS26 插入序列比較常見，并且有時可以插入ISEcp1元件內(nèi)。這些插入序列有時不僅能自身相互進(jìn)行穿插，而且能穿插于整合子和質(zhì)粒間，實現(xiàn)更為復(fù)雜的水平轉(zhuǎn)移。

2.4.2 CTX-M 質(zhì)粒傳播 質(zhì)粒不僅常常通過在大腸埃希氏菌之間的獲取與失去來實現(xiàn)耐藥基因的水平轉(zhuǎn)移，還可以通過聚合形成新的質(zhì)粒來豐富質(zhì)?；虻念愋?。通過網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)表明質(zhì)粒的聚合是根據(jù)其基因組主干類型，而不是根據(jù)其起源、分離器或耐藥基因類型進(jìn)行聚合的[16]。質(zhì)粒與插入序列/轉(zhuǎn)座子、整合子間，通常還能攜帶插入序列/ 轉(zhuǎn)座子、整合子，以實現(xiàn)細(xì)菌間的基因水平轉(zhuǎn)移[17]。例如，攜帶有CTX-M、CMY-2 基因的ISEcp1 就主要由IncF（尤其是IncFII）和Incl1 質(zhì)粒攜帶[18]；攜帶有blaCTX-M-15 耐藥基因的轉(zhuǎn)座子很喜歡被攜帶在IncF 質(zhì)粒上，尤其喜歡被帶有tn2-bleTEM-1 轉(zhuǎn)座子的IncF 質(zhì)粒攜帶，并且其經(jīng)常被插入到tn2-bleTEM-1 轉(zhuǎn)座子的熱點處[16]。然而有意思的是，盡管質(zhì)粒常常會攜帶IS，但I(xiàn)S 對質(zhì)粒的占比/污染并不普遍。有實驗通過對質(zhì)粒存儲庫中的47 877 個質(zhì)粒進(jìn)行了廣泛生物大分子序列對比分析（BLAST 分析）表明，質(zhì)粒上僅發(fā)現(xiàn)1.12%的IS 元件。質(zhì)粒的這些偶聯(lián)還會受到一些藥物的影響，例如某些抗氧化分子依達(dá)拉奉、對香豆酸、N-乙酰半胱氨酸能通過拮抗抗生素質(zhì)粒偶聯(lián)速率，來緩解抗生素耐藥質(zhì)粒的傳播[19]。

2.4.3 CTX-M 整合子 有大量的整合子在大腸埃希氏菌分離株中被發(fā)現(xiàn)，其中大部為Ⅰ類整合子（Int1）[17]。它的啟動子中最常見的是PcH1 基因；可變區(qū)中最常見的是dfrA17-aadA5 基因[20]，并且以攜帶CTX-M-14 的整合子可變區(qū)基因盒種類和數(shù)量最多[11]；保守區(qū)中最常見的是對磺胺類藥物的抗性基因（sul1 基因），事實也證明在任何情況下sul1 基因都是不能獨立于Ⅰ類整合子存在的，Ⅰ類整合子的存在也總是要伴隨著磺胺甲噁唑的抗性環(huán)境，也就是說這些Ⅰ類整合子與抗葉酸化合物的耐藥性密切相關(guān)[21]。雖然Ⅰ類整合子常常攜帶的是CTX-M-9 和CTX-M-2 耐藥基因[22]，但是它也能攜帶多種或不攜帶任何基因盒[23]。

2.5 感染方式方面

耐 多 藥、攜 帶CTX-M 型ESBLs 的 大 腸 埃 希氏菌容易經(jīng)醫(yī)院流傳到社區(qū)，且這種傳播通常與CTX-M-15 密切相關(guān)[24]。通過觀察密切關(guān)系范圍內(nèi)（人類和肉雞樣本、畜牧動物與工人、寵物與主人及社區(qū)中人與人）CTX-M 耐藥基因的表征后，發(fā)現(xiàn)這些密切關(guān)系的個體之間總能共享幾種相似的抗生素抗性基因（ARGs）和相似的相關(guān)可移動遺傳元件，表明了大腸埃希氏菌CTX-M 耐藥基因和可移動元件能夠通過食物鏈、環(huán)境、氣溶膠、灰塵在個體間進(jìn)行蓄積和水平轉(zhuǎn)移[25]。

3 小結(jié)

目前大腸埃希氏菌的耐藥形勢較為嚴(yán)峻，其耐藥機制主要為產(chǎn)ESBLs。ESBLs 的耐藥基因型以TEM 型、SHV 型、CTX-M 型為主，其中以CTX-M 型占絕對主導(dǎo)地位，它可通過插入序列、轉(zhuǎn)座子、整合子、質(zhì)粒等可移動基因元件在不同細(xì)菌間水平傳播并積累。