金黃色葡萄球菌在肺部感染不同階段產(chǎn)生毒力因子的作用及相關(guān)研究進(jìn)展

【摘要】目的 分析金黃色葡萄球菌在肺部感染不同階段產(chǎn)生毒力因子的作用，為臨床治療提供參考思路及診療策略。方法 通過(guò)回顧中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)、維普網(wǎng)等收錄的相關(guān)文獻(xiàn)，分析金黃色葡萄球菌肺部感染現(xiàn)狀，探究肺部感染不同階段金黃色葡萄球菌產(chǎn)生毒力因子及其作用。結(jié)果 2005—2018年全球金黃色葡萄球菌對(duì)糖肽類、四環(huán)素類、環(huán)脂肽類等幾乎所有類型的抗菌藥物均可產(chǎn)生較強(qiáng)耐藥性。結(jié)論 金黃色葡萄球菌是引起肺部感染的常見(jiàn)革蘭氏陽(yáng)性菌，可通過(guò)多種機(jī)制避免遭受宿主體內(nèi)固有免疫應(yīng)答損害，同時(shí)可在侵入機(jī)體內(nèi)定植、膿腫形成、系統(tǒng)性感染等階段分泌不同毒力因子。隨著抗菌藥物的廣泛應(yīng)用，臨床分離出金黃色葡萄球菌耐藥株日益增多，有助于治療金黃色葡萄球菌肺部感染，對(duì)推進(jìn)個(gè)體化醫(yī)療和精準(zhǔn)醫(yī)療發(fā)展具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】金黃色葡萄球菌；肺部感染；毒力因子；感染現(xiàn)狀；耐藥性

【中圖分類號(hào)】R563 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2096-2665.2024.24.0122.04

DOI：10.3969/j.issn.2096-2665.2024.24.037

肺部感染是由于病原菌侵入肺實(shí)質(zhì)或肺間質(zhì)引起的感染性疾病，發(fā)病后會(huì)引起咳嗽、發(fā)熱、呼吸困難等癥狀表現(xiàn)，影響患者正常生活與工作，還會(huì)造成機(jī)體氣體交換功能障礙，引發(fā)缺氧、二氧化碳潴留等癥狀，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致患者昏迷、休克，甚至死亡。毒力因子是病原微生物產(chǎn)生的，導(dǎo)致宿主疾病發(fā)生的一類分子，包括病原菌的表面分子、酶、毒素等，可通過(guò)干擾宿主機(jī)體的免疫功能、破壞細(xì)胞內(nèi)核酸等方式，使病原菌更易在宿主體內(nèi)繁殖并對(duì)宿主造成傷害[1]。不同病原菌及感染階段產(chǎn)生的毒力因子均有所不同，因此，明確感染各階段產(chǎn)生的毒力因子種類及作用，有助于臨床根據(jù)毒力因子找到有效的藥物治療靶點(diǎn)，從而提高藥物治療的針對(duì)性與有效性。

金黃色葡萄球菌是臨床常見(jiàn)的致病菌，其可通過(guò)分泌各種毒力因子引起化膿感染、肺炎、心包炎等感染性疾病，甚至引起敗血癥、膿毒癥等全身性感染。同時(shí)，隨著金黃色葡萄球菌的抗藥性不斷增強(qiáng)，其耐藥性的出現(xiàn)不僅會(huì)增加患者感染的發(fā)生率與死亡率，也會(huì)造成嚴(yán)重的醫(yī)療經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，給臨床治療工作帶來(lái)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[2]。基于此，本文通過(guò)回顧中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)、維普網(wǎng)等收錄的相關(guān)既往文獻(xiàn)，對(duì)金黃色葡萄球菌肺部感染現(xiàn)狀、肺部感染不同階段金黃色葡萄球菌產(chǎn)生毒力因子及其作用進(jìn)行綜述，以期為金黃色葡萄球菌致肺部感染的臨床藥物治療提供參考依據(jù)。

1 金黃色葡萄球菌肺部感染現(xiàn)狀

金黃色葡萄球菌是社區(qū)和醫(yī)院常見(jiàn)的感染病原菌，既往研究顯示，肺部感染金黃色葡萄球菌檢出率約為2.06%～16.95%，與其他革蘭氏陰性菌相比，金黃色葡萄球菌在肺部感染中的檢出率較低，但隨著抗菌藥物的廣泛使用，金黃色葡萄球菌產(chǎn)生耐藥性，導(dǎo)致耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant staphylococcus aureus，MRSA）的出現(xiàn)，該病菌已成為醫(yī)院感染防空工作重點(diǎn)關(guān)注的病原菌[3-6]。不同病原菌侵襲機(jī)體的位置各異，金黃色葡萄球菌引起的肺部感染常累及肺段和肺葉，可引起大葉性肺炎，且金黃色葡萄球菌肺部感染的胸部X線下可見(jiàn)大范圍濃密陰影，炎癥范圍較大。同時(shí)，金黃色葡萄球菌引起的癥狀表現(xiàn)也與其他病原菌有所不同，由該菌引起肺部感染的患者常表現(xiàn)為寒戰(zhàn)、高熱等，亦可伴明顯胸痛、鐵銹色痰等表現(xiàn)。

耐藥性指的是細(xì)菌與藥物多次接觸后對(duì)藥物的敏感性降低，甚至消失的現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致抗菌藥物對(duì)耐藥菌的療效降低甚至無(wú)效，耐藥菌株的出現(xiàn)會(huì)增加感染性疾病的治愈難度。2005—2008年公布的全球金黃色葡萄球菌耐藥情況顯示，金黃色葡萄球菌對(duì)糖肽類、四環(huán)素類、環(huán)脂肽類等幾乎所有類型的抗菌藥物均可產(chǎn)生較強(qiáng)耐藥性，見(jiàn)表1。有研究指出，金黃色葡萄球菌對(duì)抗菌藥物產(chǎn)生耐藥性的機(jī)制可能與細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)改變、生物膜形成、外排泵主動(dòng)排除等因素有關(guān)[7]。

2 金黃色葡萄球菌肺部感染不同階段產(chǎn)生的毒力因子及其作用

2.1 定植與侵襲階段 金黃色葡萄球菌侵入機(jī)體后，主要依靠其表面蛋白和生物膜定植于宿主，不僅能在表面蛋白的黏附作用下定植于皮膚表面作為共生體存在，還能定植于宿主呼吸道或肺部組織。此外，金黃色葡萄球菌極易形成生物膜，可用于抵御極端環(huán)境。有研究發(fā)現(xiàn)，該菌形成的生物膜是由蛋白質(zhì)、碳水化合物、胞外DNA等物質(zhì)組成的細(xì)胞外基質(zhì)，其可將細(xì)菌包裹在黏性基質(zhì)中[8]。Moormeier等[9]使用BioFlux1 000微流控系統(tǒng)，闡明金黃色葡萄球菌生物膜發(fā)育的5個(gè)階段及相關(guān)機(jī)制。表面蛋白是金黃色葡萄球菌在宿主中定植與侵襲階段維持活力的重要毒力因子，包括五大類，共計(jì)20余種。其中，以識(shí)別黏附基質(zhì)分子的微生物表面成分最為常見(jiàn)，其主要成分包括聚集因子A、聚集因子B、絲氨酸-天冬氨酸重復(fù)家族蛋白A等。除此之外，表面蛋白還包括近鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白序列蛋白家族、蛋白A等。近鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白序列蛋白家族成員主要有鐵離子調(diào)控表面蛋白A、鐵離子調(diào)控表面蛋白B及鐵離子調(diào)控表面蛋白H；蛋白A則是一種含三螺旋束重復(fù)序列的蛋白質(zhì)。這些表面蛋白不僅會(huì)促進(jìn)金黃色葡萄球菌與宿主細(xì)胞之間的黏附作用，還參與吸取宿主血紅蛋白鐵元素、躲避宿主對(duì)細(xì)菌造成免疫損害、誘發(fā)細(xì)菌侵入非正常吞噬細(xì)胞等過(guò)程[10]。近年來(lái)，有研究發(fā)現(xiàn)，表面蛋白有望成為預(yù)防金黃色葡萄球菌感染的潛在抗原， Lacey等[11]研究指出，聚集因子A正在成為T細(xì)胞的潛在有效刺激劑，其可能是一種極有前景的疫苗開(kāi)發(fā)抗原，但目前關(guān)于表面蛋白作為抗金黃色葡萄球菌感染疫苗抗原潛力的研究大多針對(duì)皮膚感染和軟組織感染，而對(duì)于金黃色葡萄球菌引起的肺部感染還尚無(wú)研究驗(yàn)證其抑制細(xì)菌表面蛋白的價(jià)值。

2.2 膿腫形成階段 肺部感染金黃色葡萄球菌可引起肺膿腫，導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)高熱癥狀，同時(shí)膿腫形成也是金黃色葡萄球菌感染的重要標(biāo)志。該階段金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的毒力因子主要包括凝固酶和趨化抑制因子。金黃色葡萄球菌分泌的凝固酶有兩種，即葡萄球菌凝固酶和血管性血友病因子結(jié)合蛋白，這兩種凝固酶可激活凝血酶原，促使纖維蛋白聚集，并在感染部位形成包裹性膿腫限制細(xì)菌傳播，還可降解中性粒細(xì)胞胞外陷阱以促進(jìn)免疫細(xì)胞死亡。有研究指出，金黃色葡萄球菌分泌兩種凝固酶的N端凝血酶原結(jié)合域具有同源性，并已得到類似凝血酶原非蛋白水解構(gòu)象的激活，而兩種凝固酶與凝血酶原結(jié)合形成的葡萄球菌凝血酶，可介導(dǎo)引起微血栓形成，保證細(xì)菌能在血流中存活、感染及轉(zhuǎn)移[12]。 Vanassche等[13]研究中分別采用達(dá)比加群酯膠囊和安慰劑治療注射金黃色葡萄球菌的小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，葡萄球菌介導(dǎo)的纖維蛋白可增加金黃色葡萄球菌與聚苯乙烯表面的關(guān)聯(lián)，降低白細(xì)胞的殺菌活性，而葡萄球菌凝血酶的缺失或抑制可降低該關(guān)聯(lián)，增強(qiáng)白細(xì)胞活性，并發(fā)揮殺滅細(xì)菌的作用。

此外，金黃色葡萄球菌能通過(guò)產(chǎn)生趨化抑制因子，抑制粒細(xì)胞/多形核白細(xì)胞的趨化，避免細(xì)菌被免疫系統(tǒng)所識(shí)別，阻止機(jī)體免疫系統(tǒng)被激活。研究發(fā)現(xiàn)，金黃色葡萄球菌趨化抑制蛋白能與粒細(xì)胞/多形核白細(xì)胞表面的補(bǔ)體C5a（C5aR）、甲酰肽（FPR）受體發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，使其無(wú)法對(duì)細(xì)菌甲酰肽進(jìn)行有效識(shí)別[14]。有研究發(fā)現(xiàn)，甲酰肽樣受體1抑制蛋白對(duì)甲酰肽受體也可起到極強(qiáng)的阻斷作用[15]。

2.3 系統(tǒng)性感染階段 感染進(jìn)入膿腫形成階段后，若機(jī)體沒(méi)有得到有效的抗感染治療、細(xì)菌感染未得到有效抑制，金黃色葡萄球菌便會(huì)繼續(xù)侵襲機(jī)體組織細(xì)胞，導(dǎo)致膿腫破潰，并釋放出活菌，促進(jìn)病原菌傳播，甚至導(dǎo)致細(xì)菌進(jìn)入血液中引起敗血癥[16]。機(jī)體免疫系統(tǒng)雖可在巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞的吞噬作用下清除細(xì)菌，避免感染進(jìn)一步擴(kuò)散，但仍有部分細(xì)菌會(huì)在血液中存活，并通過(guò)血液循環(huán)傳播到機(jī)體各處，引起系統(tǒng)性感染。該階段，金黃色葡萄球菌主要產(chǎn)生的毒力因子包括成孔毒素、表皮剝脫性毒素及超抗原。

成孔毒素是一種通過(guò)在宿主細(xì)胞膜表面形成孔，使細(xì)胞內(nèi)外滲透壓失衡，最終引起細(xì)胞溶解的毒力因子，可參與炎性因子的誘導(dǎo)。該毒力因子分為多種類型，已發(fā)現(xiàn)的成孔毒素主要包括白細(xì)胞毒素、α-毒素、苯酚可溶性調(diào)控蛋白。白細(xì)胞毒素是一種外毒素，能促使中性粒細(xì)胞溶解，且有部分類型的白細(xì)胞毒素會(huì)導(dǎo)致紅細(xì)胞溶解[17]。

α-毒素是一種水溶性單體，具有成孔、促炎、溶解紅細(xì)胞等作用，約95%的金黃色葡萄球菌分離株中發(fā)現(xiàn)α-毒素的表達(dá)，其真核受體能介導(dǎo)α-毒素對(duì)血管造成損傷，導(dǎo)致胞外結(jié)構(gòu)域脫落，還可介導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞中上皮鈣黏附分子抗體降解，導(dǎo)致細(xì)胞的通透性升高[18]。有研究通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用α-毒素類毒素免疫可預(yù)防動(dòng)物感染金黃色葡萄球菌[19]，且有研究指出，人類肺泡上皮細(xì)胞損傷和死亡與α-毒素存在密切關(guān)聯(lián)[20]。苯酚可溶性調(diào)控蛋白是一種由致病性金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的甲肽，最早從MRSA中提取發(fā)現(xiàn)，其可加劇小鼠金黃色葡萄球菌感染模型的肺部感染，同時(shí)可誘導(dǎo)肺上皮細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素-8[21]。有研究發(fā)現(xiàn)，苯酚可溶性調(diào)節(jié)蛋白是MRSA的主要白細(xì)胞裂解毒素，可直接受到RNA Ⅲ抑制肽等輔助基因調(diào)節(jié)劑的調(diào)節(jié)，其通過(guò)抑制輔助基因調(diào)節(jié)劑的表達(dá)、上調(diào)腫瘤壞死因子-α受體表達(dá)，降低苯酚可溶性調(diào)節(jié)蛋白的活性，進(jìn)而阻止金黃色葡萄球菌誘導(dǎo)的中性粒細(xì)胞凋亡[22]。

表皮剝脫性毒素是一種絲氨酸蛋白酶，可在角質(zhì)形成細(xì)胞的松動(dòng)和表皮細(xì)胞間的黏附中發(fā)揮作用，會(huì)導(dǎo)致機(jī)體皮膚發(fā)生脫皮或水皰，但該毒素在金黃色葡萄球菌引起的肺部感染中是否被檢出或產(chǎn)生毒力作用尚無(wú)相關(guān)報(bào)道。超抗原屬免疫系統(tǒng)激活劑可通過(guò)與主要組織相容性復(fù)合物Ⅱ類分子及T細(xì)胞受體特定區(qū)域相結(jié)合，激活單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞，促使T細(xì)胞釋放腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素等促炎性因子，從而引起胃腸道反應(yīng)，甚至造成多器官損傷或致死性休克。目前，已發(fā)現(xiàn)由金黃色葡萄球菌產(chǎn)生的超抗原共23種，其中包括葡萄球菌腸毒素和葡萄球菌腸毒素樣毒素等。一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)小鼠體內(nèi)干擾素γ的表達(dá)水平，可有效保護(hù)金黃色葡萄球菌超抗原誘導(dǎo)的急性肺損傷[23]。Yu等[24]研究發(fā)現(xiàn)，表皮暴露于葡萄球菌腸毒素B時(shí)，會(huì)由調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)白細(xì)胞介素-17A加劇過(guò)敏性肺炎。Zong等[25]報(bào)道指出，暴露于脂多糖增強(qiáng)的霧化葡萄球菌腸毒素B會(huì)改變轉(zhuǎn)錄組并加劇小鼠模型的肺損傷程度。還有研究發(fā)現(xiàn)，微小RNA（miR）-222可通過(guò)直接靶向調(diào)節(jié)FOXO3基因表達(dá)，緩解葡萄球菌腸毒素B誘導(dǎo)的炎癥性急性肺損傷[26]。

3 小結(jié)

金黃色葡萄球菌作為引起肺部感染的常見(jiàn)革蘭氏陽(yáng)性菌，可通過(guò)多種機(jī)制避免遭受宿主體內(nèi)固有免疫應(yīng)答的損害，同時(shí)可在侵入機(jī)體內(nèi)定植、膿腫形成、系統(tǒng)性感染等階段分泌不同的毒力因子，以抵抗機(jī)體免疫系統(tǒng)對(duì)細(xì)菌存活、增殖、傳播產(chǎn)生的負(fù)面影響。隨著抗菌藥物的廣泛應(yīng)用，臨床分離出的金黃色葡萄球菌耐藥株日益增多。了解細(xì)菌感染各階段產(chǎn)生的毒力因子并將其作用機(jī)制作為治療靶點(diǎn)，不僅有利于金黃色葡萄球菌肺部感染的治療，還能推進(jìn)個(gè)體化醫(yī)療和精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

Ruer S， Pinotsis N， Steadman D， et al. Virulence-targeted antibacterials： Concept， promise， and susceptibility to resistance mechanisms[J]. Chem Biol Drug Des， 2015， 86（4）： 379-399.

國(guó)康琳，余佳佳，劉瑛.金黃色葡萄球菌感染相關(guān)毒力因子研究進(jìn)展[J].中華臨床感染病雜志， 2022， 15（1）： 51-56， 70.

賈向紅，劉亞博，孟玉娟，等.老年心力衰竭合并肺部感染病人病原菌分布、血清MMPs、NT-proBNP、IL-6及PCT水平變化[J].中西醫(yī)結(jié)合心腦血管病雜志， 2022， 20（20）： 3762-3765.

姚健，宋巍，曲日初，等.早期肺癌合并肺部感染患者病原菌分布及外周血EGFR-T790M基因突變分析[J].中華醫(yī)院感染學(xué)雜志， 2019， 29（7）： 1019-1023.

易金遠(yuǎn)，陳宏明，羅世官，等.肺癌患者肺部感染病原菌情況及血清CA153、CEA等相關(guān)因子水平檢測(cè)分析[J].中國(guó)病原生物學(xué)雜志， 2019， 14（3）： 354-357.

高青，王宋平，林福安，等.慢性阻塞性肺疾病患者肺部感染病原菌及血清miR-124-3p、PSGL-1、HPT的診斷效能[J].中華醫(yī)院感染學(xué)雜志， 2023， 33（15）： 2266-2270.

袁夢(mèng)，袁月明，俞慕華.金黃色葡萄球菌抗生素耐藥相關(guān)基因檢測(cè)及蛋白A基因多態(tài)性分型研究[J].現(xiàn)代檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志， 2014， 29（3）： 69-72.

Flemming H C， Wingender J. The biofilm matrix[J]. Nat Rev Microbiol， 2010， 8（9）： 623-633.

Moormeier D E， Bayles K W. Staphylococcus aureus biofilm： A complex developmental organism[J]. Mol Microbiol， 2017， 104（3）： 365-376.

Foster T J. Surface proteins of staphylococcus aureus[J]. Microbiol Spectr， 2019， 7（4）： 1-22.

Lacey K A， Geoghegan J A， McLoughlin R M. The role of staphylococcus aureus virulence factors in skin infection and their potential as vaccine antigens[J]. Pathogens， 2016， 5（1）： 22.

Peetermans M， Verhamme P， Vanassche T. Coagulase activity by staphylococcus aureus： A potential target for therapy[J]. Semin Thromb Hemost， 2015， 41（4）： 433-444.

Vanassche T， Verhaegen J， Peetermans W E， et al. Inhibition of staphylothrombin by dabigatran reduces Staphylococcus aureus virulence[J]. J Thromb Haemost， 2011， 9（12）： 2436-2446.

de Haas CJ， Veldkamp K E， Peschel A， et al. Chemotaxis inhibitory protein of staphylococcus aureus， a bacterial antiinflammatory agent[J]. J Exp Med， 2004， 199（5）： 687-695.

Prat C， Haas P J， Bestebroer J， et al. A homolog of formyl peptide receptor-like 1 （FPRL1） inhibitor from staphylococcus aureus （FPRL1 inhibitory protein） that inhibits FPRL1 and FPR[J]. J Immunol， 2009， 183（10）： 6569-6578.

Lee A S， de Lencastre H， Garau J， et al. Methicillin-resistant staphylococcus aureus[J]. Nat Rev Dis Primers， 2018， 4： 18033.

Yoong P， Torres V J. The effects of staphylococcus aureus leukotoxins on the host： Cell lysis and beyond[J]. Curr Opin Microbiol， 2013， 16（1）： 63-69.

Powers M E， Kim H K， Wang Y， et al. ADAM10 mediates vascular injury induced by staphylococcus aureus α-hemolysin[J]. J Infect Dis， 2012， 206（3）： 352-356.

Bubeck Wardenburg J， Schneewind O. Vaccine protection against staphylococcus aureus pneumonia[J]. J Exp Med， 2008， 205（2）： 287-294.

Guo N， Liu Z， Yan Z， et al. Subinhibitory concentrations of honokiol reduce α-hemolysin （Hla） secretion by staphylococcus aureus and the hla-induced inflammatory response by inactivating the NLRP3 inflammasome[J]. Emerg Microbes Infect， 2019， 8（1）： 707-716.

Bloes D A， Haasbach E， Hartmayer C， et al. Phenol-soluble modulin peptides contribute to influenza a virus-associated staphylococcus aureus pneumonia[J]. Infect Immun， 2017， 85（12）： e00620.

Zhou Y， Niu C， Ma B， et al. Inhibiting PSMα-induced neutrophil necroptosis protects mice with MRSA pneumonia by blocking the agr system[J]. Cell Death Dis， 2018， 9（3）： 362.

Sun Y， Hu B， Stanley G， et al. IFN-γ is protective in cytokine release syndrome-associated extrapulmonary acute lung injury[J]. Am J Respir Cell Mol Biol， 2023， 68（1）： 75-89.

Yu J， Oh M H， Park J U， et al. Epicutaneous exposure to staphylococcal superantigen enterotoxin B enhances allergic lung inflammation via an IL-17A dependent mechanism[J]. PLoS One， 2012， 7（7）： e39032.

Zong F， Gan C， Wang Y， et al. Exposure to aerosolized staphylococcal enterotoxin B potentiated by lipopolysaccharide modifies lung transcriptomes and results in lung injury in the mouse model[J]. J Appl Toxicol， 2022， 42（7）： 1205-1217.

Chen L， Chen J， Xie G， et al. MiR-222 inhibition alleviates staphylococcal enterotoxin B-induced inflammatory acute lung injury by targeting Foxo3[J]. J Biosci， 2020， 45： 65.