金黃色葡萄球菌的致病和耐藥機制研究進展

管程程，于美美，綜述，高 偉，李 倩審校

(1、濰坊醫學院醫學檢驗學系納米醫學技術研究所，山東濰坊261053；2、濰坊醫學院附屬醫院山東省臨床檢驗重點專科，山東濰坊261031；3、濰坊醫學院臨床醫學院，山東濰坊261053)

·述評·

金黃色葡萄球菌的致病和耐藥機制研究進展

管程程1，2，于美美1，2，綜述，高 偉3，李 倩1，2審校

(1、濰坊醫學院醫學檢驗學系納米醫學技術研究所，山東濰坊261053；2、濰坊醫學院附屬醫院山東省臨床檢驗重點專科，山東濰坊261031；3、濰坊醫學院臨床醫學院，山東濰坊261053)

金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，SA）是近年來社區和醫院感染的重要危險致病菌之一，其致病性強，感染率高，傳播速度快，耐藥性強，為疾病治療帶來了極大困難。SA可以產生包括各種外毒素、腸毒素、凝集因子、生物膜等在內的多種致病因子，并能夠通過產生修飾酶、改變抗菌藥物的作用靶點、降低細胞壁的通透性等不同機制的作用，對β-內酰胺類、大環內酯類、氟喹諾酮類、環脂肽、糖肽類、消毒劑等藥物產生不同程度的耐藥。本文就SA的致病機制、耐藥機制和治療策略作一綜述，借以為臨床診斷和治療用藥提供思路和依據。

金黃色葡萄球菌；致病機制；耐藥性

金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，SA）是人類化膿性感染的主要病原菌，可引起細菌性食物中毒、肺炎、心包炎和腦膜炎，甚至敗血癥、膿毒血癥等全身感染[1]。隨著抗生素的大量、廣泛使用，近年來SA感染呈現逐年增多的趨勢，耐藥率也逐年升高，出現了多重耐藥菌。其中耐藥性強、毒力高的耐藥型SA，如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA），現已普遍分布在醫院、社區的環境中，在治療方面有著極大的困難，引起了臨床的高度關注[2]。本文就SA的致病機制，耐藥機制，治療現狀等問題展開了分析和綜述。

1 致病機制

SA可分泌多種毒素和毒力因子，從而引起多種疾病。

1.1 中毒性休克毒素-1（toxic shock syndrome toxin-1，TSST-1）TSST-1是由噬菌體I群SA產生的外毒素，屬于致熱原性超抗原家族，能夠引起中毒性休克綜合征[3]。TSST-1通過激活T淋巴細胞使其活化、增殖，并釋放大量的炎性細胞因子引起強烈的免疫應答，最終導致炎癥失控和多器官的損害。TSST-1還能直接損害枯否細胞，抑制內毒素脫顆粒反應，使內毒素在體內蓄積，擴大內毒素的致死效應，引起內毒素休克[4]。

1.2 凝集因子A（Clumping factor A，ClfA）幾乎所有的SA都有ClfA。ClfA是與纖維蛋白原（fibrinogen，Fg）結合的主要蛋白，決定SA與纖維蛋白的結合能力[5]。研究表明ClfA的Fg結合活性對SA的致病力至關重要[6]。ClfA與組織中的Fg結合后使SA粘著在感染部位，進而在感染的局部增殖而致病；同時它與Fg結合后使其自身被Fg包裹而抑制調理素對其接近和沉著在其表面，進而起到抗吞噬作用。

1.3 表皮剝脫素（exfoliative toxin，ET）SA產生的ET通過血液循環到達全身，可引起面部紅斑、口周放射狀皸裂及全身淺表性、松弛性大皰，皰壁薄易破，破潰后形成似燙傷樣外觀的皮膚綜合征，好發于嬰幼兒及伴有腎衰或免疫缺陷的成人[7]。

1.4 殺白細胞毒素（Panton-valentine leukocidin，PVL）PVL是SA分泌的一種外毒素，以八聚體形式在宿主細胞膜上形成孔道，損傷細胞膜，導致細胞溶解，并可以介導血管擴張，觸發炎癥反應，使組織細胞壞死，引起感染進一步擴散。PVL與中性粒細胞和巨噬細胞的胞膜上的受體結合，使得細胞膜中三磷酸肌醇發生構型變化，細胞膜通透性增高，最終導致吞噬細胞大量壞死，死亡的細胞可形成膿栓。因此攜帶有PVL基因的SA致病性明顯強于沒有攜帶PVL基因的SA[8]。

1.5 金黃色葡萄球菌腸毒素（staphylococcal enterotoxins，SEs）SEs是由SA產生的外毒素，屬于超抗原。SEs的N端肽鏈具有催吐活性，可引起人嘔吐甚至食物中毒。SEs具有高度的耐熱性，因此，它引起的食品污染和食物中毒的危險性就更大，可以造成腸道外感染，以至對全身各器官組織產生損傷作用，最后發展到多個器官功能障礙，危及患者生命[9]。

1.6 生物膜（biofilm）BF是黏附到基質上形成的一種固著的微生物菌落，這些菌落被胞外聚合物所包裹，從而改變了其細菌生理學、代謝和基因轉錄等表型，使其更適應不利環境[10]。BF一旦形成，除具有極強的耐藥性（可增加10～1000倍）外，還能對先天性免疫和特異性免疫產生極強的抵抗力[11]。

2 耐藥機制

抗生素、消毒劑的不恰當使用導致近年來SA的耐藥菌株大幅度增加，同時還出現了多重耐藥菌。

2.1 β-內酰胺類mecA作為SA特有的耐藥基因，在SA對β-內酰胺類藥物的耐藥性方面發揮著重要的作用。細菌菌體表面合成的一種青霉素結合蛋白（penicillin-binding proteins，PBPs）對細菌的生長繁殖起著至關重要的作用。由于PBPs與β-內酰胺類抗菌藥物有較高的親和力，導致PBPs失去活性，阻斷細胞壁的合成，進而導致細胞的死亡。mecA基因存在于一個獨特的可移動的染色體盒SCCmec中，能編碼出新的青霉素結合蛋白PBP2a[12]，對β-內酰胺類藥物的親和力較低，但是與PBPs一樣都能參與細胞壁的合成，因而能在PBPs失活后替代其促進細胞壁的合成，進而表現出耐藥性[13]。

2.2 大環內酯類SA對大環內酯類藥物產生耐藥性的主要原因與位于質粒和染色體上的erm基因有關，尤其是ermA、ermB、ermC基因。大環內酯類抗菌藥物主要通過作用于細菌核糖體23S rRNA基因，阻斷蛋白質的合成，發揮抗菌作用。而該藥物的耐藥性則由甲基轉移酶Erm家族催化23S rRNA甲基化引起，導致大環內酯類藥物與RNA的親和力降低或散失，進而造成耐藥的結果。除此之外，核糖體蛋白L4的突變，核糖體大亞基23S rRNA堿基的突變也能引起對大環內酯類藥物的耐藥性[14]。

2.3 氟喹諾酮類（fluoroquinolones，FQNS）SA對FQNS的耐藥主要與藥物作用靶位酶的改變和藥物在菌體內蓄積量減少有關。FQNS以1，4-二氫-4-氧代-3-喹啉羧酸為基本結構，對細菌DNA促旋酶（Ⅱ型拓撲異構酶）和拓撲異構酶產生抑制，阻斷細菌遺傳物質的復制與轉錄，從而使細菌死亡。細菌對FQNS的耐藥，一方面由于靶酶的基因位點突變導致靶酶的空間位點變異，影響了FQNS與靶酶的結合，從而避免了細菌的死亡；另一方面，細菌對FQNS外排增加和（或）攝入減少導致的FQNS在體內積蓄量減少也是一個重要原因，其中外排增加更是占了較大的比重。介導外排泵的，主要是nor基因，尤其是norA基因[15，16]。

2.4 環脂肽細菌對環脂肽的耐藥機制主要與細菌細胞膜結構和功能的變化、基因突變以及病菌細胞壁的異常變化有關。環脂肽主要是通過干擾細胞膜對氨基酸的轉運，阻礙了細菌細胞壁肽聚糖磷壁酸脂質（LTA）的生物合成，使細菌細胞膜去極化，細菌死亡。細菌對環脂肽的耐藥機制，一方面是由于抗菌作用靶點所在的基因發生突變，導致藥物與細菌的連接點數量下降，使得藥物對SA的殺滅能力下降，對藥物產生耐藥性；另一方面，細菌參與細胞壁新陳代謝的幾種基因的表達上調，使得細菌細胞壁增厚，因而藥物對細菌的作用下降，達到耐藥的結果[17]。

2.5 糖肽類萬古霉素等的糖肽類藥物的耐藥機制，主要包括細胞壁增厚、肽聚糖交聯減少、青霉素結合蛋白PBPs的改變、抗生素誘導、調節基因改變、耐藥基因轉移、酶活性降低等。存在于細胞壁肽聚糖層上的D-丙氨酰-D-丙氨酰酸殘基與萬古霉素的結合可將大部分的藥物阻于細胞壁外，降低對細菌的殺傷力；肽聚糖單體五肽支鏈上的谷氨酸殘基未被酰胺化導致了肽聚糖交聯的減少，肽聚糖單體異常增加，由此可結合更多的萬古霉素，使藥物不能與細菌的靶位接觸；細菌對藥物的耐藥機制與調節基因也有一定的關系，包括agr基因的功能缺失等；作用于細胞壁的抗菌藥物如萬古霉素能使PBP2的表達量增加，細胞壁增厚，降低藥物對細菌的殺傷；有試驗表明，將萬古霉素耐藥菌株放在不含萬古霉素的培養基上培養，細菌的耐藥性下降，因而抗生素的誘導也是細菌耐藥的一個重要因素；SA耐藥菌株中的耐藥基因可以從腸球菌的質粒中轉移，因此耐藥基因的轉移也是細菌產生耐藥的一個重要原因；而微管系統的存在以及與萬古霉素有協同作用的水解酶、溶解酶等酶活性降低等也是細菌耐藥的一個不可忽視的方面[18]。

2.6 消毒劑消毒劑的耐藥機制與外排泵分子介導的耐藥和質粒介導的耐藥基因qac有密切的關系。消毒劑對細菌的殺滅作用往往不具有選擇性，通過物理和化學途徑作用于細胞外部成分、細胞胞質膜和細胞質等多個靶點，通常以破壞細胞壁和細胞膜等保護結構來引起細胞內物質滲漏、氧化胞內酶等滅菌[19]。外排泵分子的介導機制在消毒劑的壓力下，染色體上的norA、norC、mepA和mdeA基因表達增強，導致SA對消毒劑的抗性增強。另一方面，QacR蛋白作為qacA基因的負調控因子，當有外排的消毒劑等QacR蛋白的作用底物存在時，其與QacR蛋白結合阻止了其與qacA基因的啟動子的結合，使得qacA基因的表達上調，對胞內較高濃度消毒劑的消除有促進作用[20]。

2.7 唑烷酮類唑烷酮類藥物如利奈唑胺的耐藥機制，少部分菌株是由于攜帶cfr基因，大部分則是由于在23S rRNA V區出現了點突變[21]。利奈唑胺通過結合于細菌50S核糖體亞基的核糖體肽酰轉移酶活性中心（peptydyl transferanse center，PTC），抑制其蛋白質的合成，從而殺死細菌。細菌的PTC主要是由rRNA組成，因此該區域RNA的突變是SA對該藥物耐藥的一個重要機制；此外，cfr基因的作用靶點也是23S rRNA V區的G2503位點，因此，攜帶cfr基因也是細菌耐藥的一個重要方面[22]。

3 治療方法和策略

自19世紀40年代青霉素問世以來，人們就在尋找能殺滅SA的藥物和SA的不斷耐藥中交替進行，這是目前臨床抗感染治療的難點，由于最佳治療藥物、劑量、給藥途徑和治療周期都是不確定的，實驗表明，聯合用藥對于治療SA的感染是比較明智的選擇。

SA幾乎對所有的β-內酰胺類藥物都存在著不同程度的耐藥性，而大環內酯類藥物更是由于主動外排機制、生物膜、堿基突變等因素在投入應用后不久令SA的耐藥率逐漸升高，同樣，氟喹諾酮類藥物也存在交叉耐藥等現象。這三類藥物由于其耐藥現象較為明顯，已經不作為市面上廣泛應用的藥物。

環脂肽藥物如達托霉素可以殺滅處于對數期、穩定期和代謝遲緩的SA，主要用于其各種耐藥菌如MRSA等的感染，且與其他抗生素無交叉耐藥性，是一種很有治療前景的藥物。美國已批準供靜脈注射治療復雜的皮膚和軟組織感染[23，24]。

萬古霉素一向被譽為治療MRSA嚴重感染的最佳藥物，主要發揮時間依賴性殺菌作用，對各種耐藥型的SA有很強的殺菌作用。當然，該藥物的副作用也是不可忽視的，耳毒性、腎毒性等一些不良癥狀要求人們在使用該藥品時，一定要正確診斷疾病，做好藥敏并檢測好藥物濃度，防止出現不良反應[24]。另一方面，盡管中國國內未出現耐萬古霉素金黃色葡萄球菌（vancomycin resistant Staphylococcus aureus，VRSA）分離株的報道，但美國和日本已出現報道，故而臨床上可以考慮用替考拉寧代替[25]。

利奈唑胺作為唯一一個應用于臨床的唑烷酮類抗生素[23]，因其不易與其他抗菌藥物發生交叉耐藥，治療效果顯著。有報道稱，利奈唑胺與萬古霉素的抗菌作用及安全性相似甚至更優[25]，且近期發現，利奈唑胺與達托霉素聯合應用可有效治療SA的生物膜感染[23]。但另一方面，利奈唑胺在消化道以及血液系統的毒性等不良反應也是我們在臨床用藥時需要注意的問題。

消毒劑抗性的產生，也將人們對消毒劑的不規范使用，消毒劑化學成分不穩定等問題暴露在人們的視野之內。為了使消毒劑能發揮其最好的作用，應對不同地區的消毒劑使用情況進行監測，以確定適合本地區的最佳消毒劑。同時還可應用以下方式優化消毒劑的使用：⑴時常采用復方制劑和聯合消毒劑進行殺菌，不同的消毒劑對殺菌有協同作用，采用該方法有一定的臨床意義；⑵采用新型消毒劑。新型的人工抗菌物納米銀易與病原微生物接觸，有抗菌譜廣、抗菌時間長等優點，是一種很有發展前景的消毒液；⑶當被消毒區域有抗性菌株存在時，可提高消毒劑濃度，但要考慮消毒劑對創面的影響[26]。

在不斷尋找能殺滅耐藥菌的新藥物的同時，人們也嘗試從其他方面殺滅耐藥菌。細菌生物膜的存在，使得細菌極易產生耐藥性，抵抗宿主的防御[22]，因而人們開始從分解生物膜入手來解決問題，但該理論的實施是一個復雜的過程，還需要解決很多問題。另一方面，噬菌體及其裂解酶也是治療耐藥菌的一個新方向，有報道顯示，向患者注射噬菌體能使患者迅速恢復，且噬菌體的變異性和多樣性對于耐藥菌的治療也是一個優勢特征。但因噬菌體的制備、保存、作用條件等方面的局限性，以及人們對它安全性的懷疑和它本身不易控制的特性，使得關于噬菌體的研究還處于起步階段，臨床試驗較少[27]。

4 結語

SA的臨床感染今后仍是普遍又嚴重的問題，不僅是因為越來越多的抗生素出現耐藥，而且一系列的臨床病癥也在不斷地改變。SA是感染性心內膜炎和骨關節、皮膚、軟組織、胸膜肺等相關部位感染的主要原因[28]，是臨床上一個較為棘手的問題。大量醫藥工作者也正嘗試著從不同角度克服各種困難，尋找可以使SA徹底被消滅的方法，相信不久以后SA的耐藥和治療一定會有新的突破。

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R446.5，Q939.92

A

1674-1129(2017)01-0001-04

10.3969/j.issn.1674-1129.2017.01.001

2016-11-09；

2017-01-15)

國家自然科學基金（81541093）；山東省自然科學基金（ZR2015HL075）；山東省醫藥衛生科技發展計劃項目（2015WS0056）；濰坊市科學技術發展計劃項目（2014WS048）；濰坊醫學院大學生科技創新基金（KX2016033）

管程程，女，1997年生，醫學檢驗在讀本科，研究方向為臨床病原微生物的分子診斷。

李倩，女，1983年生，博士，講師，研究方向為臨床病原微生物的分子診斷，E-mail：liqian@wfmc.edu.cn。