呼吸道細菌性感染及耐藥機制的研究進展

孫冶 ，李新鳴，佟文英 ，焦文靜 ，何春英 ，肖純凌 *

（1.沈陽醫學院基礎醫學院病原生物學教研室，遼寧 沈陽 110034；2.遼寧省環境污染與微生態重點實驗室；3.基礎醫學院臨床醫學專業2014級9班；4.醫學應用技術學院高職檢驗專業2016級1班）

呼吸道感染是一種常見的感染性疾病，多因病原體入侵而引起，目前大量的文獻報道已證實人體上呼吸道有需氧菌、兼性需氧菌及厭氧菌定植，在數量和種類上維持相對穩定的狀態［1］。與上呼吸道相比，一般認為下呼吸道基本保持著無菌狀態，但Hilty等［2］研究發現，肺部也生存著豐富的菌群。呼吸道黏膜表面定居著大量的細菌，主要是厚壁菌門、放線菌門、擬桿菌門、變形桿菌門和梭桿菌門等，群體之間通過感應系統和局部產生的抗微生物多肽調節細菌種類和數量，保持動態平衡，與機體和平共處［3］。一般情況下，正常菌群不會致病，受機體活動影響的同時，也參與和影響機體的免疫功能，然而呼吸道是與外界相通的，直接暴露在外環境中，一旦體內環境中致病菌群增多，將破壞呼吸道菌群的平衡進而導致呼吸道感染［4］。

上呼吸道感染簡稱上感，包括普通感冒、咽喉炎、咽峽炎、扁桃體炎等，通常是由病毒引起的［5］；下呼吸道感染最常見是由細菌引起的［6］，包括急性氣管炎、急性支氣管炎、慢性支氣管炎、支氣管擴張、肺炎等。隨著抗生素的大量使用，耐藥致病菌不斷地出現，現將呼吸道細菌性感染疾病及耐藥性研究進展進行綜述。

1 呼吸道感染常見的細菌

鄺健強［7］對2014至2016年從南海經濟開發區人民醫院收治的240例呼吸道感染患者研究發現，分離出的致病菌中銅綠假單胞菌（P.aeruginosa）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）以及金黃色葡萄球菌（S.aureus，SA）是最為常見的感染菌株類型。葉霞等［8］對2013年1月至2014年12月老年疾病治療中心的568例呼吸道感染病例進行了分析研究，發現以銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯菌、鮑曼不動桿菌（Acinetobacter baumannii）、大腸埃希菌（E.coli）及SA為主要的細菌感染類型。以上研究調查表明銅綠假單胞菌、肺炎克雷伯菌及SA為主要的呼吸道感染致病菌。

1.1 銅綠假單胞菌 銅綠假單胞菌又稱綠膿桿菌，是假單胞菌的代表菌種，為革蘭陰性桿菌，好氧、廣泛存在于自然界中，是臨床感染的常見致病菌，也是下呼吸道感染的常見致病菌之一［9］。銅綠假單胞菌菌體生長在普通培養基上可以產生水溶性色素，在血平板上培養有透明溶血環；菌體在鏡下觀察呈細長、成對或短鏈狀排列；具有氧化酶陽性、分解葡萄糖、產酸不產氣等生理生化特征。在人體抵抗力低下時引起呼吸道感染，根據藥敏試驗結果，廣泛持續使用碳青霉烯類的美羅培南、慶大霉素、哌拉西林和3代頭孢菌素類頭孢哌酮、頭孢曲松、頭孢他定、頭孢吡肟及頭孢噻肟治療銅綠假單胞菌所引起的感染，耐藥性產生顯著性增強［9-11］，因此對銅綠假單胞菌的治療、監控和防范勢在必行。

1.2 SA SA隸屬于葡萄球菌屬，革蘭陽性菌的代表，可引起許多嚴重的感染，例如食源性食物中毒、心包炎、腦膜炎、膿毒敗血癥及肺炎等［12］。SA是人類化膿性感染中最常見的病原菌，引起局部化膿性感染，在呼吸道感染中可引起肺炎。SA的致病力取決于它產生的毒素，主要產生溶血毒素、殺白細胞素、腸毒素、表皮剝脫毒素、毒性休克綜合征毒素以及血漿凝固酶［13］。近些年隨著抗生素的廣泛使用，SA感染幾率也呈現逐年增多的趨勢，從而導致SA耐藥率和多重耐藥性逐年升高。隨著對SA耐藥菌的廣泛關注和研究，發現了一些耐藥性強、毒力高的耐藥型SA，如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillinresistant Staphylococcus aureus，MRSA），這給治療和預防SA感染帶來了極大的困難，已引起了臨床醫生的高度關注［14］。

1.3 肺炎克雷伯菌 德國病理學家E.弗里德蘭德于1882年首先對肺炎克雷伯菌進行描述，其屬于腸桿菌科，是一類有莢膜的革蘭陰性菌。肺炎克雷伯菌致病性強，可感染人體全身器官特別是對呼吸系統和泌尿系統具有嚴重的損傷，引發肺炎、腦膜炎、肝膿腫和敗血癥等疾病［15］。各種抗生素的廣泛使用，加速了肺炎克雷伯菌基因的進化，產生出多種致抗生素失活的酶，目前發現的β-內酰胺酶、氨基鈍化酶等可導致肺炎克雷伯菌對β-內酰胺類、氨基糖苷類、磷霉素等抗生素產生耐藥性［16］。近些年研究發現，肺炎克雷伯菌的多重耐藥性逐漸升高，一份臨床統計報告發現肺炎克雷伯菌的多重耐藥性占肺炎克雷伯菌總數的89.24%，對于頭孢他啶、左氧氟沙星、阿米卡星、復方新諾明等抗生素均有耐藥性［17］。

2 呼吸道細菌感染導致的嚴重疾病

一般的呼吸道疾病主要有咳嗽、咳痰、發熱、咽痛、胸痛、呼吸困難等臨床表現，發病時可表現出一種或多種臨床癥狀，也有很多情況下癥狀不明顯。呼吸道疾病如果伴隨著復雜的細菌性感染甚至是耐藥細菌的感染，將對患者產生巨大威脅，以下主要闡述一些呼吸道疾病并伴有細菌感染加重病情的相關研究。

2.1 慢性阻塞性肺疾病（COPD） COPD是一種發病率及病死率較高的慢性肺部疾病，是以氣流阻塞為特征的疾病，常引起支氣管炎和（或）肺氣腫慢性炎癥，隨著病情的加劇可以發展為肺源性心臟病，嚴重可致呼吸衰竭，影響全身系統功能［18］。COPD患者臨床多表現為慢性咳嗽，其次為咳痰、氣短、胸悶等癥狀。羅治海［19］研究結果顯示，由于COPD患者免疫功能下降，患者下呼吸道感染發生率增高，陽性率達32.13%，感染的病原菌主要是以革蘭陰性桿菌為主，其檢出率為36.83%，可加重COPD病情的惡化。有研究報道，臨床治療中廣譜抗菌素的廣泛應用，使得肺內銅綠假單孢菌感染率明顯增加，同時又加速了銅綠假單胞菌耐藥菌的產生，在COPD急性加重期合并銅綠假單孢菌感染時，銅綠假單孢菌不僅攜帶能夠水解青霉素類、廣譜或者超廣譜頭孢菌素類及單環β-內酰胺類藥物的ESBLs基因，還可能攜帶其他種耐藥基因［20］，這增加了COPD治療的難度，使銅綠假單孢菌成為COPD治療最重要的影響因素。

2.2 支氣管哮喘 支氣管哮喘（bronchial asthma）簡稱哮喘，是由多種細胞和細胞組分參與的氣道慢性炎癥性疾病［21］。一份調查顯示，截至2010年，我國成年人哮喘發病率為1.09%，其中男性患病率為1.17%，女性患病率為1.00%，隨著年齡的增加哮喘患病率也隨之升高，70歲以上年齡組患病率高達4.10%［22］。支氣管哮喘發病原因有2種：一是機體內在的致病因素，即生物遺傳因素或者心理遺傳因素；二是外界環境致病因素，受外界環境干預引起［23］。由于病原體的刺激，呼吸道產生并分泌多種炎性介質，與呼吸道內的各種組織相互作用，導致呼吸道的正常組分改變，引發哮喘，其臨床癥狀表現為咳嗽、胸悶以及呼吸困難等［24］。SA是人類皮膚和呼吸道常見的微生物群，可以產生一種或者多種腸毒素（staphylococcal enterotoxin，SE），SE可以影響免疫調節細胞和促炎細胞活性，加重病態反應性炎癥，而臨床上廣泛使用抗生素來抑制SA的增殖，造成耐藥SA的產生，最終使支氣管哮喘患者病情快速惡化［25］。

2.3 肺結核 肺結核（pulmonary tuberculosis）是由結核分枝桿菌感染引起的一種慢性傳染性疾病，臨床表現為低熱、盜汗、乏力及消瘦等，呼吸系統癥狀表現為咳嗽、咳痰及咯血，由于感染導致機體免疫功能減退而容易受其它病原菌感染［26］。肺結核繼發呼吸道細菌感染時，病原菌主要是以革蘭陰性菌為主，依次為肺炎克雷伯菌、大腸埃希菌、陰溝腸桿菌、不動桿菌及銅綠假單胞菌［27］。長期大量應用廣譜抗生素治療，易產生耐多藥結核病，加速肺部多發空洞、支氣管擴張、胸膜增厚及肺纖維化等肺部結構變化，繼發重癥肺部感染，導致患者病情快速發展甚至死亡［28］。

3 呼吸道感染耐藥細菌產生的機制

隨著廣譜抗生素的普遍使用，許多病原菌產生耐藥性，并逐漸增強，給臨床治療帶來很大的阻礙。有些致病菌同時具有多種耐藥機制。因此，了解病原菌的耐藥機制在藥物治療上有著至關重要的作用。

3.1 青霉素結合蛋白的異常表達 細菌表面合成的一種青霉素結合蛋白（penicillin-binding proteins，PBPs）具有較高的羧肽酶和轉肽酶活性，參與細菌細胞壁成分中肽聚糖的合成與再造，是維持細菌生長繁殖的重要膜蛋白［29］。異常的PBPs表達是SA產生耐藥性的主要機制，在抗生素使用過程中，SA可以表達由mecA基因編碼的PBP2a蛋白，該蛋白具有轉肽酶活性，可替代SA中由pbp2基因編碼的PBP2蛋白，而PBP2a與β-內酰胺類藥物（如青霉素）結合能力較差，可有效地維持菌體細胞壁成分中肽聚糖結構的穩定性，進而使SA產生耐藥性［30-31］。

3.2 藥物結合靶點改變 抗生素發揮抑制致病菌生長作用是通過與細菌上特定的靶點識別和結合來完成的，當致病菌上能被藥物識別的靶點發生改變時，藥物將無法識別目標而不能發揮作用。喹諾酮類藥物（諾氟沙星、氧氟沙星、左氧氟沙星、環丙沙星、加雷沙星和加替沙星等）結合肺炎克雷伯菌的靶點是gyrA基因編碼的DNA旋轉酶和parC基因編碼的拓撲異構酶Ⅳ。研究發現廣泛使用抗生素后肺炎克雷伯菌菌株的gyrA基因（83位、87位、47位、27位）和parC基因（80位、91位）發生突變，導致DNA旋轉酶和拓撲異構酶Ⅳ表達異常，進而導致肺炎克雷伯菌對喹諾酮類抗生素的耐藥性［32-33］。拓撲異構酶Ⅳ的主要功能是負責DNA斷裂和重接，在DNA復制后期起到分離姐妹染色體的作用，parC基因的突變常伴有gyrA基因的變異，進而導致肺炎克雷伯菌對喹諾酮類抗生素的耐藥性增強［33］。

3.3 藥物滅活酶的產生 大量使用抗生素，使一些致病菌進化成可以產生出特定功能的酶類分子，這些酶類分子賦予致病菌耐藥性。具有耐藥性的流感嗜血桿菌可以產生β-內酰胺酶，可以水解β-內酰胺類抗生素，使β-內酰胺類抗生素失去活性從而產生耐藥性［34］。所有的銅綠假單胞菌都具有ampC基因，其編碼的AmpC酶能夠水解絕大多數的β-內酰胺類抗生素，與ampC基因相鄰的ampR基因編碼的AmpR蛋白，此蛋白具有調節ampC基因表達的功能；在誘導性抗生素存在時，ampR基因編碼AmpR蛋白表達并啟動ampC基因轉錄AmpC酶，滅活抗生素活性，從而導致銅綠假單胞菌耐藥性的產生［35］。

3.4 生物膜的改變 細菌生物膜（bacterial biofilm，BF），是由細菌和自身分泌的胞外物質組成，附著或鑲嵌在其上面的孔蛋白是物質交換的通道。這類細菌群體形成的生物膜，將造成藥物不能正常進入或結合致病菌因而產生較強的耐藥性，此外，生物膜將感染部位與周圍組織隔離開來，可以逃避宿主免疫作用［36］。銅綠假單胞菌生物膜的耐藥機制尚未明確，目前較被認可的一種學說認為，銅綠假單胞菌生物膜的主要成分——藻酸鹽的編碼基因algD，是由mucA和mucB基因調節的，當mucA突變時，導致產生大量藻酸鹽從而阻礙抗生素進入菌體內，增加致病菌的耐藥性；此外銅綠假單胞菌生物膜帶有大量的陰離子，當與帶有陽離子的抗生素相結合，可降低抗生素的轉運；同時銅綠假單胞菌生物膜具有多種水解酶、H2O2酶及鈍化酶活性，可以滅活部分抗生素，賦予銅綠假單胞菌耐藥性［37］。

4 小結與展望

呼吸道細菌性感染是一類病情輕重復雜的疾病，輕者為簡單的感冒，不需要治療，自身的免疫系統就能痊愈；重者會發生呼吸衰竭甚至死亡，具有臨床發病率高，病程長及治愈難等特點。致病菌通過呼吸系統感染呼吸道，除直接從環境中獲得致病菌外，院內感染也是主要途徑，呼吸機和機械性通氣都可能引起呼吸道感染，有時還可能導致交叉感染［38］。呼吸道感染的嚴重性在于合并和引發的相關疾病，對這些疾病的治療和控制也是目前比較棘手的問題。

近年來，隨著廣譜抗生素研發的快速發展，雖然治療效果得到極大的提高，但是由于抗生素使用不規范、濫用現象日益增多，加速了細菌耐藥性產生和相應抗生素使用壽命降低［39］。細菌一旦產生耐藥性后，不僅為細菌感染的治療帶來困難，而且在伴有慢性肺部疾病的情況下，加劇了肺部疾病病程，增加了治療難度，患者的死亡率也隨之增加［40］。因此臨床治療中應當合理應用抗生素，同時加強細菌耐藥性監測，并根據藥敏試驗結果合理選用抗生素，從而有效地利用抗生素，減少耐藥菌株所引起的繼發疾病的發生。

參考文獻：

［1］司小北，安春麗.呼吸系統微生態演替及其研究進展［J］.中國微生態學雜志，2010，22（1）：88-91.

［2］Hilty M， Burke C， Pedro H， et al.Disordered microbial communities in asthmatic airways［J］.PLoS One， 2010， 5（1）：e8578.

［3］肖純凌.呼吸道微生態研究進展［J］.沈陽醫學院學報，2016，18（1）：1-5.

［4］張莉.上呼吸道微生態平衡研究與益生菌制劑［J］.內蒙古大學學報（自然科學版），2006，37（6）：714-718.

［5］劉玉娟，靳繼海，趙海濤，等.兒童急性上呼吸道感染治療中使用抗生素的風險因素及應對策略［J］.大家健康（學術版），2014，8（8）：149-150.

［6］陳國軍，胡中杰，陸建紅，等.下呼吸道感染常見病原菌分布及其耐藥性分析［J］.中華醫院感染學雜志，2010，5（4）：237-239.

［7］鄺健強.呼吸道感染患者病原性細菌的臨床檢驗分析［J］.深圳中西醫結合雜志，2016，26（21）：78-79.

［8］葉霞，吳明德，鄒艷.老年呼吸道感染病原菌分布與耐藥性分析［J］.國際檢驗醫學雜志，2017，38（1）：94-95.

［9］施曉群，孫景勇，倪語星，等.2011年中國CHINET銅綠假單胞菌耐藥性監測［J］.中國感染與化療雜志，2013，13（3）：218-222.

［10］盧亞林，何咪霖.下呼吸道感染中銅綠假單胞菌耐藥性調查分析［J］.中國衛生檢驗雜志，2015，25（2）：286-288.

［11］方根，國鈺梅.ICU患者下呼吸道感染銅綠假單胞菌耐藥分析及臨床對策［J］.中國社區醫師，2013，15（7）：26-27.

［12］管程程，于美美，高偉等.金黃色葡萄球菌的致病和耐藥機制研究進展［J］.實驗與檢驗醫學，2017，35（1）：1-4.

［13］饒青，尚偉龍，周人杰.重復序列致agrC突變對金黃色葡萄球菌致病性的影響［J］.第三軍醫大學學報，2014，37（5）：398-403.

［14］伍晨輝，宋秋月，李培群，等.不同科室分離金黃色葡萄球菌耐藥差異及意義探討［J］.實驗與檢驗醫學，2016，34（4）：435-438.

［15］康燕菲，田平芳，譚天偉.肺炎克雷伯氏菌毒力因子的研究進展［J］.微生物學報，2015，55（10）：1245-1252.

［16］賈艷，孫長江，韓文瑜，等.肺炎克雷伯菌研究進展［J］.微生物學雜志，2006，26（5）：75-78.

［17］劉軍，周鷹豪，黎陽.肺炎克雷伯菌ESBLs的檢測及多重耐藥性分析［J］.重慶醫學，2012，41（33）：3525-3528.

［18］丁寧，王勝.慢性阻塞性肺疾病發病機制最新研究進展［J］.臨床肺科雜志，2016，21（1）：133-136.

［19］羅治海.慢性阻塞性肺疾病患者下呼吸道感染病原菌分布特點和耐藥特征分析［J］.慢性病學雜志，2016（4）：461-463.

［20］鐘如柱，許志明，喻云梅，等.COPD患者呼吸道感染銅綠假單胞菌的耐藥性及ESBLs檢測［J］.中國臨床研究，2015，28（2）：155-158.

［21］馮曉凱.我國支氣管哮喘患病情況及相關危險因素的流行病學調查［D］.北京：北京協和醫學院，2014.

［22］叢舒，方利文，馮雅靖，等.我國成年人支氣管哮喘患病狀況及影響因素分析［J］.中國健康教育，2015，31（5）：435-439.

［23］安淑華，王艷艷，宋慶，等.兒童哮喘相關因素Logistic回歸分析［J］.臨床兒科雜志，2010，28（5）：455-458.

［24］張洪梅，邢印龍.支氣管哮喘急性發作55例臨床分析［J］.醫學信息，2011，24（5）：2623-2624.

［25］唐新業，孫榮，洪蘇玲.金黃色葡萄球菌腸毒素B在變態反應性疾病發病機制中的作用［J］.免疫學雜志，2011，27（8）：719-725.

［26］于春寶，李學政，張先欣，等.肺結核合并慢性阻塞性肺病患者的臨床特點及抗結核藥物的耐藥性分析［J］.山東醫藥，2017，57（1）：74-75.

［27］邢潔，邵紅霞，黃淑萍.肺結核與非結核患者罹患下呼吸道感染的細菌分布及耐藥性比較［J］.中國現代應用藥學，2017，34（3）：417-419.

［28］郝曉暉，唐神結，陳先平.耐多藥肺結核患者合并呼吸道感染的菌種分布及藥敏分析［J］.中國防疫雜志，2011，33（2）：103-108.

［29］王欣慧，蔣燕群.青霉素結合蛋白與革蘭陰性細菌耐藥性的研究進展［J］.上海交通大學學報（醫學版），2012，32（6）：820-822.

［30］朱竟赫，郭文潔，劉耀川，等.革蘭陽性菌青霉素結合蛋白研究進展［J］.動物醫學進展，2010，31（1）：77-80.

［31］虞亦鳴，馬紅映，王翎.下呼吸道感染耐甲氧西林金黃色葡萄球菌分子生物學特征研究［J］.中華醫院感染學雜志，2015，25（6）：1211-1214.

［32］張明華，楊鋼，李晶.呼吸道感染患者肺炎克雷伯菌gyra基因和parc基因突變情況及其耐藥機制分析［J］.中國病原生物學雜志，2015，10（1）：65-68.

［33］徐艷，付英梅，張文莉，等.肺炎克雷伯菌gyrA基因與parC基因的突變研究［J］.中國微生態學雜志，2008，20（4）：350-352.

［34］季偉，吳軍華，邵雪軍，等.急性呼吸道感染患兒流感嗜血桿菌耐藥及耐藥機制分析［J］.中國實用兒科雜志，2010，25（12）：920-923.

［35］李學如，孟濤，王艷.銅綠假單胞菌耐藥機理研究進展［J］.國外醫藥抗生素分冊，2004，25（3）：105-108.

［36］陳鐵柱，李曉聲，曾文魁，等.細菌生物膜耐藥機制的研究與進展［J］.中國組織工程研究，2010，14（12）：2205-2208.

［37］徐笑洋，邱晨.銅綠假單胞菌生物膜耐藥的研究進展［J］.廣東醫學，2012，33（10）：1509-1513.

［38］王嵐，劉新，周園，等.醫用導管內鮑氏不動桿菌生物膜與ICU醫院感染相關性研究［J］.中華醫院感染學雜志，2010，20（20）：3081-3084.

［39］徐修禮，劉家云.細菌對抗生素耐藥機制研究的某些進展［J］.國際檢驗醫學雜志，2002，23（2）：83-84.

［40］陳霞.慢性阻塞性肺疾病急性發作期細菌感染與肺功能的相關性研究分析［J］.中國醫藥指南，2013（10）：190-191.