家畜相關的金黃色葡萄球菌研究進展

徐進強，王俊書，金紅巖，顧慶云，封家旺

（西藏職業技術學院動物科學技術學院，西藏拉薩 850000）

金黃色葡萄球菌是一種常見的共寄生物和致病菌，廣泛存在于包括人類在內的許多動物體內。金黃色葡萄球菌可引起多種感染，從淺表皮膚和軟組織感染到危及生命的敗血癥。金黃色葡萄球菌已成為嚴重的公共衛生負擔。葡萄球菌性乳腺炎是乳品行業的主要問題，影響動物健康，每年造成每頭奶牛嚴重的經濟損失。雖然抗生素治療是單個動物的一種選擇，但它是不利的，因為成本和抗生素耐藥性的潛在風險，而且不適合解決致病性金黃色葡萄球菌在乳房組織長期存在的問題。因此，本文綜述了家畜相關的金黃色葡萄球菌相關毒力及對肉制品的風險，為進一步解決金黃色葡萄糖菌引起的相關問題提供理論依據。

1 毒力因子

人和動物的成功感染取決于金黃色葡萄球菌產生的毒力因子。廣泛的分泌和細胞表面相關的毒力因子可以表達，促進黏附到宿主細胞外基質成分，破壞宿主細胞，對抗免疫系統。目前至少有25種不同的毒素，15種識別黏附基質分子的微生物表面成分，它們對組織黏附很重要，這些毒力因子大部分已在人源分離株中被鑒定，只有少數研究調查了雞和牛的非ST398金黃色葡萄球菌的毒力基因（Schijffelen等，2010）。

Ikawaty等（2010）研究了臨床牛乳腺炎病例中分離出的76個金黃色葡萄球菌的大量毒力基因，顯示了編碼不同超抗原的基因的存在。此外，該研究還發現一些附加毒性因子基因的存在，包括黏附素、蛋白酶和膠囊類型。在粘連蛋白中，纖維蛋白結合蛋白A、彈性蛋白結合蛋白、胞外纖維蛋白原結合蛋白基因幾乎全部存在，8型膠囊蛋白基因也幾乎全部存在（占比96%）。根據毒力基因含量的不同，分離株可分為6大類，同時聚類分析結果與多位點序列分型和脈沖場凝膠電泳分型結果一致。牛菌株ET3的全基因組序列提供關于毒力因子的更多細節，受影響的蛋白包括凝結因子A和蛋白A，參與鐵吸收的基因突變表明，鐵代謝至少在這個克隆中，可能與已測序的人類品系有很大不同。根據作者的觀點，粘附素和鐵攝取的差異支持了這種菌株向細胞內生活方式轉變的觀點（Herron-Olson等，2007）。眾所周知，金黃色葡萄球菌可以在細胞內存活，這將是一種逃離吞噬細胞和抗生素的完美方法。但關于細胞內存活對感染的重要性證據仍然有限。

不同肉雞金黃色葡萄球菌的種群和遺傳分析表明，大多數分離株很可能來自于早年將人類的ST5分離株轉移到雞身上。一個代表性分離株的全基因組序列表明，該菌株對新寄主已適應，對于一些致病因子基因，如人類特異性免疫逃避簇和其他一些編碼人類特異性蛋白酶的基因都缺乏，而至少已獲得5種家禽特異性的移動遺傳元件。這些元素編碼幾種可能在雞毒力中起作用的蛋白質。最明顯的例子是在家禽感染的發病機制中涉及的蛋白酶（Lowder等，2009）。值得注意的是，第二大分離株群屬于一個克隆復合體，該復合體尚未在人體內檢測到。

攜帶SaPibov2的菌株在反芻動物分離株中廣泛傳播，能使反芻動物血漿凝固，與缺乏這種致病性的分離株形成對比。雖然S0385與毒性沒有直接關系，但其還有另外兩個有趣的特征。首先，vSaβ缺乏限制修飾系統特征，這個系統可以保護被引入的細胞DNA，這個系統的缺失可能使其更容易接受外來DNA，包括毒力因子和抗生素抗性基因。第二，基因組包含3個結合的結合元素，其中一個位于SCCmec內，確切功能尚不清楚，但很可能這些元素可以將DNA轉移到其他菌株，也可能在接受外來DNA方面發揮作用。這可能使這些菌株成為不同菌株之間基因轉移的中間產物。另外，該系統也可以作為蛋白分泌機制發揮作用（Stegger等，2010）。

參與生物膜形成的蛋白是識別黏附基質分子的微生物表面組分，其他蛋白起作用，icaABCD操縱子的產物多糖胞間黏附素也起作用。這些蛋白對生物膜的預防和清除具有重要意義。一些家畜菌株ica基因，編碼參與生物膜的形成，還有助于建立生物膜結合β-toxin hlb基因編碼，這不僅作為一種毒素，也作為DNA結合蛋白質在生物膜的形成（Huseby等，2010）。在人類衍生菌株中，hlb基因經常被編碼人類特異性免疫逃避蛋白的噬菌體破壞。

2 ST398及其傳遞性

Armand-Lefevre等（2005）首次報道豬金黃色葡萄球菌ST398菌株，他們在豬和人身上都發現對甲氧西林敏感的金黃色葡萄球菌（MRSA），但ST398分離株只占所發現類型的一小部分。此外，他們注意到，養豬戶比非養豬戶更容易攜帶金黃色葡萄球菌。ST398最初被Voss（2005）識別為一個問題，隨后的研究表明，ST398在豬和人之間傳播。從那時起，ST398菌株在許多國家記錄在案，并成為流行病。ST398耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的流行情況因國家而異。據報道，豬的患病率高達85%，農場70%，人員45%，但ST398也可能在國家中不存在，或至少沒有發現（Porrero等，2012），作者在一些農場發現，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的比率可能更低，甚至可能沒有。這些較低的比率是由于不同的隔離方法造成的，還是這些農場主要在養豬業的主流之外運作還有待觀察。隔離年份、采樣地點、農場類型、生產時間和隔離方法的差異可以解釋不同研究中發現的一些差異。此外，抗生素的使用和采樣前使用的抗生素類型也會影響結果。豬的品種也可能起到一定作用。

ST398并不僅局限于豬，也在健康家禽、犢牛和牛乳腺炎病例中檢測到，這些動物接觸感染是成為載體的危險因素。此外，研究人員發現了一種新型的mecA行列式，在家畜中稱為mecALGA251。新的行列式在氨基酸水平上只有63%的同源性，在DNA水平上只有70%的同源性，這個決定因素導致MICs從0.75～32 mg/L。新的mec基因最初是在英國15個奶牛分離株中被發現，根據多位點序列分型結果，該菌株屬于3個不同的譜系，但在51個對甲氧西林耐藥的人甲氧西林陰性菌株中也發現該菌株（Garcia-Alvarez等，2011）。它們中的大多數都具有與奶牛相同的spa類型，這表明mec基因已經存在了很長時間，只是沒有被發現。同時也表明其傳播緩慢。

農場之間動物的轉移也是一種可能的傳播途徑。由于豬場之間的交易（從產仔到屠宰加工）很常見，它可能在MRSA傳播中扮演重要角色。耐甲氧西林金黃色葡萄球菌ST398的傳播已經在仔豬和人類中進行了研究。在仔豬中傳播率為3.92%～52.54%。然而，在一項對照研究中發現，兩種優勢系ST398和ST9的4株MRSA混合使用，豬的鼻腔和胃腸道接種不會導致穩定定殖。相比之下，懷孕母豬在分娩前不久通過陰道接種可導致穩定定殖，這表明垂直傳播可能是一種更有效的傳播手段（Moodley等，2011）。

3 肉類中的金黃色葡萄球菌

雖然與動物接觸似乎是人類攜帶ST398的最重要的危險因素，但肉類產品也可能是一個來源。最近的一項研究表明，40只肉雞群中35%的MRSA呈陽性，大部分分離物屬于ST398，但略多于1/4屬于ST9和單一SPA類型。將近8%的個體肉雞在到達屠宰場時呈MRSA陽性，但在白天，由于受到污染，這一比例上升到35%。在參與將動物懸掛在屠宰線上的員工中有20%是MRSA陽性，而與肉雞有接觸的其他員工為1.9%，普通人群為0.1%（Mulders等，2010）。在肉類樣品中發現的大多數MRSA分離物屬于ST398，但ST9和更多的與人類相關的序列類型也有發現（Lim等，2010）。在豬肉中，金黃色葡萄球菌的比例差異很大。據報道，5%的樣品被回收，但超過一半的新鮮豬肉樣品也被報告為陽性。在豬肉中也有不同比例的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌。

4 耐藥性和疫苗

從家畜分離出的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌通常表現出對其他抗生素的耐藥性，而且分離出的耐藥模式可能是高度可變的。ST398分離株由于在染色體定位轉座子上存在tet（M）基因，通常與質粒編碼的tet（K）基因結合，表現出對四環素的普遍抗性。但據報道，豬ST398對其他抗生素的耐藥率很高。如Crombe等（2012）在643個耐甲氧西林金黃色葡萄球菌中，97%對甲氧芐氨嘧啶耐藥，73%對林可酰胺耐藥，32%對氟喹諾酮類抗生素耐藥。

金黃色葡萄球菌造成的疾病負擔和死亡人數在人和家畜中都很高。最初，金黃色葡萄球菌疫苗的需求主要取決于奶牛乳腺炎給奶牛養殖業造成的經濟損失。雖然疫苗是醫療設備的重要補充，但抗生素可以很容易地治療感染。金黃色葡萄球菌感染的問題隨著甲氧西林耐藥性的增加而增加。接種疫苗有助于減輕奶牛乳房炎的負擔。從家畜身上清除耐甲氧西林金黃色葡萄球菌ST398的必要性就不那么明確。由ST398引起的疾病負擔似乎很低，特別是在豬身上。此外，對人類的危險相當有限。但隨著更多的人類適應菌株的發展，這種情況很可能會改變，特別是當這些更適應人類的菌株也很好適應了家畜，并在家畜中廣泛傳播。

但針對金黃色葡萄球菌疫苗的開發被證明是有問題的。30年的廣泛研究并沒有使保護性疫苗進入市場，包括整個細胞、單個蛋白質或多糖、修飾毒素、融合蛋白和DNA接種。一些研究提供了額外的體外數據，如多形核白細胞增強調理吞噬作用、T輔助因子和細胞因子的反應。然而，挑戰性實驗顯示了一個不太有利的反應，這些原型疫苗失敗的原因可能有多種不同的原因（Daum和 Spellberg，2012）。

5 結語

在家畜中發現了與人類相關的分離株，就像在人類中發現與家畜相關的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌一樣。但與家畜相關的MRSA中以ST398為主，其次是ST9。家畜中出現越來越多的多重耐藥隔離物限制了治療選擇。接種疫苗是一個合乎邏輯的解決方案，但在市場上30年的研究并沒有產生一種有效的疫苗，因次還需要更多的研究方法來解決家畜相關的金黃色葡萄球菌問題。