高毒力肺炎克雷伯菌的毒力因子和耐藥機制研究進展 ①

李 政

(桂林醫學院附屬醫院檢驗科，廣西 桂林 541001)

1986年中國臺灣首次報道了高毒力肺炎克雷伯菌(Hypervirulent Klebsiella Pneumonia，hvKP)感染導致的肝膿腫合并感染性眼內炎病例，雖然積極應用大量抗生素治療，但最終仍導致大部分患者失明[1]。與傳統肺炎克雷伯菌(classic Klebsiella Pneumonia，cKP)相比，hvKP菌落在瓊脂培養基上表現出高黏液特性，常導致健康宿主非傳統部位嚴重轉移性感染，如肝臟和肝外部位的膿腫、重癥肺炎、腦膜炎、眼炎和壞死性筋膜炎等[2]。與cKP感染患者相比，hvKP更常見于社區獲得性感染中，尤其是那些沒有潛在疾病的患者[3]。作為能夠在健康個體中引起嚴重播散性感染的病原體，hvKP的感染已成為目前臨床關注的熱點。筆者從hvKP的相關毒力基因和耐藥兩個方面對hvKP的分子特征、耐藥現狀以及相關機制進行綜述，為臨床早期診斷和治療hvKP感染提供理論依據。

1 hvKP主要的毒力因子

1.1 莢膜多糖

莢膜多糖是肺炎克雷伯菌最重要的毒力因子，可使細菌呈現黏液性狀表型，高黏度的產生原因是莢膜多糖(Capsular polysaccharides， CPS)的過度分泌[4]。臨床上常用拉絲試驗初步鑒定hvKP[5]。根據莢膜多糖(K抗原)分型，可將肺炎克雷伯菌分為78個K血清型，其中，K1和K2莢膜血清型與hvKP密切相關[6-7]。雖然，目前臨床分離出的hvKP大多數具有高黏度表型，但近年來，也有一些具有高黏度表型而聚合酶鏈反應(polymerase chain reaction， PCR)卻檢測不到毒力因子表達的肺炎克雷伯菌株被分離出來[8]。同時，也發現部分菌株不表達高黏液表型，但是卻在健康人群中引起侵襲性感染[9]。因此，拉絲試驗陽性的肺炎克雷伯菌不一定就是hvKP，而hvKP并非一定表現出黏液性狀表型。

參與調控hvKP胞外莢膜多糖合成的主要莢膜轉錄激活因子是rmpA及rmpA2，而rmpA2基因有80%的序列與rmpA基因的3′-端DNA序列一致[10]，由于兩者具有極高的相似性而被認為同源[11]。但也有少數hvKP菌株攜帶rmpA基因，無高黏液表型[12]。magA(muco-viscosity-associatedgeneA)位于染色體上，也與莢膜的形成相關，為K1血清型所特有[13]。

1.2 脂多糖

脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)是細菌細胞壁的主要成分，是由脂質和多糖構成的物質(糖脂質)，包括3個結構域：脂質A、核心多糖和O抗原。O抗原能保護細菌免受血清補體系統介導的殺菌作用，但與避免中性粒細胞的吞噬作用無關[14]。目前已發現9種O抗原類型，分別為O1、O2a、O2ac、O3、O4、O5、O8、O9及O12[15]。其中，O1抗原是分離自肝膿腫患者的肺炎克雷伯菌中最常見的抗原類型。

1.3 鐵載體

鐵攝取系統也是目前研究較多的hvKP毒力因子。目前，報道與毒力密切相關的鐵載體包括腸桿菌素(enterobactin)、沙門菌素(salmochelin)、耶爾森菌素(yersiniabactin，Ybt)和氣桿菌素(aerobactin，Aer)等[16]，它們是微生物分泌的低分子量、高親和力鐵螯合化合物，能高度親和可溶性三價鐵離子，是肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumonia，KP)能夠在低鐵濃度條件存活的重要代謝物。同時，也能吸附并溶解宿主轉鐵蛋白中的鐵，促進自身生長繁殖并實現毒力作用。hvKP比cKP菌株在數量上能產生更多的類鐵蛋白，這些類鐵蛋白在生物學上更加活躍，即對鐵的親和力增強或對宿主因子的抵抗力增強[17]。

Ybt屬于混合型鐵載體蛋白，編碼基因位于高毒力基因島(high-pathogenicity island，HPI)的fyuA基因，編碼產物為fyuA蛋白，即Fe3+-Ybt受體，介導Ybt攜帶的鐵離子進入菌體[15]。當鐵缺乏時，fyuA蛋白產量增加，不僅能夠促進更多Fe3+進入菌體，利于細菌的繁殖，還可以促進細菌生物被膜的形成，增強細菌毒力[18]。研究[16]表明，與cKP相比，編碼Ybt及其受體的基因簇普遍分布于hvKP，特別在肝膿腫患者的hvKP中，HPI相關基因的表達明顯增加。

Aer是一種氧肟酸鹽與羧酸鹽混合型鐵載體蛋白，可以競爭組織和血液中的Fe3+，其表達不受溫度調節。Aer受體由基因簇iucABCD-iutA編碼，常與rmpA共同位于毒力質粒pLVPK[19]。Hsieh等[16]研究發現，肝膿腫患者的hvKP菌株，iucABCD-iutA的表達明顯增加。有研究[20]發現肺炎克雷伯菌自身并不產生Aer，但可表達Aer的受體，奪取其他菌分泌的Aer，從而為自身獲得游離鐵。Aer使肺炎克雷伯菌的毒力增強100倍，既是hvKP最重要的鐵載體，也是其重要的毒力因子。目前，盡管hvKP中Aer含量增加的機制仍不清楚，但當鐵缺乏時，Aer是hvKP鐵載體總含量增加的主要原因[21]。

沙門菌素是一種鄰苯二酚鹽型鐵載體蛋白，具有較高的鐵親和力。在hvKP感染機體的過程中，沙門菌素可以發揮其抗氧化作用，催化羥基自由基的生成，增強菌株的毒力，從而加重對宿主組織的損傷[22]。沙門菌素由基因簇iro BCDN編碼合成，沙門菌素和氣桿菌素的合成基因簇位于同一質粒上，水平轉移性獲得此毒力質粒的hvKP表達高黏液性表型，從而引起機體嚴重的轉移性感染[23]。

2 hvKP的耐藥性

2.1 碳青霉烯耐藥

目前，關于hvKP耐藥的報道中，與碳青霉烯類耐藥相關的占多數，產肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(Klebsiella Pneumoniae Carbapenemase， KPC)是碳青霉烯類耐藥的主要機制，而肺炎克雷伯菌也是KPC基因最常見的載體[24]。Yao等[25]通過耐碳青霉烯類高毒力肺炎克雷伯菌(carbapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae， cr-hvKP)和耐碳青霉烯類經典肺炎克雷伯菌(carbapenem-resistant classic klebiella pneumonia， cr-cKP)進行分析發現，cr-hvKP共屬于3種序列型(ST25、ST65、ST11)，絕大多數cr-hvKP均檢測到KPC-2基因，且與cr-cKP相比，pLVPK相關基因位點、rmpA、iroN和K2血清型在cr-hvKP中表達更為普遍。此外，Turton等[26]也檢測到了KPC基因陽性的高毒性K1-ST23分離株；ST11是中國最常見的cr-cKP基因序列型，如在2016年浙江大學附屬第二醫院5名接受外科手術的患者，在入住重癥監護室期間先后因感染ST11型產KPC-2的hvKP最終因對多種抗生素無效死于重癥肺炎，多器官衰竭和膿毒血癥休克，并將該菌命名為ST11 cr-hvKP，是一種新型的真正的“超級細菌”[27]，提示cKP和hvKP菌株之間質粒介導的耐藥基因水平傳播的可能性。在浙江發現通過手術傷口感染的5株K1 hvKPs，其中包括新的序列型ST1797，并且，所有菌株都攜帶magA和wcaG毒力基因，以及質粒攜帶的blaKPC-2基因[28]，類似全國范圍內報告的同樣攜帶blaKPC-2基因并表現高毒力的新序列型還有ST36[29]。近期Mohammad等[30]也首次在伊朗醫院ICU機械通氣患者的氣管標本中發現cr-hvKP分離株，經鑒定為K1-ST23序列類型，攜帶有blaVIM-2基因，位于I型整合子上，提示在hvKP中攜帶blaVIM-2偶聯質粒可能是由通過水平基因轉移獲得，并在菌株之間擴增。此外，英國一家醫院也首次檢測到K1-ST23 hvKP，屬于CC23，分離株可見blaNDM基因陽性[31]。

2.2 β-內酰胺類耐藥

超廣譜β-內酰胺酶(Extended-Spectrum β-Lactamases， ESBL)是目前已知細菌對β-內酰胺類抗菌藥物產生耐藥的主要機制。目前，關于hvKP針對β-內酰胺類抗生素耐藥的報道相對較少，且主要圍繞產ESBL的 hvKP展開，有報道[32]稱ESBL在cKPs中的陽性率明顯要高于hvKP。一項針對中國hvKPs抗菌藥物的耐藥性研究顯示，有12.6%的hvKP分離株ESBL陽性，其中大部分攜帶blaCTX-M基因，且中性粒細胞減少癥患者、系統性類固醇治療史以及聯合治療更容易感染產ESBL hvKP[33]。

綜上所述，高毒力肺炎克雷伯菌的感染通常表現為病情進展迅速、感染灶多發、預后差等特點，對臨床診斷和治療的要求較高。對于hvKP主要毒力因子的研究意義在于，一方面了解其致病機制；另一方面，在診斷過程中不僅局限于病原學診斷，對于毒力因子的分子診斷或許能幫助臨床醫師盡快了解是否為高毒力菌株，從而調整治療方案。hvKP的耐藥性問題日益突出，尤其是耐碳青霉烯類菌株的出現，增加了治療難度，給臨床帶來更大挑戰。雖然，目前尚未出現大范圍的hvKP耐藥菌株流行，但如果不及時加以預防和控制，耐藥hvKP將不可避免成為下一個“超級細菌”。總之，hvKP耐藥菌株的出現具有警示意義，尤其是我國作為hvKP高發地區，在實施嚴格的防控措施的同時，全面認識hvKP可為臨床診斷和早期治療hvKP感染提供更加可靠的依據。