我國動物源細菌耐藥性的研究進展及防控策略

孫康泰, 張建民, 蔣大偉, 王小龍, 葛毅強, 鄧小明*

(1.中國農村技術開發中心, 北京 100045; 2.華南農業大學獸醫學院, 廣州 510642; 3.河南農業大學牧醫工程學院, 鄭州 450002; 4.西北農林科技大學動物科技學院, 陜西 楊凌 712100)

我國是世界抗生素生產大國，年生產量21萬t，除3萬t用于出口外，剩下的一半(約9.7萬t)用于動物養殖。其中，食品動物生產中抗生素消費量位居全球第一，占全球總消費量的23%，遠高于美國(13%)和巴西(9%)[1]。抗生素的廣泛使用導致細菌耐藥性產生并擴散，而動物養殖業被認為是其產生的主要源頭之一，可導致耐藥菌和耐藥基因在“動物、食品、環境和人群”這一全鏈條內流通，威脅人類健康。因此，基于“同一世界、同一健康(One World, One Health)”理念，開展“全鏈條”框架細菌耐藥性的形成與控制研究迫在眉睫[2]。近年來，科學技術部等部門立項并資助了多個細菌耐藥性相關科研項目，旨在闡明我國細菌耐藥性現狀，遏制細菌耐藥性蔓延。在此背景下，我國初步構建了動物、食品、臨床等多個平臺的全國細菌耐藥性監測體系，闡明了多種重要病原菌特定耐藥表型的產生機制與傳播規律，提出了多條針對耐藥病原菌防控的綜合性策略[3-6]。然而，在我國科學家不斷取得突破性成果、提升研究水平與國際地位的背后，僅僅揭示了細菌耐藥性的冰山一角，其形成機制不清、危害性隱蔽、傳播規律不明與檢測、控制技術不成熟的基本特征并未發生根本性轉變。這些已取得的研究成果表明，細菌耐藥性正在發生新變化，新的耐藥情況不斷出現，防控形勢更加嚴峻，相關研究亟需進一步加強。本文針對我國動物源細菌的耐藥性現狀，從細菌耐藥性的形成機制、傳播與進化規律、控制技術和防控策略四個方面闡述了取得的重要進展，并提出了建議，以期為推動我國的耐藥性基礎研究和防控工作。

1 細菌耐藥性形成機制

根據耐藥性監測的數據，國內外科學家也對其重要耐藥表型的形成機制進行了進一步研究，研究重點集中在腸桿菌、葡萄球菌和彎曲桿菌等病原菌對黏菌素、β-內酰胺類、喹諾酮類、氨基糖苷類、四環素類、噁唑烷酮類等動物和人類重要抗菌藥物的耐藥性形成機制。近年來，我國在這方面取得了突出的進展，在國際上首次發現了多個新的耐藥基因，尤其是發現了質粒介導的黏菌素耐藥基因mcr-1。這一原創性發現突破了以往認為黏菌素不存在可轉移耐藥機制的觀點，豐富了耐藥性形成理論，從分子機制上解釋了國內畜禽源大腸埃希菌對黏菌素耐藥性升高的原因[7]。相關研究結果引起全球關注，目前已有50多個國家檢測到mcr-1，該文章已被引用2 000多次，引領帶動了國際上相關領域的研究熱點，并直接影響到世界衛生組織、歐洲藥品管理局、日本、泰國等對抗菌藥物管理政策的調整，促成我國農業農村部下發“停止硫酸黏菌素用于動物促生長”的2428號公告。該公告于2017年生效，顯著降低了國內動物和醫學臨床腸桿菌對黏菌素類藥物的耐藥水平，為控制細菌耐藥性發展、保護黏菌素這一“最后一道防線”藥物的有效性做出了突出貢獻。

2019年，中國農業大學沈建忠院士研究團隊以及華南農業大學劉雅紅教授團隊通過各自研究，先后在《自然-微生物學》報道了動物、食品和臨床中出現的新型可轉移的替加環素高水平耐藥機制——Tet(X3)和Tet(X4)[8-9]。繼Tet(X3)和Tet(X4)報道后，我國人醫臨床和動物中又相繼報道了Tet(X5)和Tet(X6)，表明不同亞型可轉移的替加環素耐藥基因具有大量存在和廣泛傳播的可能[10-11]。該發現增加了多重耐藥菌“最后一道防線”全面失守的風險。更為嚴重的是，由于交叉耐藥性的存在，動物養殖業中金霉素和土霉素等四環素類藥物的廣泛使用可能導致tet(X)基因在動物體內及養殖環境中富集與擴散，提示應全面評估該類藥物在養殖動物中使用的風險。相關研究為深入闡明動物病原菌重要耐藥表型的形成機制奠定了堅實基礎，同時也豐富了細菌耐藥性形成機制。

2 細菌耐藥性的傳播與進化規律

細菌耐藥性的傳播與進化機制一直是細菌耐藥研究的核心，也是未來防控耐藥性的基礎。近年來，我國在細菌耐藥基因的傳播與進化規律研究方面一直處在國際領先地位， 2011年，我國首次系統地報道了養殖環境中細菌耐藥性的傳播規律，發現養殖環境中細菌耐藥性高于平均水平；2013年,率先報道人體腸道微生物組內耐藥基因與農業大量使用抗生素的關聯性，指出養殖業大量使用抗生素產生的耐藥性傳播到臨床的風險性很高。另一方面，在2009年報道第一個攜帶NDM-1的超級耐藥菌之后，我國業內科學家在很短的時間內已經全面的闡明了我國農業養殖、環境和臨床中NDM-1的傳播與進化規律[5, 12-15],為制定相關防控措施提供了理論依據。2015年,轟動全球的黏菌素耐藥基因mcr-1的發現將我國細菌耐藥性研究推向一個新的臺階[1]；2016年,通過對全球細菌基因組和微生物組大數據的分析確認了病原細菌和非病原細菌之間耐藥基因傳播的網絡，并對可移動耐藥基因的傳播規律做了非常全面的研究[16]；2018年，對城市污水系統微生物組耐藥性的研究不但在國際上首次揭示了城市污水系統細菌耐藥基因狀態，同時還提供了一個全新的微生物組耐藥基因的分析方法和策略，充分體現了我國在細菌耐藥性方面的研究處在國際先進水平[17]。

3 細菌耐藥性控制技術

對于耐藥性控制技術研究而言，我國的科研工作也取得了一些成果。例如在新型藥物研發方面，針對耐藥靶標，建立新型抗生素研發的臨床評估技術平臺，開展抗菌活性化合物的篩選與新型抗生素開發；運用計算機虛擬篩選等篩選天然或人工合成的新型抗菌增效劑；抗耐藥新型抗生素研發方面，運用天然藥物及分子篩選平臺，篩選海洋細菌、植物等含有的天然綠色小分子化合物或特異性抗菌藥物前體，并闡明其抗菌活性與化學結構，開發新型抗生素；抗生素的替代物研發方面，擴充中藥單體庫，開發中藥及其活性單體中抗菌活性物質的篩選與評估；開展基于噬菌體療法的耐藥基因定向消除技術，擴大其普適性并充分評估噬菌體療法的安全性；研發基于特異性機制的耐藥抑制劑；精準化給藥方案方面，運用了PK/PD同步模型及防耐藥突變機理等制定精準化用藥方案，提高抗菌藥物的療效，減少抗菌藥物的使用；耐藥菌傳播控制策略方面，闡明人和動物獲取耐藥菌的主要途徑和環節，尋找關鍵控制點和風險因素，在不同環節制定切實可行的干預、阻斷、逆轉、消減與凈化措施，從源頭上減少耐藥菌的產生和釋放。

4 細菌耐藥性的防控策略

4.1 細菌耐藥性監測

細菌耐藥性問題愈來愈被全球關注。監測細菌耐藥性是掌握其發生發展動態的基礎，既可指導臨床(包括醫學與獸醫)合理選用抗菌藥物，又可促進行業健康發展，保障人類健康。為此，世界上許多國家和組織都開展了細菌耐藥性的相關監測活動，歐盟各國、美國、加拿大、日本和我國先后建立了細菌耐藥性監測系統，對動物源、食品源、人源病原菌及人獸共患病原菌、共棲指示菌進行藥物敏感性檢測，獲得了全面、系統的耐藥性數據，為耐藥性風險評估奠定了基礎。2019年，Van Boeckel等[18]基于全球發布的50余份細菌耐藥性監測數據進行綜合分析，表明全球多個地方的細菌耐藥性處于中位到高位水平[18]。我國抗菌藥物臨床應用和細菌耐藥性監測體系也日趨成熟。在動物養殖方面，農業農村部建立了全國覆蓋22省市的動物源細菌耐藥性監測系統，反映了我國動物源病原菌的耐藥流行情況，為動物源耐藥病原菌危害人類健康的風險評估提供了豐富的數據資料。監測結果發現我國動物源病原菌耐藥率遠高于美國、丹麥等發達國家[19]。

4.2 防控策略

面對日益嚴重的細菌耐藥性問題，世界各國與相關國際組織高度關注。歐美等發達國家在細菌耐藥性防控方面也逐步建立起了較為先進的法規體系與管理制度。早在2006年，歐盟就做出全面禁止抗菌促生長劑(antibacterial growth promoter，AGPs)在食品動物中使用的決定。2017年，歐盟啟動了抗擊抗菌藥物耐藥性的《One Health行動計劃》，旨在加強歐洲動物源細菌耐藥性防控。美國2012年發布了《食品動物謹慎使用醫學重要抗菌藥物的工業指南》(GFI #209)，2014年宣布在食用動物養殖中取消16種抗菌藥物的使用，2015年發布了《抗擊耐藥細菌國家行動計劃》。WHO、FAO、OIE等國際組織也十分重視動物源細菌耐藥性對食品安全和人類健康的風險。早在2000年，WHO就制定了《遏制食品動物源抗菌藥物耐藥性全球指導準則》；OIE于2007年制定了獸醫重要的抗菌藥物清單；2011年，國際食品法典委員會(CAC)制定了《食源性細菌耐藥風險評估指南》，為開展養殖業使用抗菌藥物引起細菌耐藥性對人類健康影響的風險評估提供了依據；2016年，OIE和FAO分別發布了《謹慎使用抗菌藥物戰略》《抗菌藥物耐藥性行動計劃》；2017年，WHO制定了《食品動物使用重要醫用抗菌藥物準則》。

我國政府高度重視加強抗菌藥物管理遏制細菌耐藥工作。在應對細菌耐藥聯防聯控工作機制下，制定發布了《遏制細菌耐藥國家行動計劃(2016-2020年)》，成為全球最早發布和實施行動計劃的國家之一。各部門按照行動計劃，圍繞抗菌藥物的研發、生產、流通、使用、環境保護、宣傳教育和國際合作等方面采取了一系列行動取得了積極成效。抗菌藥物管理的長效機制進一步強化，遏制細菌耐藥的社會治理體系逐步形成，抗菌藥物應用合理化水平不斷提高，細菌耐藥形勢總體平穩向好。相關專家共識陸續出臺，包括《廣泛耐藥革蘭陰性菌感染的實驗診斷、抗菌治療及醫院感染控制：中國專家共識》《中國碳青霉烯耐藥革蘭陰性桿菌(carbapenem-resistant organism，CRO)感染預防與控制技術指引》等。我國抗菌藥物臨床應用和細菌耐藥監測體系日趨成熟，成立了臨床細菌耐藥監測網與動物源細菌耐藥性監測網等多個監測平臺，實現了對細菌耐藥水平的實時監控。

我國抗菌藥物細菌耐藥防控制度也逐步健全，臨床上先后出臺了《藥品管理法》《抗菌藥物臨床應用管理辦法》《處方管理辦法》《醫院處方點評管理規范(試行)》和《抗菌藥物臨床應用指導原則(2015年版)》，發布了《國家抗微生物治療指南》《產NDM-1泛耐藥腸桿菌科細菌感染診療指南(試行)》《多重耐藥菌醫院感染預防與控制技術指南(試行)》和《醫院感染監測規范》等法規和技術性文件。在動物源細菌耐藥性方面，農業農村部(原農業部)2002年發布了《禁止在飼料和動物飲用水中使用的藥物品種目錄》，對抗菌促生長劑的使用品種進行了限制；2008年建立了動物源細菌耐藥性監測系統，開始進行例行年度監測；2013年發布了《獸用處方藥和非處方藥管理辦法》和《獸用處方藥品種目錄》，將絕大多數抗菌藥物列入獸用處方藥；2015年啟動了《全國獸藥(抗菌藥)綜合治理五年行動方案》；2017年6月,農業農村部出臺了《全國遏制動物源細菌耐藥性行動計劃(2017—2020年)》；2018年4月出臺了《農業農村部辦公廳關于開展獸藥抗菌藥物減量化行動試點工作的通知》等多個國家計劃，以期遏制細菌耐藥性的蔓延；2019年7月出臺了第194號公告，自2020年1月1日起，在養殖業中退出除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑品種。

5 結語

隨著碳青霉烯類、黏菌素類、替加環素等“底線”藥物出現可水平轉移的耐藥性，抗菌藥物失效的可能性正在逐步增加，人類步入“后抗生素時代”的可能也在同步放大。同時，由于交叉耐藥性的存在，其他同類型藥物或同靶位作用藥物的廣泛使用可能形成選擇壓力，造成現已發現的耐藥菌株產生適應性突變，形成新的耐藥機制并繼續傳播，為公共衛生帶來重大隱患。這對抗菌藥物需要合理、合規、合量使用發出了重要警示，更對新型抗菌藥物的創新與研發提出了極為迫切的要求。面對這樣的現狀與影響，相關領域的研究布局仍亟待加強。

一是要充分認識動物源細菌耐藥性研究的重要性、長期性。與人醫臨床的細菌耐藥性相比，動物源細菌耐藥性所受關注不足，但近年來新型動物源細菌耐藥基因被發現并廣泛流行，表明動物源細菌耐藥性問題廣泛而復雜，耐藥性監測與替代藥物研發更是長期工作。鑒于其重要性，相關領域應納入國家技術預測與國家中長期科技發展規劃布局，考慮給予長期穩定支持。

二是要加強動物源、食品源、養殖環境源、人畜共患重要病原菌等耐藥性的基礎研究。目前,動物衛生領域科研投入主要集中檢測技術和疫苗研發等偏應用的領域，病原學流行病學調查、感染與免疫機制等方面的獸醫基礎研究十分薄弱，應對耐藥性產生機制及防控方法進行深入探索，應重視獸醫基礎研究。

三是要加強動物源細菌耐藥性防控的全鏈條、一體化部署。動物源細菌耐藥性的防控涉及動物源食品生產全鏈條，與養殖過程與環境、物流與運輸、屠宰與食品加工、食品公共衛生等多個環節緊密相關，需要從食物鏈和產業鏈上通盤考慮，采用“頂層設計”的理念，加強抗菌藥物耐藥性防控的“全鏈條、一體化”整體部署。