細菌耐藥風險評價及人群多途徑暴露影響因素

馬秀秀，吳紀貞，王晨，李明雪，龍文芳

(海南醫學院公共衛生學院熱帶環境與健康實驗室，海南 海口 570100）

0 引言

抗生素耐藥已經是全球人類健康最重大的威脅之一，WHO 表明目前全球每年有70 萬人死于耐藥細菌，至2050 年將達1000 萬人[1-2]。抗生素耐藥還對經濟造成影響，2017 年世界銀行和聯合國糧農組織發表的一份報告中指出，若2050年還沒能解決抗生素耐藥問題，全球的年GPD 將會下降1.1%至3.8%[3]。

耐藥細菌伴隨著抗生素耐藥產生，幾乎對所有抗生素都耐藥的超級細菌的出現使得多重耐藥菌問題更加引人關注。細菌耐藥的機制主要有以下四種：細菌抗菌藥物的作用靶位發生了改變使得抗菌藥物不能與之結合或降低親和力；質粒介導或染色體突變產生抗菌藥物滅活酶；細菌改變膜的通透性或增加細胞壁的障礙，阻礙藥物進入細胞內發揮作用；主動排外機制，即細菌細胞膜上的相應蛋白主動把進入細胞的藥物排除細胞外[4]。耐藥菌通常具有耐某種抗生素對應的耐藥基因（antibiotic resistance genes,ARGs）[5]。除了質粒和染色體可以接到耐藥基因的傳播外，整合子-基因盒系統、整合性結合元件、轉座子和質粒等可移動性遺傳元件還可通過結合、轉導和轉化等方式進行水平轉移從而使耐藥基因可在同種或不同種屬的細菌之間進行傳播[6]。耐藥菌和耐藥基因在人、動物和環境三者之間的傳播和發展是一體的，耐藥菌可以通過食物供應，與動物直接接觸或間接地通過環境途徑傳播到人類（圖1）。

而人類和動物又可通過污廢水和排泄物將耐藥菌和ARGs 向環境傳播[7]。在人類和動物中使用抗微生物劑已被確定為耐藥性的主要驅動力，并且在人類、動物、食物和環境中均發現耐藥菌，因此，人類可以通過多種來源和傳播途徑接觸耐藥[8]。 食用受污染的食物和水、病媒、吸入和皮膚接觸也可將ARGs 轉移到人類，對耐藥性的健康風險評估值得關注和研究[9]。

圖1 耐藥菌在人群，動物種群和環境之間轉移的模式

本文描述細菌抗生素耐藥評價程序以及多途徑暴露影響因素，以及已報道的定性、半定量、以及定量耐藥評價的方法，希望能為耐藥抗生素耐藥風險評價研究的應用提供參考。

1 細菌耐藥評價方法簡介

耐藥性風險評估（Antimicrobial resistance risk assessment,ARRA）是基于微生物風險評估（Microbial risk assessment,MRA）的進一步研究[10]。根據食品法典委員會（Codex Alimentarius Commission）指南[11]，微生物風險評估過程主要包括四個部分:危害識別、危害表征、暴露評估和風險表征。在耐藥風險評估中，危險可能是抗生素、耐藥病原微生物或耐藥的影響因素。危害識別步驟包括危害的定性描述，包括評估可在人群中消費的食品中病原體的存在和宿主層面(引起的疾病類型、易感人群)[8]。有研究[12]表明，在考慮耐藥的情況下，危害識別步驟因為許多因素而變得復雜，通常為多途徑、多因素暴露，可能為宏觀暴露（群體、個體水平）或微觀暴露（細胞、基因水平）。與微生物風險評估研究相比，耐藥細菌風險評估的研究甚少，耐藥細菌風險評估研究主要集中在食品和少數環境衛生安全方面，如姜竹茂[13]等對于耐藥細菌風險評估進行綜述研究，表明需要更直接的描述食物途徑中抗生素耐藥細菌對人類健康造成的不良后果，且根據公共衛生監測的大數據以及建立風險評估模型，來減輕耐藥細菌對人類帶來的潛在危害。研究分析了來自英格蘭和威爾士海洋沐浴水樣品中含有耐藥基因bla（CTX-M）的大腸桿菌的比例。這些數據被用來估計涉水者攝入 bla（CTX-M）-大腸桿菌的可能性。確定沖浪者處于風險之中，據估計，涉水者納入的耐藥基因CTX-M 的風險是對照者的4.09 倍[14]。

根據已有的研究和已發布的相關指南，細菌耐藥性風險評估可分為定性、半定量和定量風險評估。我們通過相關研究例子的分析，分析這些風險評估的重要性及其面臨的挑戰和限制。

1.1 定性細菌耐藥風險評估

Lis Alban[15]等對丹麥豬在生產中使用截短側耳素對公眾健康風險評估研究中通過丹麥監測計劃和研究獲得的丹麥數據來評估與在丹麥豬中使用抗生素有關的人類風險。一共分為四步：第一步是危害識別，此步驟確定可能導致人類疾病的抗藥性細菌或耐藥性影響因素；第二步是釋放評估，在這一步驟中，描述和評估了在丹麥豬中使用抗生素導致的豬宿主中存在的大量已確定的危險因素；第三步是暴露評估，該評估解決了人類暴露于已確定的危害所必需的生物途徑：肉和直接接觸，對于丹麥的情況，將每種路線分別考慮并合并為每種危害的一個暴露評估分數，分為四個等級描述釋放和暴露的可能性：極低，低，中和高；第四步是后果評估，用藥所引起的耐藥性危害引起的感染后果通過兩種作用進行評估：（1）公共衛生負擔增加或；（2）人類疾病和/或死亡時間延長，對每種后果進行了極低、低、中或高等級的評估。風險評估是上述步驟的總結，如果與釋放、暴露或后果相關的任何概率為零，就不會有風險。不確定性水平被描述為高、中或低。在有大量指向一個方向的數據的情況下，為低不確定性；在只有有限數量的數據的情況下，為中等不確定性；在沒有數據而使用了專家意見的情況下，為高不確定性。

馬立才[16]的肉雞養殖中使用氟喹諾酮類藥物引起彎曲菌耐藥性的定性風險評估中依次從危害特征描述、釋放評估、暴露評估、后果評估以及風險估計五個步驟展開，危害特征描述根據現有的文獻報道判斷，其判定標準根據其是否為一種重要的人畜共患病原菌以及該抗生素是否是臨床治療該病原菌的藥物。釋放評估根據非矩陣法來判斷肉雞養殖中使用抗生素導致耐藥菌釋放的可能性、暴露評估根據矩陣法來判斷我國消費者因食用雞肉而暴露于耐藥菌的可能性、后果評估根據非矩陣法來判斷耐藥菌相對于敏感菌對于消費者健康影響的嚴重性，均分為高、中、低。風險估計綜合以上結果采用矩陣法得到最終風險的大小。

定性耐藥風險評估優點為需要的人力資源成本低，無需大量的數據以及數學模型，操作相對簡單，用時短。缺點為后果評估的主觀性過強，確定其結果還得進一步進行定量評價。

1.2 半定量耐藥細菌風險評估

Lucie Collineau[17]等認為在可用于控制公共健康危害的資源有限的情況下，考慮到耐藥的復雜性和廣泛性，確定哪些動物物種、細菌物種和/或抗微生物類別應優先用于未來的風險管理活動似乎至關重要。通過根據食品法典指南制定的從屠宰到消費的半定量風險評估框架（圖2）。根據動物物種/細菌/抗微生物類別的選定組合通過肉類消費對瑞士公共健康的風險進行排序。該模型顯示，與家禽相關的組合對消費者來說風險最高。特別是，通過禽肉接觸耐藥菌的頻率估計比通過其他物種更高；這主要與家禽生產中屠宰時屠體之間交叉污染的高發生率有關，在較小程度上與瑞士消耗的大量禽肉有關。

Patrick Presi[18]等認為一種肉或肉制品因出現抗微生物耐藥性而帶來的人類健康風險取決于(1)耐藥細菌污染的普遍程度；(2)對特定抗微生物劑具有耐藥性的特定細菌感染對人類健康的影響；(3)特定產品的消費量。為了比較消費者因接觸四種不同類型肉類(雞肉、豬肉、牛肉和小牛肉)中的抗生素抗性細菌而產生的風險，這些肉類分布在四種不同的產品類別(鮮肉、冷凍肉、干生肉制品和熱處理肉制品)中，建立了一個半定量風險評估模型，用于評估每個食物鏈步驟，以獲得彎曲桿菌屬、腸球菌屬和大腸桿菌的估計得分。零售中的流行程度、對人體健康的影響以及肉類或產品的消耗量的組合，提供了歸因于每類產品的總風險的相對比例，導致高、中或低的人體健康風險[18]。根據模型的結果，在最高類別中，雞肉(主要是新鮮和冷凍肉)占總風險的6.7%，豬肉(主要是新鮮肉和干生肉制品)占4.0%。牛肉和小牛肉的貢獻率分別為0.4%和0.1%。

半定量風險評估（有時叫作“風險分級”）中，評估者需要對風險途徑中的每一個模型參數進行評分，然后將這些參數按照既定方式進行整合，如相乘或者相加[16]。與定性風險評估相似，數據參數評分標準也具有一定的有主觀性；與定性評估相比，半定量評估的結果可劃分為更多的風險等級，因而具有更高的分辨度[16]。

1.3 定量耐藥細菌風險評估

早在2008 年，有研究[19]使用了一個考慮參數估計中的不確定性的耐藥性發展模型估算在特定肉類消費中耐大環內酯類彎曲桿菌屬對消費者健康風險。Omid Nekouei[20]等為了評估消費者在加拿大西部食用碎牛肉中對頭孢曲松和四環素耐藥大腸桿菌的潛在暴露，設計了暴露評估模擬模型，包括五個模塊:（1）估計2011-2014 年加拿大抗菌藥物耐藥性監測綜合計劃收集的零售碎牛肉樣本中感興趣的危險的流行率和濃度；（2）在從零售店運輸到家中的過程中，危險的潛在增長；（3）家庭儲存期間潛在的危險增長或減少；（4）由于烹飪的危害的熱失活；（5）消費。模型的輸出表示為消費者在一份煮熟的碎牛肉中暴露于各種危險閾值水平[10 至106 個菌落形成單位(CFU)]的概率，其中接觸高閾值水平的危害(＞4 log 10 CFU/ 份) 的概率估計低于0.12%。除了肉類消費中的耐藥細菌受到關注，也有研究者注意到了蔬菜和飲用水中的耐藥菌也有可能對公眾帶來的健康風險[21,22]。Murugaiah Santhosh Gokul[23]等在對熱帶沿海社區的多變量耐藥性和微生物風險評估研究中采用多變量水質參數和統計分析方法，對影響沿海飲用水水質的因素及漁民的相關健康風險進行了評價。

定量風險評估方法對數據的要求通常很高，耐藥菌在各階段中的流行情況及菌落數目可能都需要描述，而且需要耗費大量的時間。另外，由于數據的欠缺，在評估過程中需要對一些參數做出假設，如在特定情況下耐藥菌與敏感菌的生理及致病特性是相同的。由于的數據的欠缺以及一些“假設”的存在導致定量風險評估模型對危害結果的描述具有很大的不確定性[16]。

2 重點人群多途徑暴露評估及對耐藥風險評估的影響

以人群為中心的耐藥風險評價應首先關注高風險人群，體弱多病或職業人群為高風險人群。體弱的人應考慮其生活中的多途徑暴露，通常包括膳食、生活接觸途徑、抗生素用藥暴露等。職業人群為對多途經暴露的高危人群：以接觸廢水、淤泥環境為主的污水處理工人可通過污水接觸、空氣氣溶膠、以及飲食多途徑ARB 及ARGs；以水上作業或水上運動為職業的人群則還需考慮水體的耐藥暴露；養殖場或屠宰場的工人則面臨著接觸養殖的動物、肉和膳食途徑的暴露。多途徑暴露評價需要獲得更多暴露參數并比較不同途徑的權重：食物途徑的暴露需要獲取攝入量、攝入食品的耐藥菌或抗性基因的濃度或率、食品的存儲條件等；飲水途徑暴露的參數需要獲得飲水量及水中抗生素、耐藥菌及抗性基因的濃度等；職業人群需要獲取在工作環境中獲得的耐藥菌、抗性基因或抗生素的濃度。如果多途徑暴露中存在貢獻率最大的途徑則可參照單一途徑暴露進行評估，否則需要建立更為復雜的多途徑暴露評價。

綜之，長期低劑量的抗生素、耐藥基因或耐藥菌的評價，迫切需要建立可行的多途徑暴露方法及模型。細菌的耐藥風險評價需要從環境、動植物、人的“one health” 角度來進行。