伊麗莎白菌屬感染流行病學及耐藥性研究進展

馮孟文,張夢怡,周 靜

(南京醫科大學第一附屬醫院重癥醫學科,江蘇 南京 210029)

伊麗莎白菌屬是革蘭陰性桿菌,廣泛存在于環境中,可導致免疫功能低下人群感染,引起肺炎、腦膜炎、菌血癥等疾病。伊麗莎白菌屬對多種抗菌藥物天然耐藥,臨床治療中可選擇的抗菌藥物較少,患者感染后病死率高。隨著廣譜抗菌藥物的應用,人口老齡化,以及免疫功能低下人群增加,伊麗莎白菌屬感染發病率逐年上升,有的地區甚至出現感染暴發。因此,臨床醫生應加強對伊麗莎白菌屬感染的關注。

1 概況

1.1 伊麗莎白菌屬發現史 20世紀50年代,美國細菌學家伊麗莎白·金(Elizabeth O.King)發現1種與新生兒腦膜炎相關的革蘭陰性桿菌。1959年該革蘭陰性桿菌被命名為腦膜膿毒性黃桿菌[1],1994年更名為腦膜膿毒金黃桿菌(C.meningosepticum)[2],2005年與新發現的米爾金黃桿菌一起歸類為伊麗莎白菌屬(Elizabethkingia)[3]。2011年,在非洲岡比亞按蚊腸道發現按蚊伊麗莎白菌[4]。2017年,Nicholson等[5]根據基因序列分析結果,對伊麗莎白菌屬分類學進行了修訂。目前伊麗莎白菌屬可分為6類:腦膜敗血伊麗莎白菌(E.meningoseptica)、米爾伊麗莎白菌(E.miricola)、按蚊伊麗莎白菌(E.anophelis)、E.bruuniana、E.ursingii和E.occulta。

1.2 伊麗莎白菌屬特征 伊麗莎白菌屬菌體呈直桿狀,菌落圓形,白色或黃色,半透明,邊緣光滑,可形成生物膜[3,5],革蘭染色陰性,不運動,不形成孢子;專性需氧,可水解酪蛋白,不發酵糖,在28～37℃環境生長良好,在5℃或42℃環境不生長。伊麗莎白菌屬菌體約0.5 μm×(1.0～2.5) μm,DNA序列長4.3～4.4 Mbp,約有4 000個編碼基因[6],DNA(G+C)含量為35.0%～38.2%[3,5]。不同菌株的特有基因變化較大,目前仍陸續發現新的基因[7-8]。腦膜敗血伊麗莎白菌與其他菌種之間差異較大,其平均(G+C)含量高于其他菌種,且共享的編碼基因不到86%[9]。E.bruuniana、E.ursingii和E.occulta在基因同源性上與米爾伊麗莎白菌更接近[8]。

2 菌種鑒定

2.1 伊麗莎白菌種鑒定方法 臨床常用的微生物鑒定系統通?？梢宰R別出伊麗莎白菌屬,但無法進一步進行菌種分類。臨床常用的API/ID32、Phoenix 100、VITEK 2全自動微生物鑒定系統和基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜(MALDI-TOF MS)系統鑒定伊麗莎白菌屬的準確率為14.3%～66.7%,容易發生的錯誤主要為將按蚊伊麗莎白菌鑒定為腦膜敗血伊麗莎白菌[10-14]。MALDI-TOF MS根據細菌蛋白質和脂多糖的質譜峰識別細菌,可以區分按蚊伊麗莎白菌和腦膜敗血伊麗莎白菌,但很難區分E.bruuniana、E.occulta和E.ursingii[11-12,15-17]。

高通量實時熒光定量PCR技術主要依據細菌的特異基因對菌株進行鑒定,該方法可以直接、快速、可靠的從初級標本中檢測細菌,同時準確區分按蚊伊麗莎白菌和腦膜敗血伊麗莎白菌[18]。新一代測序技術(NGS)具有高靈敏度、高通量等特性,除可以鑒定伊麗莎白菌屬,還可以區分菌種,提供更多與細菌生物特性相關的信息[5,8],幫助鑒定是否為同種同源菌株感染暴發[14]。

2.2 伊麗莎白菌致病菌種分布情況 既往認為伊麗莎白菌屬感染主要由腦膜敗血伊麗莎白菌引起,隨著菌種鑒定技術的發展,按蚊伊麗莎白菌感染的報道逐漸增加。多項研究[10-13,15,19-23]對既往保存的菌株重新進行鑒定,發現按蚊伊麗莎白菌占到伊麗莎白菌屬感染的59%～99%,是主要的致病菌種;腦膜敗血伊麗莎白菌占1%～26.9%,但在某些地區也可達到60%～66.7%;米爾伊麗莎白菌占0～11.9%,E.bruuniana、E.ursingii和E.occulta檢出率較低,臺灣一項回顧性研究[23]顯示,269株伊麗莎白菌中僅發現1株E.bruuniana和2株E.occulta。

3 致病機制

伊麗莎白菌屬感染可以引起肺炎、腦膜炎、菌血癥,也可引起心內膜炎、膽管炎、腹膜炎、尿路感染、皮膚軟組織感染、化膿性關節炎等疾病[11,16,20,22-23]。

伊麗莎白菌屬最重要的致病因子為生物被膜[9],其形成的微環境有利于細菌黏附、定植在物體表面,提供細菌生長需要的營養,促進基因在細菌間的水平轉移,從而對抗機體免疫應答,并對抗菌藥物產生耐受,導致機體持續性感染,增加患者病死率[8-9]。營養豐富的條件下,細菌生物被膜形成能力更強[24],而莢膜多糖在生物被膜形成過程中發揮重要的作用[16]。

伊麗莎白菌屬的毒力因子還包括溶血素、唾液酸、芳基硫酸酯酶、磷脂酶C(PLC)、脂多糖(LPS)、趨化因子Mig-5和過氧化物酶。溶血素可裂解紅細胞,獲取必要的營養,同時改變患者機體狀態,降低免疫力[8-9],溶血素基因表達可隨環境變化而調節[24];唾液酸通過分子模擬逃避宿主免疫應答,也可成為營養來源[9];芳基硫酸酯酶協助細菌穿過血腦屏障,引起腦膜炎;PLC有助于細菌逃避巨噬細胞的殺傷[25];LPS、Mig-5可活化免疫細胞,引起炎癥反應;過氧化物酶可清除自由基,抵抗宿主免疫殺傷[8]。

有些菌種含有獨特的毒力因子,發揮著獨特的作用。米爾伊麗莎白菌中發現特有的毒力因子:脲酶可代謝產氨,增強細菌耐酸性,而Ⅲ型分泌系統(T3SS)可將毒力相關蛋白轉運入宿主細胞[8,17]。

4 耐藥情況與耐藥機制

美國臨床實驗室標準化協會(CLSI)(2019)推薦采用微量肉湯稀釋法測定伊麗莎白菌屬對抗菌藥物的敏感性[26]。最低抑菌濃度(MIC)折點參照CLSI中其他非腸桿菌目的判定標準,萬古霉素、利福平MIC折點參照葡萄球菌或腸球菌的判定標準,替加環素MIC折點參照美國食品藥物管理局(FDA)設定的腸桿菌的判定標準;由于CLSI未確定其他腸桿菌紙片擴散法折點標準,使用紙片擴散法測定伊麗莎白菌屬藥物敏感性(藥敏)時,可參照CLSI設定的不動桿菌或假單胞菌判定折點。另有研究[27]顯示,紙片擴散法、E-test法測定伊麗莎白菌屬對14種常用抗菌藥物的敏感性與瓊脂稀釋法的一致率分別為74.8%、76.1%。因此,推薦采用瓊脂稀釋法或微量肉湯稀釋法測定伊麗莎白菌屬對抗菌藥物的敏感性。

4.1 β-內酰胺類抗生素耐藥情況及耐藥機制 伊麗莎白菌屬對頭孢菌素類、碳青霉烯類抗生素表現出極高的耐藥率[21,23,27-29],對含酶抑制劑類抗生素敏感性各地報道不一。腦膜敗血伊麗莎白菌對哌拉西林/他唑巴坦的敏感率為73%～100%,按蚊伊麗莎白菌為30.6%～92.4%,米爾伊麗莎白菌為73%～96%[11-17,21-23,30-32]。對伊麗莎白菌屬基因序列進行分析,發現其同時攜帶超廣譜β-內酰胺酶(ESBLs)和金屬β-內酰胺酶(MBL)兩種耐藥酶基因[16,21,28,32-33]。ESBLs由blaCME編碼,主要介導對頭孢菌素類抗生素耐藥;blaBlaB、blaGOB編碼MBL,可水解包括碳青霉烯類在內的幾乎所有β-內酰胺類抗生素。

4.2 喹諾酮類抗菌藥物耐藥情況及耐藥機制 伊麗莎白菌屬中不同菌種對喹諾酮類抗菌藥物敏感性差異較大。腦膜敗血伊麗莎白菌對左氧氟沙星、環丙沙星、莫西沙星敏感率分別為30%～92%、10%～58%、41%～100%;按蚊伊麗莎白菌分別為29%～100%、8.3%～75%、41%;米爾伊麗莎白菌分別為77%～100%、56%～75%、100%;E.bruuniana對左氧氟沙星和環丙沙星敏感率分別為66%～100%、33%～60%[12,14-15,23,27,33-39]。伊麗莎白菌屬的DNA旋轉酶亞單位(GyrA和GyrB)或拓撲異構酶Ⅳ亞單位(ParC和ParE)的喹諾酮耐藥決定閾(QRDR)發現多個氨基酸突變,導致靶蛋白與藥物親和力下降或不能結合,從而對氟喹諾酮類藥物產生抗性[16,21,23,28]。在耐氟喹諾酮類藥物菌株中,RND家族的AcrAB-TolC外排系統表達可增加12.7倍,增強了對藥物的外排作用[28]。

4.3 氨基糖苷類抗生素耐藥情況及耐藥機制 乙酰基轉移酶GNATs和核苷轉移酶ANT(6)介導伊麗莎白菌屬對氨基糖苷類抗生素耐藥,該菌屬ant(6)基因攜帶率達92.4%～100%[39],對慶大霉素敏感率為0～4.3%[21,27,36]。研究[33,40]發現伊麗莎白菌屬均攜帶catB和tetX基因,catB編碼B類氯霉素乙?；D移酶,介導對氯霉素耐藥,tetX編碼核糖體保護蛋白,與四環素耐藥性相關,但此基因單獨不發揮作用。伊麗莎白菌屬還可以利用多藥外排泵排出抗菌藥物,如RND外排泵家族的CeoB可泵出氯霉素和環丙沙星,ABC家族的MsrB可排出紅霉素和鏈球菌素B[9]。

4.4 萬古霉素耐藥情況及耐藥機制 采用不同的藥敏檢測方法測定伊麗莎白菌屬對萬古霉素的敏感性差異較大[27]。有研究[13]顯示,紙片擴散法和E-test法測定萬古霉素的敏感率分別為29.4%、96.4%[19]?；贑LSI推薦的微量肉湯稀釋法的研究中,萬古霉素MIC值為8～256 μg/mL,均不敏感,該菌屬20%～100%對萬古霉素為中介水平[12,21,29,31]。伊麗莎白菌屬含vanW、vanB等基因,編碼的代謝酶合成低親和力前體,消除了萬古霉素作用的靶位,從而對萬古霉素耐藥[33,41]。

5 流行病學特征

伊麗莎白菌屬廣泛分布于自然環境中,可在經氯化物處理的城市供水系統中存活,定植在水池和水龍頭中;可污染物體表面,如呼吸機管路、加濕器、靜脈導管、胃管、新生兒保溫箱、冰箱等[11,19,30,46];可通過工作人員的手傳播[33,46]及母嬰垂直傳播[25]。

伊麗莎白菌屬易感人群包括嬰幼兒、高齡及免疫低下的成年人[11,16,22-23]。易感因素有合并糖尿病、高血壓、終末腎臟病、惡性腫瘤等基礎疾病,或接受免疫抑制治療、侵入性操作,既往有抗菌藥物暴露[21,23,29,35,47-48]。研究[23,28,42]顯示,85%以上的伊麗莎白菌感染患者至少有一項基礎疾病。另有研究[13]顯示50%左右感染患兒為早產或出生體重<2 500 g。Huang等[34]發現接受多黏菌素霧化治療患者感染伊麗莎白菌屬的比例更高,可能與抗菌藥物選擇壓力有關。英國38例肺囊性纖維化患者中均分離出米爾伊麗莎白菌,提示肺囊性纖維化與該菌種感染可能存在一定關系[17]。

伊麗莎白菌屬感染患者的病死率為13.5%～70%[16,19-21,23,29,34-35]。對感染患者臨床資料進行分析,發現簡化急性生理功能評分(SAPS Ⅱ)高、C反應蛋白/清蛋白比值升高、血紅蛋白降低、深靜脈置管、ICU住院時間長、對利福平及左氧氟沙星耐藥等為感染患者的死亡危險因素,不合理的經驗性抗菌藥物治療為患者死亡的獨立危險因素[19,23,29,48]。

伊麗莎白菌是一種機會致病菌,分離出該細菌的成年人中有1/2無任何臨床癥狀,考慮為定植菌,分離出該細菌的嬰幼兒中,這一比例為1/3。近年來,隨著廣譜抗菌藥物的應用增加,人口老齡化加重,世界各地相關感染的報道不斷增加[11,29,38]。2014—2016年美國威斯康星州和伊利諾伊州感染暴發的規模最大,共造成75例患者感染,25例死亡,且多為社區獲得性感染[16]。2019年土耳其一所醫院兒童重癥監護病房發現6例兒童感染腦膜敗血伊麗莎白菌,導致4例兒童死亡[30]。2020年上海一項回顧性研究[21]發現,該院既往5年中52例患者感染伊麗莎白菌屬,其中7例患者死亡。在韓國首爾世福蘭斯醫院,住院患者伊麗莎白菌屬感染發病率從2009年的0.002%上升至2017年的0.088%[20]。臺灣地區耐碳青霉烯類非發酵革蘭陰性桿菌中,伊麗莎白菌屬感染發病率僅次于鮑曼不動桿菌[34]。

6 診治與防控

伊麗莎白菌屬感染后,高齡、接受免疫抑制治療、合并基礎疾病等人群病死率高,需要臨床加強關注。伊麗莎白菌屬對多種抗菌藥物耐藥,其中84.6%患者存在不合理的經驗性抗感染治療[29]。臨床應注意加強病原學檢測,及時根據藥敏試驗結果選用敏感抗菌藥物。臨床選擇的藥敏檢測方法會影響該菌屬的敏感率,采用紙片擴散法、E-test法檢測時,容易提高該菌對抗菌藥物敏感性的判斷[27],導致臨床選擇的抗菌藥物效果不好。因此,應選擇合適的藥敏檢測方法對伊麗莎白菌屬進行分析。

針對留置靜脈導管的伊麗莎白菌感染患者,拔除導管可提高其治愈率[30,42]。隨著細菌耐藥性的增加,探索新的抗感染方法非常重要。研究[31]發現,聯用金屬螯合劑乙二胺四乙酸(EDTA)可以使亞胺培南的MIC降低到單用亞胺培南MIC的四分之一。噬菌體TCUEAP1可以裂解伊麗莎白菌,將感染小鼠存活率從30%提升至80%[53]。

臨床發現伊麗莎白菌屬感染或定植患者時,為避免其醫院感染暴發,可主動篩查污染源,加強環境消毒,特別是水槽、水龍頭、機械通氣管路等,徹底清理污染的洗滌槽,更換水龍頭。對陽性患者可加強隔離,限制病房人員流動。醫務人員應加強規范化無菌操作,使用含乙醇消毒劑進行消毒[30,38,46]。Balm等[54]發現所有被污染的設備被替換1個月后又再次分離出伊麗莎白菌屬,因此,應加強對設備的日常管理,定期消毒,最大限度地減少細菌污染。

7 總結與展望

近年來,伊麗莎白菌感染率快速上升,導致免疫功能低下人群感染,增加了患者的病死率,給患者和社會帶來嚴峻挑戰。伊麗莎白菌對多種抗菌藥物耐藥,不合理的經驗性抗感染治療是患者死亡的獨立危險因素。因此,早期識別細菌并進行藥敏檢測,根據藥敏結果選擇合適的抗菌藥物治療非常重要。同時,應加強醫院感染管理,定期對醫院環境、設備進行消毒,避免出現院內交叉感染。

致謝:感謝南京醫科大學第一附屬醫院檢驗科劉根焰主任在論文寫作過程中的指導與幫助。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。