高毒力肺炎克雷伯菌研究進(jìn)展

黃 韻， 李從榮

（武漢大學(xué)人民醫(yī)院檢驗(yàn)科，湖北 武漢 430061）

近年來，肺炎克雷伯菌臨床分離率逐漸提高，僅次于大腸埃希菌；且在呼吸道、尿液、血液3類常見的臨床標(biāo)本中的分離率均居前3位[1]。1986年，我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)首次報(bào)道了社區(qū)無肝膽疾病患者感染高毒力肺炎克雷伯菌（hypervirulentKlebsiella pneumoniae）導(dǎo)致原發(fā)性化膿性肝膿腫，并發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的特殊病例。與普通肺炎克雷伯菌（classicKlebsiella pneumoniae）不同，該菌主要感染社區(qū)的健康個(gè)體，且具有感染灶多發(fā)、病情進(jìn)展迅速、預(yù)后差等特點(diǎn)，給臨床診斷和治療均提出了更高要求。高毒力肺炎克雷伯菌與普通肺炎克雷伯菌有著明顯的不同，主要差異見表1。

表1 高毒力肺炎克雷伯菌與普通肺炎克雷伯菌的主要差異

1 高毒力肺炎克雷伯菌的特性與鑒定

目前，阻礙對(duì)高毒力肺炎克雷伯菌感染患者進(jìn)行最佳治療的一個(gè)重要原因是，臨床微生物實(shí)驗(yàn)室無法準(zhǔn)確區(qū)分普通肺炎克雷伯菌和高毒力肺炎克雷伯菌。而對(duì)高毒力肺炎克雷伯菌的準(zhǔn)確鑒定可提示臨床醫(yī)生考慮到一些可能發(fā)生隱匿性感染的部位，這些感染性病灶很可能需要進(jìn)行引流，并延長(zhǎng)治療時(shí)間或進(jìn)行定向治療[如腦膜炎、前列腺膿腫或眼內(nèi)炎（玻璃體切除術(shù)或玻璃體內(nèi)注射抗菌藥物）]。高毒力肺炎克雷伯菌的高黏特性可提示臨床醫(yī)生選用更合適的引流管，進(jìn)行更頻繁的沖洗；其高黏表型和易形成生物膜的特性提示臨床醫(yī)生應(yīng)延長(zhǎng)治療時(shí)間，以降低感染復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。此外，準(zhǔn)確識(shí)別高毒力肺炎克雷伯菌也有助于流行病學(xué)監(jiān)測(cè)和種族遺傳易感性的研究，分析其耐藥性和全球傳播趨勢(shì)。

目前，國(guó)內(nèi)外尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)用于定義高毒力肺炎克雷伯菌。由于高毒力肺炎克雷伯菌最初被分離出來時(shí)，其菌落具有高黏性，因此，也稱其為高黏液性肺炎克雷伯菌（hypermucoviscousKlebsiella pneumoniae，HMV-Kp）。為區(qū)別于普通肺炎克雷伯菌，目前一般將“拉絲試驗(yàn)”作為高毒力肺炎克雷伯菌的判定標(biāo)準(zhǔn)。即當(dāng)用接種環(huán)將菌落拉伸至少5 mm時(shí)，即可初步判斷為高毒力肺炎克雷伯菌。但有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，并不是所有的高毒力肺炎克雷伯菌菌株都是高黏的，相當(dāng)數(shù)量的普通肺炎克雷伯菌菌株也具有這種特性[2]。

鑒于高毒力肺炎克雷伯菌易發(fā)生轉(zhuǎn)移，可造成多個(gè)部位感染的特殊臨床表現(xiàn)，有學(xué)者用高毒力肺炎克雷伯菌感染后的典型臨床癥狀來定義高毒力肺炎克雷伯菌，即無膽道疾病的社區(qū)獲得性化膿性肝膿腫伴肝外共同感染或血流感染[3-4]。這一特點(diǎn)是在其他腸桿菌科細(xì)菌中不常見的?！案叨玖Ψ窝卓死撞忠u綜合征”的概念也由此提出，即高毒力肺炎克雷伯菌導(dǎo)致的2個(gè)或2個(gè)以上部位的共感染。在我國(guó)，由高毒力肺炎克雷伯菌感染引起的侵襲性綜合征并不罕見，且近年來呈現(xiàn)增多的趨勢(shì)，而臨床對(duì)其的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。高毒力肺炎克雷伯菌可以從定植或感染部位侵入血流，從而導(dǎo)致新的遷徙性感染，血流感染多是“過程”，而非“結(jié)果”；普通肺炎克雷伯菌毒力較弱，在機(jī)體免疫功能明顯下降時(shí)，定植的病原體突破機(jī)體防御屏障導(dǎo)致血流感染，一般不會(huì)導(dǎo)致遷徙性感染[5]。高毒力肺炎克雷伯菌幾乎可以感染身體的每一個(gè)部位，血流、肝、肺、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和眼是最常見的共感染部位。特別值得注意的是眼內(nèi)感染，該部位組織損傷迅速，需要立即治療，以最大限度地保護(hù)視力。因此，確定或懷疑高毒力肺炎克雷伯菌感染時(shí)，建議進(jìn)行適當(dāng)?shù)难鄄吭u(píng)估。

目前，學(xué)者們一般通過表型和基因型特性來鑒定高毒力肺炎克雷伯菌。有研究發(fā)現(xiàn)，iroB、iucA、peg-344、rmpA和rmpA2及總鐵載體產(chǎn)量>30 μg/mL是定義高毒力肺炎克雷伯菌最準(zhǔn)確的分子標(biāo)記[3]，所有這些標(biāo)記均顯示在毒力質(zhì)粒上。另有研究發(fā)現(xiàn)，肺炎克雷伯菌在選擇壓力下有基因重組或缺失的傾向，這支持了最佳標(biāo)記應(yīng)該是賦予高毒性表型的關(guān)鍵因素的觀點(diǎn)，如果這些標(biāo)記丟失，菌株便不是高毒性的[6]?？傝F載體的產(chǎn)量已被證明與體內(nèi)毒力密切相關(guān)，氣桿菌素是高毒力肺炎克雷伯菌產(chǎn)生的主要鐵載體；此外，由rmpA或rmpA2介導(dǎo)的莢膜產(chǎn)量增加也與高毒性表型有關(guān)?？傝F載體產(chǎn)量、iuc、rmpA和rmpA2是最準(zhǔn)確和持久的標(biāo)志。GU等[7]發(fā)現(xiàn)，在高毒力肺炎克雷伯菌毒力質(zhì)粒中，盡管沙門菌素合成基因iro、peg-344和rmpA缺失，但保留了iuc和rmpA2，泛耐藥肺炎克雷伯菌菌株也變得具有高毒力。目前，尚未發(fā)現(xiàn)100%特異的診斷標(biāo)志物，相信隨著更多的高毒力肺炎克雷伯菌特異性基因被識(shí)別出來，會(huì)有更多、更特異的生物標(biāo)志物被發(fā)現(xiàn)。

2 高毒力肺炎克雷伯菌的流行病學(xué)特征

高毒力肺炎克雷伯菌最早在我國(guó)臺(tái)灣被發(fā)現(xiàn)，是化膿性肝膿腫的主要病因。被發(fā)現(xiàn)后的幾十年中，高毒力肺炎克雷伯菌在全球傳播，并引起多種感染，美國(guó)、澳大利亞、墨西哥和韓國(guó)等均有報(bào)道，以亞洲的報(bào)道最多。在1項(xiàng)納入中國(guó)10個(gè)城市共230株肺炎克雷伯菌的研究中，高毒力肺炎克雷伯菌占37.8%，其中武漢地區(qū)最多（73.9%），浙江省最少（8.3%）[8]。有研究發(fā)現(xiàn)，馬來西亞、新加坡、中國(guó)臺(tái)灣、中國(guó)香港、中國(guó)大陸、日本、泰國(guó)和越南的健康個(gè)體高毒力肺炎克雷伯菌的定植率分別為14.1%、14.9%、11.3%、12.0%、11.7%、16.7%、2.7%和0[9]。1項(xiàng)對(duì)中國(guó)臺(tái)灣1家鼻竇炎和鼻炎門診的成人進(jìn)行的鼻咽拭子培養(yǎng)的研究中，有11.5%（39/340）的分離株為肺炎克雷伯菌，其中高毒力肺炎克雷伯菌（rmpA陽(yáng)性）占77.5%[10]。美國(guó)紐約某醫(yī)院3年收集的463株肺炎克雷伯菌中，有3.46%（17/463）被認(rèn)定為高毒力肺炎克雷伯菌（rmpA、iucA和peg344陽(yáng)性）[11]。

高毒力肺炎克雷伯菌對(duì)大部分抗菌藥物敏感，但在廣譜抗菌藥物使用的壓力下，耐藥性也逐漸增強(qiáng)。日本學(xué)者發(fā)現(xiàn)，31%的產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶肺炎克雷伯菌為高毒力肺炎克雷伯菌[12]。中國(guó)東北地區(qū)學(xué)者收集的44株耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌中，有1株為高毒力肺炎克雷伯菌[13]。肺炎克雷伯菌毒力和耐藥性相結(jié)合衍生出的“超級(jí)細(xì)菌”，會(huì)給臨床抗感染治療帶來極大的挑戰(zhàn)。

目前，世界范圍內(nèi)有關(guān)高毒力肺炎克雷伯菌感染的報(bào)道越來越多，但主要來自亞太地區(qū)。隨著對(duì)高毒力肺炎克雷伯菌越來越深入的了解，以及更多、更具特異性的生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)，有希望實(shí)現(xiàn)對(duì)全球高毒力肺炎克雷伯菌感染發(fā)病率的準(zhǔn)確評(píng)估。

3 人感染高毒力肺炎克雷伯菌的途徑

對(duì)于感染人體的高毒力肺炎克雷伯菌的最初來源，現(xiàn)主要認(rèn)為是來自患者自身的腸道。肺炎克雷伯菌是哺乳動(dòng)物腸道中的常見定植菌，可輕易從人體黏膜表面、糞便污染的手、被污染的水體及醫(yī)院環(huán)境的表面中分離出來。盡管肺炎克雷伯菌在環(huán)境中無處不在，但感染人體的往往來自患者自身的腸道。土壤、植被或糞便污染的表面和水等多種環(huán)境來源可能是肺炎克雷伯菌最初在胃腸道定植的原因。醫(yī)院內(nèi)發(fā)生的肺炎克雷伯菌感染可能來源于醫(yī)院或患者之間的傳播，但高毒力肺炎克雷伯菌較低的耐藥率及社區(qū)獲得性又顯示，醫(yī)院似乎不是早于胃腸道的來源。高毒力肺炎克雷伯菌早于腸道定植的環(huán)境起源尚不清楚，但其一旦進(jìn)入腸道，在高毒力肺炎克雷伯菌感染疫區(qū)，通過糞-口途徑在人與人之間傳播感染可能是社區(qū)傳播的機(jī)制。美國(guó)的1項(xiàng)人類微生物組研究中，在志愿者約4%的糞便和10%的鼻腔樣本中分離出肺炎克雷伯菌[14]。還有研究發(fā)現(xiàn)，有10%或35%的人的糞便中含有肺炎克雷伯菌，而在住院患者中，肺炎克雷伯菌的腸道定植率更高，為19%～38%[15-16]。

對(duì)高毒力肺炎克雷伯菌流行地區(qū)人群的腸道定植情況進(jìn)行研究可得到更多有價(jià)值的關(guān)于高毒力肺炎克雷伯菌傳播的信息。有學(xué)者對(duì)我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)43例高毒力肺炎克雷伯菌肝膿腫患者進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，胃腸道定植與肝膿腫之間存在很強(qiáng)的聯(lián)系，并確定健康個(gè)體中高毒力肺炎克雷伯菌分離株的攜帶情況也是如此[17]。另有研究發(fā)現(xiàn)，有5%的健康韓國(guó)成年人攜帶高毒力肺炎克雷伯菌[18]；1項(xiàng)對(duì)近千名亞洲成年人的調(diào)查結(jié)果顯示，有6%的成年人攜帶高毒力肺炎克雷伯菌[19]。高攜帶率可能是亞洲人群高毒力肺炎克雷伯菌感染率較高的原因。

4 毒力相關(guān)因子

4.1 莢膜相關(guān)基因rmpA、rmpA2

促成高毒力肺炎克雷伯菌高毒力表型的一個(gè)重要因素是產(chǎn)生較多的莢膜多糖，它決定了高毒力肺炎克雷伯菌的黏附、抗吞噬、抗血清殺菌及遠(yuǎn)處定植的特性。莢膜多糖的產(chǎn)生部分是由rmpA與rmpA2介導(dǎo)的，高毒力肺炎克雷伯菌的3個(gè)rmpA基因分別為位于毒力質(zhì)粒p-LVPK中的2個(gè)質(zhì)粒攜帶基因（p-rmpA和p-rmpA2）和1個(gè)染色體基因（c-rmpA）上。rmpA與rmpA2的缺失將降低莢膜的產(chǎn)量和毒力。葡萄糖可以增加莢膜的產(chǎn)量，糖尿病和高毒力肺炎克雷伯菌感染的關(guān)聯(lián)可能部分是由于患者的血糖水平升高。

4.2 莢膜類型

編碼莢膜的基因位于染色體上，其中大部分是保守的，但是莢膜的多糖成分存在變異，這是莢膜分型的基礎(chǔ)。因遺傳差異而產(chǎn)生的不同多糖變異體被稱為K抗原，是莢膜血清學(xué)分類的基礎(chǔ)。目前，已確定了至少134個(gè)不同莢膜血清型，最常見的高毒力肺炎克雷伯菌莢膜血清型為K1、K2、K5、K20、K54和K57，其中K1和K2約占高毒力肺炎克雷伯菌分離株的70%[20]。然而，如果任由肺炎克雷伯菌分離株獲得高毒力肺炎克雷伯菌毒力質(zhì)粒，那么預(yù)計(jì)在高毒力肺炎克雷伯菌中觀察到的莢膜血清型（如K47和K64）將會(huì)越來越多；而在不增加莢膜產(chǎn)量和/或存在其他高毒力肺炎克雷伯菌毒力因子的情況下，K1/K2莢膜型肺炎克雷伯菌不具有強(qiáng)毒表型。因此，雖然莢膜類型可能調(diào)節(jié)高毒力肺炎克雷伯菌的整體毒力，但高毒力絕不是這些莢膜類型所獨(dú)有的。

4.3 鐵的攝取與氣桿菌素

鐵對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)至關(guān)重要，病原菌從宿主體內(nèi)吸收鐵是其繁殖和感染宿主的必要步驟，因而鐵的充分?jǐn)z取是高毒力肺炎克雷伯菌侵襲性感染的必要條件。在人類宿主體內(nèi)，由于Fe3+在生理?xiàng)l件下溶解性較低，導(dǎo)致組織或血清中游離鐵含量極低，難以被直接利用，需通過合成并分泌鐵載體來滿足細(xì)菌生長(zhǎng)與代謝對(duì)鐵的需求。因此，病原菌是通過編碼高親和力的鐵獲取系統(tǒng)來保證自身對(duì)鐵的需求。有研究發(fā)現(xiàn)，高毒力肺炎克雷伯菌表達(dá)腸桿菌素、沙門菌素、耶爾森菌素、氣桿菌素4種鐵載體。其中氣桿菌素占80%～90%；在4種鐵載體中，只有氣桿菌素能顯著提高細(xì)菌在人腹水、血清及小鼠全身和肺部感染模型中的存活率[21]，提示氣桿菌素是主要的毒力決定因素。

4.4 其他毒力因子

肺炎克雷伯菌還有其他基因與其毒力有關(guān)，如peg-344，具有高毒力肺炎克雷伯菌特異性，位于高毒力肺炎克雷伯菌毒力質(zhì)粒上，但功能未知，可能是一種位于內(nèi)膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)基因。BULGER等[22]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高毒力肺炎克雷伯菌在人腹水中生長(zhǎng)時(shí)，peg-344相關(guān)的RNA峰度會(huì)增加；他們?cè)谶h(yuǎn)系繁殖的CD1小鼠中評(píng)估了毒性的潛在作用，在肺炎模型中，通過生存和競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)peg-344是具有完全毒力所必需的毒力基因。有學(xué)者通過環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)建立高毒力肺炎克雷伯菌的快速分子診斷方法，發(fā)現(xiàn)peg-344的診斷敏感性為99%、特異性為96%，準(zhǔn)確性為97%，診斷價(jià)值最高[23]。此外，還有編碼莢膜的基因wab G和uga基因，編碼Ⅰ型和Ⅲ型菌毛的基因fim H和mrk D、colibactin毒素基因等均在高毒力肺炎克雷伯菌致病機(jī)制中起重要作用。但由于這些基因在高毒力肺炎克雷伯菌和普通肺炎克雷伯菌之間未表現(xiàn)出明顯的表達(dá)差異，因此不作詳細(xì)描述。

5 毒力與耐藥性的融合

最初分離的高毒力肺炎克雷伯菌對(duì)抗菌藥物十分敏感，而臨床常見的肺炎克雷伯菌多為多重耐藥，所以學(xué)者們最初認(rèn)為肺炎克雷伯菌的毒力與高耐藥不會(huì)出現(xiàn)在同一株菌株上，但目前，高毒力肺炎克雷伯菌分離株耐藥現(xiàn)象日趨嚴(yán)峻。有學(xué)者分離的35株高毒力肺炎克雷伯菌中有20株產(chǎn)生了碳青霉烯酶[24]。由于編碼毒力或耐藥的基因通常位于可移動(dòng)遺傳元件上，所以耐藥高毒力菌株的進(jìn)化可能存在2個(gè)途徑：一是肺炎克雷伯菌獲得毒力基因或整個(gè)毒力質(zhì)粒；二是高毒力肺炎克雷伯菌獲得編碼耐藥基因的染色體或質(zhì)粒。獲得KPC-2質(zhì)粒的高毒力肺炎克雷伯菌菌株和耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌獲得高毒力肺炎克雷伯菌毒力質(zhì)粒菌株等耐多藥基因與毒力基因融合的菌株我國(guó)均有報(bào)道，為院內(nèi)肺炎病例[7，25]。毒力和耐藥性的同時(shí)出現(xiàn)正在成為一個(gè)全球性問題，必須進(jìn)行流行病學(xué)監(jiān)測(cè)，為制定相關(guān)治療方案提供有效信息。

6 總結(jié)

綜上所述，莢膜多糖和鐵攝取系統(tǒng)是高毒力肺炎克雷伯菌的主要毒力因素，但高毒力肺炎克雷伯菌的毒力機(jī)制仍存在許多未知的方面，如由于國(guó)內(nèi)外無統(tǒng)一的鑒定標(biāo)準(zhǔn)，無法在全球范圍內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確的流行病學(xué)監(jiān)測(cè)，從而導(dǎo)致對(duì)高毒力肺炎克雷伯菌的感染發(fā)生率、耐藥性、醫(yī)院獲得性感染發(fā)生率、感染機(jī)制等均無法進(jìn)行較全面、準(zhǔn)確的了解。由于高毒力肺炎克雷伯菌的高毒力與近年來不斷增強(qiáng)的耐藥性，迫切需要相關(guān)部門對(duì)高毒力肺炎克雷伯菌進(jìn)行綜合性的趨勢(shì)監(jiān)測(cè)。此外，高毒力肺炎克雷伯菌的發(fā)病機(jī)制、宿主易感性、最佳治療方式，以及如何進(jìn)行感染控制等尚不明確，仍需進(jìn)一步研究。