金黄色葡萄球菌的致病和耐药机制研究进展

管程程，于美美，综述，高 伟，李 倩审校

(1、潍坊医学院医学检验学系纳米医学技术研究所，山东潍坊261053；2、潍坊医学院附属医院山东省临床检验重点专科，山东潍坊261031；3、潍坊医学院临床医学院，山东潍坊261053)

·述评·

金黄色葡萄球菌的致病和耐药机制研究进展

管程程1，2，于美美1，2，综述，高 伟3，李 倩1，2审校

(1、潍坊医学院医学检验学系纳米医学技术研究所，山东潍坊261053；2、潍坊医学院附属医院山东省临床检验重点专科，山东潍坊261031；3、潍坊医学院临床医学院，山东潍坊261053)

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，SA）是近年来社区和医院感染的重要危险致病菌之一，其致病性强，感染率高，传播速度快，耐药性强，为疾病治疗带来了极大困难。SA可以产生包括各种外毒素、肠毒素、凝集因子、生物膜等在内的多种致病因子，并能够通过产生修饰酶、改变抗菌药物的作用靶点、降低细胞壁的通透性等不同机制的作用，对β-内酰胺类、大环内酯类、氟喹诺酮类、环脂肽、糖肽类、消毒剂等药物产生不同程度的耐药。本文就SA的致病机制、耐药机制和治疗策略作一综述，借以为临床诊断和治疗用药提供思路和依据。

金黄色葡萄球菌；致病机制；耐药性

金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，SA）是人类化脓性感染的主要病原菌，可引起细菌性食物中毒、肺炎、心包炎和脑膜炎，甚至败血症、脓毒血症等全身感染[1]。随着抗生素的大量、广泛使用，近年来SA感染呈现逐年增多的趋势，耐药率也逐年升高，出现了多重耐药菌。其中耐药性强、毒力高的耐药型SA，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA），现已普遍分布在医院、社区的环境中，在治疗方面有着极大的困难，引起了临床的高度关注[2]。本文就SA的致病机制，耐药机制，治疗现状等问题展开了分析和综述。

1 致病机制

SA可分泌多种毒素和毒力因子，从而引起多种疾病。

1.1 中毒性休克毒素-1（toxic shock syndrome toxin-1，TSST-1）TSST-1是由噬菌体I群SA产生的外毒素，属于致热原性超抗原家族，能够引起中毒性休克综合征[3]。TSST-1通过激活T淋巴细胞使其活化、增殖，并释放大量的炎性细胞因子引起强烈的免疫应答，最终导致炎症失控和多器官的损害。TSST-1还能直接损害枯否细胞，抑制内毒素脱颗粒反应，使内毒素在体内蓄积，扩大内毒素的致死效应，引起内毒素休克[4]。

1.2 凝集因子A（Clumping factor A，ClfA）几乎所有的SA都有ClfA。ClfA是与纤维蛋白原（fibrinogen，Fg）结合的主要蛋白，决定SA与纤维蛋白的结合能力[5]。研究表明ClfA的Fg结合活性对SA的致病力至关重要[6]。ClfA与组织中的Fg结合后使SA粘着在感染部位，进而在感染的局部增殖而致病；同时它与Fg结合后使其自身被Fg包裹而抑制调理素对其接近和沉着在其表面，进而起到抗吞噬作用。

1.3 表皮剥脱素（exfoliative toxin，ET）SA产生的ET通过血液循环到达全身，可引起面部红斑、口周放射状皲裂及全身浅表性、松弛性大疱，疱壁薄易破，破溃后形成似烫伤样外观的皮肤综合征，好发于婴幼儿及伴有肾衰或免疫缺陷的成人[7]。

1.4 杀白细胞毒素（Panton-valentine leukocidin，PVL）PVL是SA分泌的一种外毒素，以八聚体形式在宿主细胞膜上形成孔道，损伤细胞膜，导致细胞溶解，并可以介导血管扩张，触发炎症反应，使组织细胞坏死，引起感染进一步扩散。PVL与中性粒细胞和巨噬细胞的胞膜上的受体结合，使得细胞膜中三磷酸肌醇发生构型变化，细胞膜通透性增高，最终导致吞噬细胞大量坏死，死亡的细胞可形成脓栓。因此携带有PVL基因的SA致病性明显强于没有携带PVL基因的SA[8]。

1.5 金黄色葡萄球菌肠毒素（staphylococcal enterotoxins，SEs）SEs是由SA产生的外毒素，属于超抗原。SEs的N端肽链具有催吐活性，可引起人呕吐甚至食物中毒。SEs具有高度的耐热性，因此，它引起的食品污染和食物中毒的危险性就更大，可以造成肠道外感染，以至对全身各器官组织产生损伤作用，最后发展到多个器官功能障碍，危及患者生命[9]。

1.6 生物膜（biofilm）BF是黏附到基质上形成的一种固着的微生物菌落，这些菌落被胞外聚合物所包裹，从而改变了其细菌生理学、代谢和基因转录等表型，使其更适应不利环境[10]。BF一旦形成，除具有极强的耐药性（可增加10～1000倍）外，还能对先天性免疫和特异性免疫产生极强的抵抗力[11]。

2 耐药机制

抗生素、消毒剂的不恰当使用导致近年来SA的耐药菌株大幅度增加，同时还出现了多重耐药菌。

2.1 β-内酰胺类mecA作为SA特有的耐药基因，在SA对β-内酰胺类药物的耐药性方面发挥着重要的作用。细菌菌体表面合成的一种青霉素结合蛋白（penicillin-binding proteins，PBPs）对细菌的生长繁殖起着至关重要的作用。由于PBPs与β-内酰胺类抗菌药物有较高的亲和力，导致PBPs失去活性，阻断细胞壁的合成，进而导致细胞的死亡。mecA基因存在于一个独特的可移动的染色体盒SCCmec中，能编码出新的青霉素结合蛋白PBP2a[12]，对β-内酰胺类药物的亲和力较低，但是与PBPs一样都能参与细胞壁的合成，因而能在PBPs失活后替代其促进细胞壁的合成，进而表现出耐药性[13]。

2.2 大环内酯类SA对大环内酯类药物产生耐药性的主要原因与位于质粒和染色体上的erm基因有关，尤其是ermA、ermB、ermC基因。大环内酯类抗菌药物主要通过作用于细菌核糖体23S rRNA基因，阻断蛋白质的合成，发挥抗菌作用。而该药物的耐药性则由甲基转移酶Erm家族催化23S rRNA甲基化引起，导致大环内酯类药物与RNA的亲和力降低或散失，进而造成耐药的结果。除此之外，核糖体蛋白L4的突变，核糖体大亚基23S rRNA碱基的突变也能引起对大环内酯类药物的耐药性[14]。

2.3 氟喹诺酮类（fluoroquinolones，FQNS）SA对FQNS的耐药主要与药物作用靶位酶的改变和药物在菌体内蓄积量减少有关。FQNS以1，4-二氢-4-氧代-3-喹啉羧酸为基本结构，对细菌DNA促旋酶（Ⅱ型拓扑异构酶）和拓扑异构酶产生抑制，阻断细菌遗传物质的复制与转录，从而使细菌死亡。细菌对FQNS的耐药，一方面由于靶酶的基因位点突变导致靶酶的空间位点变异，影响了FQNS与靶酶的结合，从而避免了细菌的死亡；另一方面，细菌对FQNS外排增加和（或）摄入减少导致的FQNS在体内积蓄量减少也是一个重要原因，其中外排增加更是占了较大的比重。介导外排泵的，主要是nor基因，尤其是norA基因[15，16]。

2.4 环脂肽细菌对环脂肽的耐药机制主要与细菌细胞膜结构和功能的变化、基因突变以及病菌细胞壁的异常变化有关。环脂肽主要是通过干扰细胞膜对氨基酸的转运，阻碍了细菌细胞壁肽聚糖磷壁酸脂质（LTA）的生物合成，使细菌细胞膜去极化，细菌死亡。细菌对环脂肽的耐药机制，一方面是由于抗菌作用靶点所在的基因发生突变，导致药物与细菌的连接点数量下降，使得药物对SA的杀灭能力下降，对药物产生耐药性；另一方面，细菌参与细胞壁新陈代谢的几种基因的表达上调，使得细菌细胞壁增厚，因而药物对细菌的作用下降，达到耐药的结果[17]。

2.5 糖肽类万古霉素等的糖肽类药物的耐药机制，主要包括细胞壁增厚、肽聚糖交联减少、青霉素结合蛋白PBPs的改变、抗生素诱导、调节基因改变、耐药基因转移、酶活性降低等。存在于细胞壁肽聚糖层上的D-丙氨酰-D-丙氨酰酸残基与万古霉素的结合可将大部分的药物阻于细胞壁外，降低对细菌的杀伤力；肽聚糖单体五肽支链上的谷氨酸残基未被酰胺化导致了肽聚糖交联的减少，肽聚糖单体异常增加，由此可结合更多的万古霉素，使药物不能与细菌的靶位接触；细菌对药物的耐药机制与调节基因也有一定的关系，包括agr基因的功能缺失等；作用于细胞壁的抗菌药物如万古霉素能使PBP2的表达量增加，细胞壁增厚，降低药物对细菌的杀伤；有试验表明，将万古霉素耐药菌株放在不含万古霉素的培养基上培养，细菌的耐药性下降，因而抗生素的诱导也是细菌耐药的一个重要因素；SA耐药菌株中的耐药基因可以从肠球菌的质粒中转移，因此耐药基因的转移也是细菌产生耐药的一个重要原因；而微管系统的存在以及与万古霉素有协同作用的水解酶、溶解酶等酶活性降低等也是细菌耐药的一个不可忽视的方面[18]。

2.6 消毒剂消毒剂的耐药机制与外排泵分子介导的耐药和质粒介导的耐药基因qac有密切的关系。消毒剂对细菌的杀灭作用往往不具有选择性，通过物理和化学途径作用于细胞外部成分、细胞胞质膜和细胞质等多个靶点，通常以破坏细胞壁和细胞膜等保护结构来引起细胞内物质渗漏、氧化胞内酶等灭菌[19]。外排泵分子的介导机制在消毒剂的压力下，染色体上的norA、norC、mepA和mdeA基因表达增强，导致SA对消毒剂的抗性增强。另一方面，QacR蛋白作为qacA基因的负调控因子，当有外排的消毒剂等QacR蛋白的作用底物存在时，其与QacR蛋白结合阻止了其与qacA基因的启动子的结合，使得qacA基因的表达上调，对胞内较高浓度消毒剂的消除有促进作用[20]。

2.7 唑烷酮类唑烷酮类药物如利奈唑胺的耐药机制，少部分菌株是由于携带cfr基因，大部分则是由于在23S rRNA V区出现了点突变[21]。利奈唑胺通过结合于细菌50S核糖体亚基的核糖体肽酰转移酶活性中心（peptydyl transferanse center，PTC），抑制其蛋白质的合成，从而杀死细菌。细菌的PTC主要是由rRNA组成，因此该区域RNA的突变是SA对该药物耐药的一个重要机制；此外，cfr基因的作用靶点也是23S rRNA V区的G2503位点，因此，携带cfr基因也是细菌耐药的一个重要方面[22]。

3 治疗方法和策略

自19世纪40年代青霉素问世以来，人们就在寻找能杀灭SA的药物和SA的不断耐药中交替进行，这是目前临床抗感染治疗的难点，由于最佳治疗药物、剂量、给药途径和治疗周期都是不确定的，实验表明，联合用药对于治疗SA的感染是比较明智的选择。

SA几乎对所有的β-内酰胺类药物都存在着不同程度的耐药性，而大环内酯类药物更是由于主动外排机制、生物膜、碱基突变等因素在投入应用后不久令SA的耐药率逐渐升高，同样，氟喹诺酮类药物也存在交叉耐药等现象。这三类药物由于其耐药现象较为明显，已经不作为市面上广泛应用的药物。

环脂肽药物如达托霉素可以杀灭处于对数期、稳定期和代谢迟缓的SA，主要用于其各种耐药菌如MRSA等的感染，且与其他抗生素无交叉耐药性，是一种很有治疗前景的药物。美国已批准供静脉注射治疗复杂的皮肤和软组织感染[23，24]。

万古霉素一向被誉为治疗MRSA严重感染的最佳药物，主要发挥时间依赖性杀菌作用，对各种耐药型的SA有很强的杀菌作用。当然，该药物的副作用也是不可忽视的，耳毒性、肾毒性等一些不良症状要求人们在使用该药品时，一定要正确诊断疾病，做好药敏并检测好药物浓度，防止出现不良反应[24]。另一方面，尽管中国国内未出现耐万古霉素金黄色葡萄球菌（vancomycin resistant Staphylococcus aureus，VRSA）分离株的报道，但美国和日本已出现报道，故而临床上可以考虑用替考拉宁代替[25]。

利奈唑胺作为唯一一个应用于临床的唑烷酮类抗生素[23]，因其不易与其他抗菌药物发生交叉耐药，治疗效果显著。有报道称，利奈唑胺与万古霉素的抗菌作用及安全性相似甚至更优[25]，且近期发现，利奈唑胺与达托霉素联合应用可有效治疗SA的生物膜感染[23]。但另一方面，利奈唑胺在消化道以及血液系统的毒性等不良反应也是我们在临床用药时需要注意的问题。

消毒剂抗性的产生，也将人们对消毒剂的不规范使用，消毒剂化学成分不稳定等问题暴露在人们的视野之内。为了使消毒剂能发挥其最好的作用，应对不同地区的消毒剂使用情况进行监测，以确定适合本地区的最佳消毒剂。同时还可应用以下方式优化消毒剂的使用：⑴时常采用复方制剂和联合消毒剂进行杀菌，不同的消毒剂对杀菌有协同作用，采用该方法有一定的临床意义；⑵采用新型消毒剂。新型的人工抗菌物纳米银易与病原微生物接触，有抗菌谱广、抗菌时间长等优点，是一种很有发展前景的消毒液；⑶当被消毒区域有抗性菌株存在时，可提高消毒剂浓度，但要考虑消毒剂对创面的影响[26]。

在不断寻找能杀灭耐药菌的新药物的同时，人们也尝试从其他方面杀灭耐药菌。细菌生物膜的存在，使得细菌极易产生耐药性，抵抗宿主的防御[22]，因而人们开始从分解生物膜入手来解决问题，但该理论的实施是一个复杂的过程，还需要解决很多问题。另一方面，噬菌体及其裂解酶也是治疗耐药菌的一个新方向，有报道显示，向患者注射噬菌体能使患者迅速恢复，且噬菌体的变异性和多样性对于耐药菌的治疗也是一个优势特征。但因噬菌体的制备、保存、作用条件等方面的局限性，以及人们对它安全性的怀疑和它本身不易控制的特性，使得关于噬菌体的研究还处于起步阶段，临床试验较少[27]。

4 结语

SA的临床感染今后仍是普遍又严重的问题，不仅是因为越来越多的抗生素出现耐药，而且一系列的临床病症也在不断地改变。SA是感染性心内膜炎和骨关节、皮肤、软组织、胸膜肺等相关部位感染的主要原因[28]，是临床上一个较为棘手的问题。大量医药工作者也正尝试着从不同角度克服各种困难，寻找可以使SA彻底被消灭的方法，相信不久以后SA的耐药和治疗一定会有新的突破。

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R446.5，Q939.92

A

1674-1129(2017)01-0001-04

10.3969/j.issn.1674-1129.2017.01.001

2016-11-09；

2017-01-15)

国家自然科学基金（81541093）；山东省自然科学基金（ZR2015HL075）；山东省医药卫生科技发展计划项目（2015WS0056）；潍坊市科学技术发展计划项目（2014WS048）；潍坊医学院大学生科技创新基金（KX2016033）

管程程，女，1997年生，医学检验在读本科，研究方向为临床病原微生物的分子诊断。

李倩，女，1983年生，博士，讲师，研究方向为临床病原微生物的分子诊断，E-mail：liqian@wfmc.edu.cn。