高毒力肺炎克雷伯菌的毒力机制研究进展

吴翰欣，丁家伟，高淩，温艳萍，李梦仙，邰文琳

昆明医科大学 第二附属医院 检验科/云南省分子诊断研究中心，云南 昆明 650101

肺炎克雷伯菌是一种容易引起社区及院内感染的革兰阴性杆菌，根据其黏性可分为经典肺炎克雷伯菌（classicKlebsiella pneumoniae，cKP）及高黏性肺炎克雷伯菌（hypervirulentK.pneumoniae，HvKP）。1986年我国台湾学者首先发现了一种HvKP[1]，之后越来越多的地区相继报道发现该菌。研究发现[2]HvKP主要引起细菌性肝脓肿，多发生于健康人群。2012年Siu[3]等报道认为HvKP所致肝脓肿是一种新的侵袭性感染性疾病，会引起转移性感染、如菌血症、脑膜炎、眼内炎及坏死性筋膜炎等，严重者可危及生命。HvKP在多家医院的分离率为30%～50%，并且有逐年增高的趋势[4]。在此，我们对HvKP的毒力因素以及该菌引起的细菌性肝脓肿做简要阐述。

1 HvKP的毒力因素

1.1 HvKP的血清型

荚膜作为某些细菌在细胞壁外包围的一层黏液性物质，一般由糖和多肽组成，是细菌的一种特殊结构。荚膜结构决定了细菌的黏附、抗血清杀菌、抗吞噬和远处定植的特性[5]。HvKP包括荚膜多糖（K抗原）和脂多糖（O抗原）。根据荚膜多糖的不同，可将HvKP分成82个荚膜型，其中K1、K2和K5型与人和动物体的严重感染疾病有密切关系[6]。尤其是K1及K2型HvKP具有很强的毒力，更易引起社区获得性肝脓肿并发生侵袭性转移，近年来流行趋势日益严重。Liu等[7]对北京朝阳医院2008～2012年检测出的HvKP进行PCR及多位点基因分析，发现HvKP荚膜分型中常见的是K1、K2、K20和 K57，并且HvKP阳性患者更易发生社区获得性感染，且多集中于K1及K2型。K1及K2型荚膜最初被认为是HvKP的主要毒力因子，也被定义为HvKP最初的主要特征。但是，并非所有的HvKP引起的社区获得性肝脓肿都是K1及K2型，在非社区性获得性肝脓肿的小鼠模型中也检测出K1、K2型，并且表现出较低的毒性[8]。Tan等[9]对129例分离出的HvKP的标本进行PCR测定，发现超过一半和肝脓肿有关的血清型不是K1及K2型。所以，HvKP的毒力强弱并非仅仅是K1、K2荚膜血清型分型导致的，可能与其毒力基因有关。

1.2 HvKP相关毒力基因

黏液表型调节基因A（regulatory mucoid phe⁃notype gene A，rmpA）能调控荚膜合成，是调控形成黏液性菌落的胞外多糖合成过程的重要调控因子。Hsu等[10]研究的K1型NTUH-K2044种群含有3种rmpA基因，即位于染色体的基因c-rmpA以及位于质粒的基因p-rmpA和p-rmpA2。该研究发现只有p-rmpA能够增强荚膜多糖合成基因的表达和荚膜的产生；还发现在小鼠腹膜炎模型中使用致死剂量以及活体竞争指数，都显示rmpA并没有增加其毒力，但可以导致人类肝脓肿。由此可以看出rmpA是导致人类肝脓肿的主要原因，而并不能导致其毒力的增加。此外，有研究表明超过40%的非肝脓肿的菌株也会携带rmpA基因[11]，表明rmpA并不是单独发挥其作用，而是与其他因子共同影响HvKP在形成肝脓肿时的毒力作用。这些因子包括TerW（亚碲酸盐抗性因子）、IutA（需氧菌素-铁离子复合体受体）和SilS（银抗性因子）等。这些因子的编码基因在质粒pLVPK上同时存在，共同发挥作用。pLVPK是肺炎克雷伯菌CG43携带的惟一质粒，是肺炎支原体毒力和携带菌株感染的决定因素，pLVPK衍生的terW-rmpA-iutA-silS位点可能使患者易于形成脓肿[11]。因此，该质粒的产生可能是HvKP毒力增强的重要原因之一。

黏液相关基因A（mucoviscosity-associated gene A，magA）是由Fang在肝脓肿患者体内发现的[12]，在其研究中发现90%以上肝脓肿患者的菌株magA均为阳性。携带magA基因的菌株具有黏性的胞外多糖网状结构，可以抵抗白细胞吞噬作用和血清补体系统杀菌作用，进而形成侵袭性感染。Yu等[13]的PCR结果显示，高黏表型、rmpA和magA基因的重评估值分别为38%（151株分离株中含58个株）、48个（151株分离株中含72个株）和17个（151株分离株中含26株）。在这58株高黏菌株中，52株含有rmpA，仅17株含有magA。所以，magA基因并非高黏特征的独立因素，可能会和其他基因共同发挥作用[14]。

2 HvKP的铁载体

铁作为生命活动中重要的微量元素，在细胞合成、细菌生长等过程中起重要作用。Fe3+是铁常见的一种形式，但是其溶解性较低，难以直接利用，因而大多数微生物可以通过分泌铁载体来吸收宿主体内的铁，从而满足细菌对铁的需求。肺炎克雷伯菌不仅通过铁载体吸收宿主体内的铁来满足新陈代谢，而且会通过铁载体吸收的铁来增强毒力从而增加机体的感染。HvKP合成铁载体后，在细胞表面形成一种铁受体蛋白，可以识别铁-铁载体，将其运输到细胞内[15]，从而完成其生命活动以及对宿主细胞的感染等过程。

气杆菌素、耶尔森菌素、肠杆菌素及沙门菌素是铁载体的4种类型，在经典肺炎克雷伯菌中已被证实存在，但HvKP在腹水培养基及缺铁培养基中会产生更多的铁载体[8]；表达耶尔森菌素的高毒力岛，表达气杆菌素iucABCD-iutA等往往位于同一种质粒的基因簇上，并且在高黏性肺炎克雷伯菌中更加常见[16]。

有研究显示，HvKP产生的铁载体中的气杆菌素是增强HvKP毒力的主要物质，Russo等通过使野生型HvKP（HvKP1）基因位点突变，制造出HvKP1ΔiucA（气杆菌素缺失）、HvKP1ΔiroB（沙门菌素缺失）、HvKP1ΔentB（肠肝菌素及沙门菌素缺失）、HvKP1Δirp2（耶 尔 森 菌 素 缺 失）、HvKP1ΔentBΔirp2（肠杆菌素、沙门菌素及耶尔森菌素缺失），与HvKP1分别培养于人腹水培养液、人血清、尿液中进行体外培养，同时注射全身感染的小鼠进行体内培养。结果显示，无论是在体内及体外培养不能单独合成沙门菌素、耶尔森菌素、肠杆菌素组，或三者都不能合成组，都不能使HvKP的毒力减低，而不能合成气杆菌素组的毒力会显著下降[17]。这就证明气杆菌素是HvKP毒力增加的主要毒力因子。肠杆菌素、沙门菌素及耶尔森菌素都具有较强的铁亲和力，主要与血浆中的转铁蛋白结合，促进细菌生长及毒力增强。

3 HvKP引起的肝脓肿

HvKP所致肝脓肿是一种新的侵袭性感染性疾病，多感染既往健康的青壮年，并且在大多数医院都呈逐年增强的趋势。HvKP表面的荚膜会抵抗中性粒细胞的识别及吞噬[18]，这就解释了HvKP易引起健康人群感染以及老年人是高危人群的原因。

Lin等研究发现[19]，没有得到有效控制的2型糖尿病患者（糖化血红蛋白HbA1c＞8.5%），其体内的白细胞在吞噬K1及K2型HvKP上存在缺陷。这说明引起肝脓肿的K1及K2型HvKP会刺激核转录因子κB（NF-κB）引起中性粒细胞凋亡，导致肝脓肿的形成。

引起肝脓肿的HvKP感染的最可能途径是肠道感染及血流感染[20]。曹敬荣等[21]收集了北京宣武医院的510份粪便标本，肺炎克雷伯菌的总分离率为20.98%，其中高黏液表型菌24株，非高黏液表型菌83株。6种血清型和6种毒力基因均有检出，以 K1、K2、K54、K57血清型为主（48.6%）。粪便分离的肺炎克雷伯菌与肝脓肿分离的肺炎克雷伯菌携带相同的毒力基因，并且有相同的半数致死量。这些存在于肠道中的肺炎克雷伯菌可能通过肠系膜静脉引起远处转移形成肝脓肿。另一条感染途径是血流感染，Lin等[22]认为，HvKP在血液中会抑制中性粒细胞对其的吞噬，抵抗中性粒细胞的吞噬及杀伤功能，HvKP可以在肝脏停留并引起感染导致肝脓肿形成。

4 结语

HvKP作为一种容易引起健康人群发生社区获得性感染的细菌，更易发生转移性感染，造成极高的死亡率。虽然当前研究发现HvKP耐药没有cKP严重，但一旦发生耐药后果将是毁灭性的，所以亟待对HvKP的感染机制进行研究。HvKP毒力增强主要依靠编码荚膜血清型的基因以及铁载体，但这些机制大多处于研究当中，例如荚膜K1及K2型产生的毒力强，但有的毒力增强的却不是K1及K2型，可能与某些基因的表达有关；铁载体会使HvKP的毒力增强，但HvKP的铁载体的产生及发生机制还不明了；气杆菌素是使HvKP毒力增加的惟一因素等，这些问题均亟待研究。对HvKP毒力增强机制的研究，目的是了解HvKP发生及感染的主要影响因素，针对性地对其进行控制和治疗，进而减少由HvKP导致的社区获得性感染的发生率，降低死亡率。

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