呼吸道细菌性感染及耐药机制的研究进展

孙冶 ，李新鸣，佟文英 ，焦文静 ，何春英 ，肖纯凌 *

（1.沈阳医学院基础医学院病原生物学教研室，辽宁 沈阳 110034；2.辽宁省环境污染与微生态重点实验室；3.基础医学院临床医学专业2014级9班；4.医学应用技术学院高职检验专业2016级1班）

呼吸道感染是一种常见的感染性疾病，多因病原体入侵而引起，目前大量的文献报道已证实人体上呼吸道有需氧菌、兼性需氧菌及厌氧菌定植，在数量和种类上维持相对稳定的状态［1］。与上呼吸道相比，一般认为下呼吸道基本保持着无菌状态，但Hilty等［2］研究发现，肺部也生存着丰富的菌群。呼吸道黏膜表面定居着大量的细菌，主要是厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门、变形杆菌门和梭杆菌门等，群体之间通过感应系统和局部产生的抗微生物多肽调节细菌种类和数量，保持动态平衡，与机体和平共处［3］。一般情况下，正常菌群不会致病，受机体活动影响的同时，也参与和影响机体的免疫功能，然而呼吸道是与外界相通的，直接暴露在外环境中，一旦体内环境中致病菌群增多，将破坏呼吸道菌群的平衡进而导致呼吸道感染［4］。

上呼吸道感染简称上感，包括普通感冒、咽喉炎、咽峡炎、扁桃体炎等，通常是由病毒引起的［5］；下呼吸道感染最常见是由细菌引起的［6］，包括急性气管炎、急性支气管炎、慢性支气管炎、支气管扩张、肺炎等。随着抗生素的大量使用，耐药致病菌不断地出现，现将呼吸道细菌性感染疾病及耐药性研究进展进行综述。

1 呼吸道感染常见的细菌

邝健强［7］对2014至2016年从南海经济开发区人民医院收治的240例呼吸道感染患者研究发现，分离出的致病菌中铜绿假单胞菌（P.aeruginosa）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）以及金黄色葡萄球菌（S.aureus，SA）是最为常见的感染菌株类型。叶霞等［8］对2013年1月至2014年12月老年疾病治疗中心的568例呼吸道感染病例进行了分析研究，发现以铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌、鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）、大肠埃希菌（E.coli）及SA为主要的细菌感染类型。以上研究调查表明铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌及SA为主要的呼吸道感染致病菌。

1.1 铜绿假单胞菌 铜绿假单胞菌又称绿脓杆菌，是假单胞菌的代表菌种，为革兰阴性杆菌，好氧、广泛存在于自然界中，是临床感染的常见致病菌，也是下呼吸道感染的常见致病菌之一［9］。铜绿假单胞菌菌体生长在普通培养基上可以产生水溶性色素，在血平板上培养有透明溶血环；菌体在镜下观察呈细长、成对或短链状排列；具有氧化酶阳性、分解葡萄糖、产酸不产气等生理生化特征。在人体抵抗力低下时引起呼吸道感染，根据药敏试验结果，广泛持续使用碳青霉烯类的美罗培南、庆大霉素、哌拉西林和3代头孢菌素类头孢哌酮、头孢曲松、头孢他定、头孢吡肟及头孢噻肟治疗铜绿假单胞菌所引起的感染，耐药性产生显著性增强［9-11］，因此对铜绿假单胞菌的治疗、监控和防范势在必行。

1.2 SA SA隶属于葡萄球菌属，革兰阳性菌的代表，可引起许多严重的感染，例如食源性食物中毒、心包炎、脑膜炎、脓毒败血症及肺炎等［12］。SA是人类化脓性感染中最常见的病原菌，引起局部化脓性感染，在呼吸道感染中可引起肺炎。SA的致病力取决于它产生的毒素，主要产生溶血毒素、杀白细胞素、肠毒素、表皮剥脱毒素、毒性休克综合征毒素以及血浆凝固酶［13］。近些年随着抗生素的广泛使用，SA感染几率也呈现逐年增多的趋势，从而导致SA耐药率和多重耐药性逐年升高。随着对SA耐药菌的广泛关注和研究，发现了一些耐药性强、毒力高的耐药型SA，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（methicillinresistant Staphylococcus aureus，MRSA），这给治疗和预防SA感染带来了极大的困难，已引起了临床医生的高度关注［14］。

1.3 肺炎克雷伯菌 德国病理学家E.弗里德兰德于1882年首先对肺炎克雷伯菌进行描述，其属于肠杆菌科，是一类有荚膜的革兰阴性菌。肺炎克雷伯菌致病性强，可感染人体全身器官特别是对呼吸系统和泌尿系统具有严重的损伤，引发肺炎、脑膜炎、肝脓肿和败血症等疾病［15］。各种抗生素的广泛使用，加速了肺炎克雷伯菌基因的进化，产生出多种致抗生素失活的酶，目前发现的β-内酰胺酶、氨基钝化酶等可导致肺炎克雷伯菌对β-内酰胺类、氨基糖苷类、磷霉素等抗生素产生耐药性［16］。近些年研究发现，肺炎克雷伯菌的多重耐药性逐渐升高，一份临床统计报告发现肺炎克雷伯菌的多重耐药性占肺炎克雷伯菌总数的89.24%，对于头孢他啶、左氧氟沙星、阿米卡星、复方新诺明等抗生素均有耐药性［17］。

2 呼吸道细菌感染导致的严重疾病

一般的呼吸道疾病主要有咳嗽、咳痰、发热、咽痛、胸痛、呼吸困难等临床表现，发病时可表现出一种或多种临床症状，也有很多情况下症状不明显。呼吸道疾病如果伴随着复杂的细菌性感染甚至是耐药细菌的感染，将对患者产生巨大威胁，以下主要阐述一些呼吸道疾病并伴有细菌感染加重病情的相关研究。

2.1 慢性阻塞性肺疾病（COPD） COPD是一种发病率及病死率较高的慢性肺部疾病，是以气流阻塞为特征的疾病，常引起支气管炎和（或）肺气肿慢性炎症，随着病情的加剧可以发展为肺源性心脏病，严重可致呼吸衰竭，影响全身系统功能［18］。COPD患者临床多表现为慢性咳嗽，其次为咳痰、气短、胸闷等症状。罗治海［19］研究结果显示，由于COPD患者免疫功能下降，患者下呼吸道感染发生率增高，阳性率达32.13%，感染的病原菌主要是以革兰阴性杆菌为主，其检出率为36.83%，可加重COPD病情的恶化。有研究报道，临床治疗中广谱抗菌素的广泛应用，使得肺内铜绿假单孢菌感染率明显增加，同时又加速了铜绿假单胞菌耐药菌的产生，在COPD急性加重期合并铜绿假单孢菌感染时，铜绿假单孢菌不仅携带能够水解青霉素类、广谱或者超广谱头孢菌素类及单环β-内酰胺类药物的ESBLs基因，还可能携带其他种耐药基因［20］，这增加了COPD治疗的难度，使铜绿假单孢菌成为COPD治疗最重要的影响因素。

2.2 支气管哮喘 支气管哮喘（bronchial asthma）简称哮喘，是由多种细胞和细胞组分参与的气道慢性炎症性疾病［21］。一份调查显示，截至2010年，我国成年人哮喘发病率为1.09%，其中男性患病率为1.17%，女性患病率为1.00%，随着年龄的增加哮喘患病率也随之升高，70岁以上年龄组患病率高达4.10%［22］。支气管哮喘发病原因有2种：一是机体内在的致病因素，即生物遗传因素或者心理遗传因素；二是外界环境致病因素，受外界环境干预引起［23］。由于病原体的刺激，呼吸道产生并分泌多种炎性介质，与呼吸道内的各种组织相互作用，导致呼吸道的正常组分改变，引发哮喘，其临床症状表现为咳嗽、胸闷以及呼吸困难等［24］。SA是人类皮肤和呼吸道常见的微生物群，可以产生一种或者多种肠毒素（staphylococcal enterotoxin，SE），SE可以影响免疫调节细胞和促炎细胞活性，加重病态反应性炎症，而临床上广泛使用抗生素来抑制SA的增殖，造成耐药SA的产生，最终使支气管哮喘患者病情快速恶化［25］。

2.3 肺结核 肺结核（pulmonary tuberculosis）是由结核分枝杆菌感染引起的一种慢性传染性疾病，临床表现为低热、盗汗、乏力及消瘦等，呼吸系统症状表现为咳嗽、咳痰及咯血，由于感染导致机体免疫功能减退而容易受其它病原菌感染［26］。肺结核继发呼吸道细菌感染时，病原菌主要是以革兰阴性菌为主，依次为肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌、阴沟肠杆菌、不动杆菌及铜绿假单胞菌［27］。长期大量应用广谱抗生素治疗，易产生耐多药结核病，加速肺部多发空洞、支气管扩张、胸膜增厚及肺纤维化等肺部结构变化，继发重症肺部感染，导致患者病情快速发展甚至死亡［28］。

3 呼吸道感染耐药细菌产生的机制

随着广谱抗生素的普遍使用，许多病原菌产生耐药性，并逐渐增强，给临床治疗带来很大的阻碍。有些致病菌同时具有多种耐药机制。因此，了解病原菌的耐药机制在药物治疗上有着至关重要的作用。

3.1 青霉素结合蛋白的异常表达 细菌表面合成的一种青霉素结合蛋白（penicillin-binding proteins，PBPs）具有较高的羧肽酶和转肽酶活性，参与细菌细胞壁成分中肽聚糖的合成与再造，是维持细菌生长繁殖的重要膜蛋白［29］。异常的PBPs表达是SA产生耐药性的主要机制，在抗生素使用过程中，SA可以表达由mecA基因编码的PBP2a蛋白，该蛋白具有转肽酶活性，可替代SA中由pbp2基因编码的PBP2蛋白，而PBP2a与β-内酰胺类药物（如青霉素）结合能力较差，可有效地维持菌体细胞壁成分中肽聚糖结构的稳定性，进而使SA产生耐药性［30-31］。

3.2 药物结合靶点改变 抗生素发挥抑制致病菌生长作用是通过与细菌上特定的靶点识别和结合来完成的，当致病菌上能被药物识别的靶点发生改变时，药物将无法识别目标而不能发挥作用。喹诺酮类药物（诺氟沙星、氧氟沙星、左氧氟沙星、环丙沙星、加雷沙星和加替沙星等）结合肺炎克雷伯菌的靶点是gyrA基因编码的DNA旋转酶和parC基因编码的拓扑异构酶Ⅳ。研究发现广泛使用抗生素后肺炎克雷伯菌菌株的gyrA基因（83位、87位、47位、27位）和parC基因（80位、91位）发生突变，导致DNA旋转酶和拓扑异构酶Ⅳ表达异常，进而导致肺炎克雷伯菌对喹诺酮类抗生素的耐药性［32-33］。拓扑异构酶Ⅳ的主要功能是负责DNA断裂和重接，在DNA复制后期起到分离姐妹染色体的作用，parC基因的突变常伴有gyrA基因的变异，进而导致肺炎克雷伯菌对喹诺酮类抗生素的耐药性增强［33］。

3.3 药物灭活酶的产生 大量使用抗生素，使一些致病菌进化成可以产生出特定功能的酶类分子，这些酶类分子赋予致病菌耐药性。具有耐药性的流感嗜血杆菌可以产生β-内酰胺酶，可以水解β-内酰胺类抗生素，使β-内酰胺类抗生素失去活性从而产生耐药性［34］。所有的铜绿假单胞菌都具有ampC基因，其编码的AmpC酶能够水解绝大多数的β-内酰胺类抗生素，与ampC基因相邻的ampR基因编码的AmpR蛋白，此蛋白具有调节ampC基因表达的功能；在诱导性抗生素存在时，ampR基因编码AmpR蛋白表达并启动ampC基因转录AmpC酶，灭活抗生素活性，从而导致铜绿假单胞菌耐药性的产生［35］。

3.4 生物膜的改变 细菌生物膜（bacterial biofilm，BF），是由细菌和自身分泌的胞外物质组成，附着或镶嵌在其上面的孔蛋白是物质交换的通道。这类细菌群体形成的生物膜，将造成药物不能正常进入或结合致病菌因而产生较强的耐药性，此外，生物膜将感染部位与周围组织隔离开来，可以逃避宿主免疫作用［36］。铜绿假单胞菌生物膜的耐药机制尚未明确，目前较被认可的一种学说认为，铜绿假单胞菌生物膜的主要成分——藻酸盐的编码基因algD，是由mucA和mucB基因调节的，当mucA突变时，导致产生大量藻酸盐从而阻碍抗生素进入菌体内，增加致病菌的耐药性；此外铜绿假单胞菌生物膜带有大量的阴离子，当与带有阳离子的抗生素相结合，可降低抗生素的转运；同时铜绿假单胞菌生物膜具有多种水解酶、H2O2酶及钝化酶活性，可以灭活部分抗生素，赋予铜绿假单胞菌耐药性［37］。

4 小结与展望

呼吸道细菌性感染是一类病情轻重复杂的疾病，轻者为简单的感冒，不需要治疗，自身的免疫系统就能痊愈；重者会发生呼吸衰竭甚至死亡，具有临床发病率高，病程长及治愈难等特点。致病菌通过呼吸系统感染呼吸道，除直接从环境中获得致病菌外，院内感染也是主要途径，呼吸机和机械性通气都可能引起呼吸道感染，有时还可能导致交叉感染［38］。呼吸道感染的严重性在于合并和引发的相关疾病，对这些疾病的治疗和控制也是目前比较棘手的问题。

近年来，随着广谱抗生素研发的快速发展，虽然治疗效果得到极大的提高，但是由于抗生素使用不规范、滥用现象日益增多，加速了细菌耐药性产生和相应抗生素使用寿命降低［39］。细菌一旦产生耐药性后，不仅为细菌感染的治疗带来困难，而且在伴有慢性肺部疾病的情况下，加剧了肺部疾病病程，增加了治疗难度，患者的死亡率也随之增加［40］。因此临床治疗中应当合理应用抗生素，同时加强细菌耐药性监测，并根据药敏试验结果合理选用抗生素，从而有效地利用抗生素，减少耐药菌株所引起的继发疾病的发生。

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