家畜相关的金黄色葡萄球菌研究进展

徐进强，王俊书，金红岩，顾庆云，封家旺

（西藏职业技术学院动物科学技术学院，西藏拉萨 850000）

金黄色葡萄球菌是一种常见的共寄生物和致病菌，广泛存在于包括人类在内的许多动物体内。金黄色葡萄球菌可引起多种感染，从浅表皮肤和软组织感染到危及生命的败血症。金黄色葡萄球菌已成为严重的公共卫生负担。葡萄球菌性乳腺炎是乳品行业的主要问题，影响动物健康，每年造成每头奶牛严重的经济损失。虽然抗生素治疗是单个动物的一种选择，但它是不利的，因为成本和抗生素耐药性的潜在风险，而且不适合解决致病性金黄色葡萄球菌在乳房组织长期存在的问题。因此，本文综述了家畜相关的金黄色葡萄球菌相关毒力及对肉制品的风险，为进一步解决金黄色葡萄糖菌引起的相关问题提供理论依据。

1 毒力因子

人和动物的成功感染取决于金黄色葡萄球菌产生的毒力因子。广泛的分泌和细胞表面相关的毒力因子可以表达，促进黏附到宿主细胞外基质成分，破坏宿主细胞，对抗免疫系统。目前至少有25种不同的毒素，15种识别黏附基质分子的微生物表面成分，它们对组织黏附很重要，这些毒力因子大部分已在人源分离株中被鉴定，只有少数研究调查了鸡和牛的非ST398金黄色葡萄球菌的毒力基因（Schijffelen等，2010）。

Ikawaty等（2010）研究了临床牛乳腺炎病例中分离出的76个金黄色葡萄球菌的大量毒力基因，显示了编码不同超抗原的基因的存在。此外，该研究还发现一些附加毒性因子基因的存在，包括黏附素、蛋白酶和胶囊类型。在粘连蛋白中，纤维蛋白结合蛋白A、弹性蛋白结合蛋白、胞外纤维蛋白原结合蛋白基因几乎全部存在，8型胶囊蛋白基因也几乎全部存在（占比96%）。根据毒力基因含量的不同，分离株可分为6大类，同时聚类分析结果与多位点序列分型和脉冲场凝胶电泳分型结果一致。牛菌株ET3的全基因组序列提供关于毒力因子的更多细节，受影响的蛋白包括凝结因子A和蛋白A，参与铁吸收的基因突变表明，铁代谢至少在这个克隆中，可能与已测序的人类品系有很大不同。根据作者的观点，粘附素和铁摄取的差异支持了这种菌株向细胞内生活方式转变的观点（Herron-Olson等，2007）。众所周知，金黄色葡萄球菌可以在细胞内存活，这将是一种逃离吞噬细胞和抗生素的完美方法。但关于细胞内存活对感染的重要性证据仍然有限。

不同肉鸡金黄色葡萄球菌的种群和遗传分析表明，大多数分离株很可能来自于早年将人类的ST5分离株转移到鸡身上。一个代表性分离株的全基因组序列表明，该菌株对新寄主已适应，对于一些致病因子基因，如人类特异性免疫逃避簇和其他一些编码人类特异性蛋白酶的基因都缺乏，而至少已获得5种家禽特异性的移动遗传元件。这些元素编码几种可能在鸡毒力中起作用的蛋白质。最明显的例子是在家禽感染的发病机制中涉及的蛋白酶（Lowder等，2009）。值得注意的是，第二大分离株群属于一个克隆复合体，该复合体尚未在人体内检测到。

携带SaPibov2的菌株在反刍动物分离株中广泛传播，能使反刍动物血浆凝固，与缺乏这种致病性的分离株形成对比。虽然S0385与毒性没有直接关系，但其还有另外两个有趣的特征。首先，vSaβ缺乏限制修饰系统特征，这个系统可以保护被引入的细胞DNA，这个系统的缺失可能使其更容易接受外来DNA，包括毒力因子和抗生素抗性基因。第二，基因组包含3个结合的结合元素，其中一个位于SCCmec内，确切功能尚不清楚，但很可能这些元素可以将DNA转移到其他菌株，也可能在接受外来DNA方面发挥作用。这可能使这些菌株成为不同菌株之间基因转移的中间产物。另外，该系统也可以作为蛋白分泌机制发挥作用（Stegger等，2010）。

参与生物膜形成的蛋白是识别黏附基质分子的微生物表面组分，其他蛋白起作用，icaABCD操纵子的产物多糖胞间黏附素也起作用。这些蛋白对生物膜的预防和清除具有重要意义。一些家畜菌株ica基因，编码参与生物膜的形成，还有助于建立生物膜结合β-toxin hlb基因编码，这不仅作为一种毒素，也作为DNA结合蛋白质在生物膜的形成（Huseby等，2010）。在人类衍生菌株中，hlb基因经常被编码人类特异性免疫逃避蛋白的噬菌体破坏。

2 ST398及其传递性

Armand-Lefevre等（2005）首次报道猪金黄色葡萄球菌ST398菌株，他们在猪和人身上都发现对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌（MRSA），但ST398分离株只占所发现类型的一小部分。此外，他们注意到，养猪户比非养猪户更容易携带金黄色葡萄球菌。ST398最初被Voss（2005）识别为一个问题，随后的研究表明，ST398在猪和人之间传播。从那时起，ST398菌株在许多国家记录在案，并成为流行病。ST398耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的流行情况因国家而异。据报道，猪的患病率高达85%，农场70%，人员45%，但ST398也可能在国家中不存在，或至少没有发现（Porrero等，2012），作者在一些农场发现，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的比率可能更低，甚至可能没有。这些较低的比率是由于不同的隔离方法造成的，还是这些农场主要在养猪业的主流之外运作还有待观察。隔离年份、采样地点、农场类型、生产时间和隔离方法的差异可以解释不同研究中发现的一些差异。此外，抗生素的使用和采样前使用的抗生素类型也会影响结果。猪的品种也可能起到一定作用。

ST398并不仅局限于猪，也在健康家禽、犊牛和牛乳腺炎病例中检测到，这些动物接触感染是成为载体的危险因素。此外，研究人员发现了一种新型的mecA行列式，在家畜中称为mecALGA251。新的行列式在氨基酸水平上只有63%的同源性，在DNA水平上只有70%的同源性，这个决定因素导致MICs从0.75～32 mg/L。新的mec基因最初是在英国15个奶牛分离株中被发现，根据多位点序列分型结果，该菌株属于3个不同的谱系，但在51个对甲氧西林耐药的人甲氧西林阴性菌株中也发现该菌株（Garcia-Alvarez等，2011）。它们中的大多数都具有与奶牛相同的spa类型，这表明mec基因已经存在了很长时间，只是没有被发现。同时也表明其传播缓慢。

农场之间动物的转移也是一种可能的传播途径。由于猪场之间的交易（从产仔到屠宰加工）很常见，它可能在MRSA传播中扮演重要角色。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌ST398的传播已经在仔猪和人类中进行了研究。在仔猪中传播率为3.92%～52.54%。然而，在一项对照研究中发现，两种优势系ST398和ST9的4株MRSA混合使用，猪的鼻腔和胃肠道接种不会导致稳定定殖。相比之下，怀孕母猪在分娩前不久通过阴道接种可导致稳定定殖，这表明垂直传播可能是一种更有效的传播手段（Moodley等，2011）。

3 肉类中的金黄色葡萄球菌

虽然与动物接触似乎是人类携带ST398的最重要的危险因素，但肉类产品也可能是一个来源。最近的一项研究表明，40只肉鸡群中35%的MRSA呈阳性，大部分分离物属于ST398，但略多于1/4属于ST9和单一SPA类型。将近8%的个体肉鸡在到达屠宰场时呈MRSA阳性，但在白天，由于受到污染，这一比例上升到35%。在参与将动物悬挂在屠宰线上的员工中有20%是MRSA阳性，而与肉鸡有接触的其他员工为1.9%，普通人群为0.1%（Mulders等，2010）。在肉类样品中发现的大多数MRSA分离物属于ST398，但ST9和更多的与人类相关的序列类型也有发现（Lim等，2010）。在猪肉中，金黄色葡萄球菌的比例差异很大。据报道，5%的样品被回收，但超过一半的新鲜猪肉样品也被报告为阳性。在猪肉中也有不同比例的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌。

4 耐药性和疫苗

从家畜分离出的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌通常表现出对其他抗生素的耐药性，而且分离出的耐药模式可能是高度可变的。ST398分离株由于在染色体定位转座子上存在tet（M）基因，通常与质粒编码的tet（K）基因结合，表现出对四环素的普遍抗性。但据报道，猪ST398对其他抗生素的耐药率很高。如Crombe等（2012）在643个耐甲氧西林金黄色葡萄球菌中，97%对甲氧苄氨嘧啶耐药，73%对林可酰胺耐药，32%对氟喹诺酮类抗生素耐药。

金黄色葡萄球菌造成的疾病负担和死亡人数在人和家畜中都很高。最初，金黄色葡萄球菌疫苗的需求主要取决于奶牛乳腺炎给奶牛养殖业造成的经济损失。虽然疫苗是医疗设备的重要补充，但抗生素可以很容易地治疗感染。金黄色葡萄球菌感染的问题随着甲氧西林耐药性的增加而增加。接种疫苗有助于减轻奶牛乳房炎的负担。从家畜身上清除耐甲氧西林金黄色葡萄球菌ST398的必要性就不那么明确。由ST398引起的疾病负担似乎很低，特别是在猪身上。此外，对人类的危险相当有限。但随着更多的人类适应菌株的发展，这种情况很可能会改变，特别是当这些更适应人类的菌株也很好适应了家畜，并在家畜中广泛传播。

但针对金黄色葡萄球菌疫苗的开发被证明是有问题的。30年的广泛研究并没有使保护性疫苗进入市场，包括整个细胞、单个蛋白质或多糖、修饰毒素、融合蛋白和DNA接种。一些研究提供了额外的体外数据，如多形核白细胞增强调理吞噬作用、T辅助因子和细胞因子的反应。然而，挑战性实验显示了一个不太有利的反应，这些原型疫苗失败的原因可能有多种不同的原因（Daum和 Spellberg，2012）。

5 结语

在家畜中发现了与人类相关的分离株，就像在人类中发现与家畜相关的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌一样。但与家畜相关的MRSA中以ST398为主，其次是ST9。家畜中出现越来越多的多重耐药隔离物限制了治疗选择。接种疫苗是一个合乎逻辑的解决方案，但在市场上30年的研究并没有产生一种有效的疫苗，因次还需要更多的研究方法来解决家畜相关的金黄色葡萄球菌问题。