高毒力肺炎克雷伯菌的毒力因子和耐药机制研究进展 ①

李 政

(桂林医学院附属医院检验科，广西 桂林 541001)

1986年中国台湾首次报道了高毒力肺炎克雷伯菌(Hypervirulent Klebsiella Pneumonia，hvKP)感染导致的肝脓肿合并感染性眼内炎病例，虽然积极应用大量抗生素治疗，但最终仍导致大部分患者失明[1]。与传统肺炎克雷伯菌(classic Klebsiella Pneumonia，cKP)相比，hvKP菌落在琼脂培养基上表现出高黏液特性，常导致健康宿主非传统部位严重转移性感染，如肝脏和肝外部位的脓肿、重症肺炎、脑膜炎、眼炎和坏死性筋膜炎等[2]。与cKP感染患者相比，hvKP更常见于社区获得性感染中，尤其是那些没有潜在疾病的患者[3]。作为能够在健康个体中引起严重播散性感染的病原体，hvKP的感染已成为目前临床关注的热点。笔者从hvKP的相关毒力基因和耐药两个方面对hvKP的分子特征、耐药现状以及相关机制进行综述，为临床早期诊断和治疗hvKP感染提供理论依据。

1 hvKP主要的毒力因子

1.1 荚膜多糖

荚膜多糖是肺炎克雷伯菌最重要的毒力因子，可使细菌呈现黏液性状表型，高黏度的产生原因是荚膜多糖(Capsular polysaccharides， CPS)的过度分泌[4]。临床上常用拉丝试验初步鉴定hvKP[5]。根据荚膜多糖(K抗原)分型，可将肺炎克雷伯菌分为78个K血清型，其中，K1和K2荚膜血清型与hvKP密切相关[6-7]。虽然，目前临床分离出的hvKP大多数具有高黏度表型，但近年来，也有一些具有高黏度表型而聚合酶链反应(polymerase chain reaction， PCR)却检测不到毒力因子表达的肺炎克雷伯菌株被分离出来[8]。同时，也发现部分菌株不表达高黏液表型，但是却在健康人群中引起侵袭性感染[9]。因此，拉丝试验阳性的肺炎克雷伯菌不一定就是hvKP，而hvKP并非一定表现出黏液性状表型。

参与调控hvKP胞外荚膜多糖合成的主要荚膜转录激活因子是rmpA及rmpA2，而rmpA2基因有80%的序列与rmpA基因的3′-端DNA序列一致[10]，由于两者具有极高的相似性而被认为同源[11]。但也有少数hvKP菌株携带rmpA基因，无高黏液表型[12]。magA(muco-viscosity-associatedgeneA)位于染色体上，也与荚膜的形成相关，为K1血清型所特有[13]。

1.2 脂多糖

脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)是细菌细胞壁的主要成分，是由脂质和多糖构成的物质(糖脂质)，包括3个结构域：脂质A、核心多糖和O抗原。O抗原能保护细菌免受血清补体系统介导的杀菌作用，但与避免中性粒细胞的吞噬作用无关[14]。目前已发现9种O抗原类型，分别为O1、O2a、O2ac、O3、O4、O5、O8、O9及O12[15]。其中，O1抗原是分离自肝脓肿患者的肺炎克雷伯菌中最常见的抗原类型。

1.3 铁载体

铁摄取系统也是目前研究较多的hvKP毒力因子。目前，报道与毒力密切相关的铁载体包括肠杆菌素(enterobactin)、沙门菌素(salmochelin)、耶尔森菌素(yersiniabactin，Ybt)和气杆菌素(aerobactin，Aer)等[16]，它们是微生物分泌的低分子量、高亲和力铁螯合化合物，能高度亲和可溶性三价铁离子，是肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumonia，KP)能够在低铁浓度条件存活的重要代谢物。同时，也能吸附并溶解宿主转铁蛋白中的铁，促进自身生长繁殖并实现毒力作用。hvKP比cKP菌株在数量上能产生更多的类铁蛋白，这些类铁蛋白在生物学上更加活跃，即对铁的亲和力增强或对宿主因子的抵抗力增强[17]。

Ybt属于混合型铁载体蛋白，编码基因位于高毒力基因岛(high-pathogenicity island，HPI)的fyuA基因，编码产物为fyuA蛋白，即Fe3+-Ybt受体，介导Ybt携带的铁离子进入菌体[15]。当铁缺乏时，fyuA蛋白产量增加，不仅能够促进更多Fe3+进入菌体，利于细菌的繁殖，还可以促进细菌生物被膜的形成，增强细菌毒力[18]。研究[16]表明，与cKP相比，编码Ybt及其受体的基因簇普遍分布于hvKP，特别在肝脓肿患者的hvKP中，HPI相关基因的表达明显增加。

Aer是一种氧肟酸盐与羧酸盐混合型铁载体蛋白，可以竞争组织和血液中的Fe3+，其表达不受温度调节。Aer受体由基因簇iucABCD-iutA编码，常与rmpA共同位于毒力质粒pLVPK[19]。Hsieh等[16]研究发现，肝脓肿患者的hvKP菌株，iucABCD-iutA的表达明显增加。有研究[20]发现肺炎克雷伯菌自身并不产生Aer，但可表达Aer的受体，夺取其他菌分泌的Aer，从而为自身获得游离铁。Aer使肺炎克雷伯菌的毒力增强100倍，既是hvKP最重要的铁载体，也是其重要的毒力因子。目前，尽管hvKP中Aer含量增加的机制仍不清楚，但当铁缺乏时，Aer是hvKP铁载体总含量增加的主要原因[21]。

沙门菌素是一种邻苯二酚盐型铁载体蛋白，具有较高的铁亲和力。在hvKP感染机体的过程中，沙门菌素可以发挥其抗氧化作用，催化羟基自由基的生成，增强菌株的毒力，从而加重对宿主组织的损伤[22]。沙门菌素由基因簇iro BCDN编码合成，沙门菌素和气杆菌素的合成基因簇位于同一质粒上，水平转移性获得此毒力质粒的hvKP表达高黏液性表型，从而引起机体严重的转移性感染[23]。

2 hvKP的耐药性

2.1 碳青霉烯耐药

目前，关于hvKP耐药的报道中，与碳青霉烯类耐药相关的占多数，产肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(Klebsiella Pneumoniae Carbapenemase， KPC)是碳青霉烯类耐药的主要机制，而肺炎克雷伯菌也是KPC基因最常见的载体[24]。Yao等[25]通过耐碳青霉烯类高毒力肺炎克雷伯菌(carbapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae， cr-hvKP)和耐碳青霉烯类经典肺炎克雷伯菌(carbapenem-resistant classic klebiella pneumonia， cr-cKP)进行分析发现，cr-hvKP共属于3种序列型(ST25、ST65、ST11)，绝大多数cr-hvKP均检测到KPC-2基因，且与cr-cKP相比，pLVPK相关基因位点、rmpA、iroN和K2血清型在cr-hvKP中表达更为普遍。此外，Turton等[26]也检测到了KPC基因阳性的高毒性K1-ST23分离株；ST11是中国最常见的cr-cKP基因序列型，如在2016年浙江大学附属第二医院5名接受外科手术的患者，在入住重症监护室期间先后因感染ST11型产KPC-2的hvKP最终因对多种抗生素无效死于重症肺炎，多器官衰竭和脓毒血症休克，并将该菌命名为ST11 cr-hvKP，是一种新型的真正的“超级细菌”[27]，提示cKP和hvKP菌株之间质粒介导的耐药基因水平传播的可能性。在浙江发现通过手术伤口感染的5株K1 hvKPs，其中包括新的序列型ST1797，并且，所有菌株都携带magA和wcaG毒力基因，以及质粒携带的blaKPC-2基因[28]，类似全国范围内报告的同样携带blaKPC-2基因并表现高毒力的新序列型还有ST36[29]。近期Mohammad等[30]也首次在伊朗医院ICU机械通气患者的气管标本中发现cr-hvKP分离株，经鉴定为K1-ST23序列类型，携带有blaVIM-2基因，位于I型整合子上，提示在hvKP中携带blaVIM-2偶联质粒可能是由通过水平基因转移获得，并在菌株之间扩增。此外，英国一家医院也首次检测到K1-ST23 hvKP，属于CC23，分离株可见blaNDM基因阳性[31]。

2.2 β-内酰胺类耐药

超广谱β-内酰胺酶(Extended-Spectrum β-Lactamases， ESBL)是目前已知细菌对β-内酰胺类抗菌药物产生耐药的主要机制。目前，关于hvKP针对β-内酰胺类抗生素耐药的报道相对较少，且主要围绕产ESBL的 hvKP展开，有报道[32]称ESBL在cKPs中的阳性率明显要高于hvKP。一项针对中国hvKPs抗菌药物的耐药性研究显示，有12.6%的hvKP分离株ESBL阳性，其中大部分携带blaCTX-M基因，且中性粒细胞减少症患者、系统性类固醇治疗史以及联合治疗更容易感染产ESBL hvKP[33]。

综上所述，高毒力肺炎克雷伯菌的感染通常表现为病情进展迅速、感染灶多发、预后差等特点，对临床诊断和治疗的要求较高。对于hvKP主要毒力因子的研究意义在于，一方面了解其致病机制；另一方面，在诊断过程中不仅局限于病原学诊断，对于毒力因子的分子诊断或许能帮助临床医师尽快了解是否为高毒力菌株，从而调整治疗方案。hvKP的耐药性问题日益突出，尤其是耐碳青霉烯类菌株的出现，增加了治疗难度，给临床带来更大挑战。虽然，目前尚未出现大范围的hvKP耐药菌株流行，但如果不及时加以预防和控制，耐药hvKP将不可避免成为下一个“超级细菌”。总之，hvKP耐药菌株的出现具有警示意义，尤其是我国作为hvKP高发地区，在实施严格的防控措施的同时，全面认识hvKP可为临床诊断和早期治疗hvKP感染提供更加可靠的依据。