霍氏鲍特菌感染的研究进展

贾兰馨，许婉怡，陈敬贤

1995年，美国疾病控制和预防中心首次对霍氏鲍特菌进行了报道，为了表彰在未知细菌的发现、鉴定和分类上作出诸多贡献的微生物学家Barry Holmes，将种名定为holmesii，并将其归入鲍特菌属[1]。早先认为，霍氏鲍特菌是引起免疫功能低下人群（尤其解剖性或功能性脾功能不全者）菌血症或其他侵入性疾病的病原体[2-3]。但后来发现霍氏鲍特菌感染不限于特定人群，在健康人群中也能引起百日咳样呼吸道症状，以及菌血症、脑膜炎、心内膜炎、心包炎、肺炎、关节炎等疾病[4-7]。临床上采用PCR进行百日咳诊断时，因霍氏鲍特菌基因组内同样存在针对百日咳杆菌的PCR目标基因IS481，导致霍氏鲍特菌引发的呼吸道感染常被误诊为百日咳[3-4]。

近年来全球报道了越来越多的霍氏鲍特菌感染病例（大多数为散发），但是霍氏鲍特菌的流行病学尚不清楚。目前对霍氏鲍特菌感染的诊断易混淆，也没有标准的治疗方案，误诊可导致不适当的抗菌治疗，且有继发侵袭性感染的风险[2-3]。

1 微生物病原学

1.1 生物学特征 霍氏鲍特菌属于产碱杆菌科鲍特菌属，为小球状或短棒状的革兰阴性杆菌，罕有较长或较宽的形态[2-4]（图1）。霍氏鲍特菌的生化特性不同于其他鲍特菌，它们不发酵糖类，氧化酶、尿素酶、硝酸盐还原试验均为阴性，无动力，在血琼脂平板上无溶血作用，是惟一能在培养48 h后产生棕色可溶性色素的鲍特菌[1]。

图1 霍氏鲍特菌革兰染色图片[3]Figure 1 Gram stain of Bordetella holmesii[3]

1.2 基因组特征 霍氏鲍特菌的基因组约为3.6 Mb，G+C含量为63%[8]。霍氏鲍特菌与百日咳杆菌的16S rRNA基因序列相似度为99.5%。根据对管家基因（atpD,rpoB,tuf和rnpB）的分析，有研究者认为霍氏鲍特菌可能通过横向转移的方式从百日咳杆菌基因组获得16S rRNA基因[9]。两者的基因组中都存在IS481基因序列，但是拷贝数不同，前者每个基因组中含＞200个拷贝，而后者约为10～50个拷贝[10-11]。霍氏鲍特菌基因组还包含了3～5个拷贝类似于IS1001的基因，命名为hIS1001。在基于微阵列的比较基因组杂交后，发现霍氏鲍特菌与百日咳杆菌在整体基因组上存在一定差异[9]。菌体脂肪酸谱和基因组分析也表明，霍氏鲍特菌与鸟类鲍特杆菌之间有更高的相似性[1，10，12]。因此，推测霍氏鲍特菌最初可能是一种鸟类病原菌，通过横向转移从百日咳杆菌或其他细菌获得某些遗传物质从而能够引起人类感染[8-9]。另外，来自人类呼吸道和血液的霍氏鲍特菌分离株可具有相同的脉冲场凝胶电泳图谱[13]，提示同一菌株可导致两种不同类型的感染，并排除了霍氏鲍特菌有特定谱系的可能[3，14]。

1.3 致病因素 与百日咳杆菌相比，霍氏鲍特菌在基因水平上缺少大多数毒力相关因子，如黏附素、菌毛蛋白、百日咳毒素和腺苷酸环化酶-溶血素毒素等[13，15-16]（表1）。但霍氏鲍特菌能产生一种与百日咳杆菌的丝状血凝素（filamentous hemagglutinin,FHA）高度相关的蛋白，该蛋白为致病性鲍特菌定植所必需，其产生受到细菌毒力因子全局调节子双组分系统的调控[17]。Harvill和Diavatopoulos等[8-9]发布了从血液、呼吸道或滑膜液中分离的9株霍氏鲍特菌的全基因组序列，并在3200个基因中发现约400个基因是其它鲍特菌中从未报道过的。这些基因为全部9株霍氏鲍特菌所共有，它们涉及菌体内一些有机化合物和抗生素的转运或解毒。这9株菌中的每一株都有24～114个独特的基因，其中1个基因是已知大肠杆菌基因组的一部分，提示霍氏鲍特菌有从其他细菌家族横向转移基因的可能性。

表1 百日咳杆菌与霍氏鲍特菌毒力因子比较[14]Table 1 Comparison of virulent factors between Bordetella pertussis and Bordetella holmesii[14]

霍氏鲍特菌具有革兰阴性菌外膜上的重要成分——脂多糖（lipopolysaccharide,LPS），它可能是霍氏鲍特菌具有高侵袭性的重要原因，因为不同鲍特菌的LPS组成并不相同[18]。但是它们的核心多糖可以相同或相似。最近有研究发现，霍氏鲍特菌表面核心多糖的核磁共振波谱与百日咳杆菌的完全一样，提示它们的组成相同[19]。这也能解释这两种细菌之间存在某种血清学交叉反应的道理。

2 流行病学

霍氏鲍特菌的传播方式尚不明确，可能主要通过呼吸道飞沫传播[20]，但也可能存在其他传播方式，如接触污染的环境或输入污染的血液制品[21]。目前认为人类是霍氏鲍特菌的惟一宿主，尚未有霍氏鲍特菌感染动物的报道。我国暂时还没有针对霍氏鲍特菌感染率和患病率的调查。但在日本、澳大利亚、芬兰、荷兰和美国等开展的研究中，研究人员从有百日咳样呼吸道症状的患者鼻咽部样本中发现了一定程度的霍氏鲍特菌感染，但由于缺乏明确的病理诊断，所以还不能确定霍氏鲍特菌感染是引起百日咳样呼吸道症状的原因[20，22-24]。

有证据表明霍氏鲍特菌和百日咳杆菌通常是共同循环的，在百日咳的几次暴发中均分离出了霍氏鲍特菌菌株[5，25]。这在一定程度上提示，我国诊断为百日咳的患者中也可能存在霍氏鲍特菌感染或共感染的情况。最近Katfy等[26]对摩洛哥128例疑似百日咳杆菌感染的婴儿及其140位家人进行了鲍特菌属感染的调查，结果显示在他们提供的样品中，有38.00%检出百日咳杆菌，2.30%同时检出百日咳杆菌和副百日咳杆菌，7.81%同时检出霍氏鲍特菌和百日咳杆菌。此外，有5例婴儿和他们的母亲同时检出霍氏鲍特菌。

3 临床表现

3.1 呼吸道感染 霍氏鲍特菌呼吸道感染的临床表现包括轻度发热、阵发性咳嗽、吸气性哮鸣和咳后呕吐等。在一项比较21例霍氏鲍特菌呼吸道感染者和122例百日咳患者的研究中发现，霍氏鲍特菌呼吸道感染者仅表现出3种典型百日咳症状（阵发性痉挛性咳嗽、“鸡鸣样”吸气和咳后呕吐）中的一种或两种，且临床表现较轻[27]。但据Rodgers等[28]报道，48例霍氏鲍特菌呼吸道感染者的临床症状与百日咳相似，但霍氏鲍特菌感染引起的咳嗽持续时间较短，在使用抗生素后80 d内有近70%的患者不再咳嗽，而百日咳患者仅为30%。这些可能与霍氏鲍特菌不能产生大多数百日咳毒力相关因子有关。还有一项研究发现，9例感染霍氏鲍特菌的儿童（其中7例是不足6个月的婴儿），出现轻微的呼吸系统症状，但无发绀或呼吸暂停现象；而感染百日咳杆菌的儿童中，34%出现了发绀，14%出现过呼吸暂停的现象[29]。目前还没有因霍氏鲍特菌引起呼吸道感染后，出现严重并发症或死亡病例的报道。

最近比利时Vancraeynest等[30]报道了1例由霍氏鲍特菌菌血症并发类肺炎性胸腔积液的84岁女性病例。病例患有慢性丙型肝炎，入院前2周开始有喉痛和耳疼，咳嗽伴粘稠黄痰。入院以后的血培养2 d以后报阳性，经鉴定为霍氏鲍特菌。患者的痰液和胸水经分子检测（靶基因IS481和hIS1001）的Ct值分别为19.19和16.02。再经确认IS1002阴性和recA阳性，从而明确诊断为霍氏鲍特菌感染。

3.2 菌血症 霍氏鲍特菌可在免疫功能低下的个体中引起菌血症，尤其解剖性或功能性脾功能不全者[2-3]。临床表现为轻度发热，偶尔伴有头痛、寒战或呕吐。常伴随呼吸系统症状，提示可能是呼吸道感染继发血液传播。因抗生素能有效治疗菌血症，所以目前还没有死亡病例，但严重的患者可能需要重症监护[31-32]。各年龄阶段均可发生霍氏鲍特菌菌血症，在Shepard等[31]的回顾性研究中，85%的患者年龄在40.0岁以下（中位年龄20.5岁）。而在加拿大的一项研究中，平均年龄为43.0岁[32]。在美国的一项研究中，中位年龄为17.1岁，年龄分布为2～77岁[5]。

3.3 其他侵袭性感染 霍氏鲍特菌的侵袭性感染可具有多种不同临床表现，包括肺炎、心内膜炎、心包炎、脑膜炎、关节炎和蜂窝织炎[33]。有研究发现在3例肺炎病例中2例合并胸腔积液，1例表现为急性纵隔炎、心包炎、凝血障碍和肺纤维化，随后进展为严重呼吸窘迫综合征[34-36]。另有感染自身心脏瓣膜或人造瓣膜的心内膜炎患者8例，他们的临床症状多不相同，从亚急性心内膜炎到感染性休克合并急性肾功能衰竭，患者通常须要瓣膜置换[1，3]。还有报道称正常膝关节和人工置换膝关节均可感染[37-38]。

1例67岁法国男性患者，在1年内先后4次从血液中分离培养出霍氏鲍特菌，4次的临床诊断是3次蜂窝织炎和1次肺炎，即最后出现了霍氏鲍特菌的呼吸道转移[36]。值得注意的是，2018年霍氏鲍特菌首次在血库中的2份血小板制品中分离培养出来，追踪调查发现该菌可以在血制品中存活但是并未在其中繁殖。因此数量很低，须要用高敏感度的方法检测[39]。

4 实验室诊断

4.1 细菌培养 霍氏鲍特菌须要在规范采集鼻咽部标本或体液（血液、胸腔积液、关节液）后快速送到实验室接种培养，出现菌落的平均时长是40 h（图2），但敏感性仅为12%～60%[40]。在鲍特菌培养基中常用的头孢氨苄会抑制霍氏鲍特菌的生长[41]，可以用甲氧西林或奥沙西林代替[42]。由于细菌培养耗时费力，对采样、标本运输及培养都有一定要求，故临床应用不多。

图2 生长在血琼脂平板上的霍氏鲍特菌菌落[3]Figure 2 Colonies of Bordetella holmesii growing on a blood agar plate[3]

霍氏鲍特菌的药物敏感（药敏）试验有微量肉汤稀释法、E试验、纸片法、琼脂稀释以及自动药敏系统。Fernandez-Pittol等[43]对2株霍氏鲍特菌进行的药敏试验结果见表2。

表2 2株霍氏鲍特菌的药敏试验结果[43]Table 2 Results of antimicrobial susceptibility test of 2 strains of Bordetella holmesii[43]

4.2 PCR 由于百日咳杆菌基因组中存在大量IS481拷贝，所以大多数实验室采用IS481作为目标基因通过PCR来诊断百日咳以提高敏感性[15]。但霍氏鲍特菌基因组中也存在少量IS481拷贝，影响了该方法的特异性[44]。一些实验室认识到该方法存在假阳性结果，故采用霍氏鲍特菌的特异性靶点对IS481阳性标本进行第二次PCR检测，还可以应用IS481、hIS1001、recA或bhoE等多个靶点来鉴别两者引起的呼吸道感染[24，40]，但目前还没有获得认证的PCR诊断方法。不同实验室诊断百日咳的PCR方法不尽相同，检测程序和检测下限也不同。但用PCR诊断霍氏鲍特菌感染，比细菌培养具有敏感性高、特异性好、受抗生素治疗影响小的优点。

4.3 其他方法

4.3.1 环介导等温扩增试验 针对靶基因的6个区域设计4条特异引物，利用一种链置换DNA聚合酶，在恒温条件下保温约60 min，即可完成核酸扩增[45]。该方法是一种对多种病毒和细菌进行快速检测的新方法。Otsuka等[46]开发了第一个针对recA基因的环介导等温扩增实验，成功地检测出了霍氏鲍特菌，并将其与其他鲍特菌属进行了区分。该技术虽然没有被广泛使用，但具有潜在价值。

4.3.2 16S rDNA测序技术 16S rDNA测序技术是细菌鉴定中常用的分子分析方法[33]。但由于霍氏鲍特菌与百日咳杆菌的16S rDNA序列非常相似，因此还需要其他方法加以鉴定，如通过PCR分析霍氏鲍特菌的特异性基因等[9]。

4.3.3 质谱测定法 基质辅助激光解析电离飞行时间质谱法（matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometer,MALDI-TOF MS）可分为两部分。基质辅助激光解吸电离离子源的原理是用激光照射样本与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸取能量传递给样本中的生物分子，并将质子转移到生物分子而使其发生电离。飞行时间质量检测器的原理是离子在电场的作用下加速通过管道，根据其到达检测器的时间不同而予以区别，即待测离子的质荷比与离子的飞行时间成正比。MALDI-TOF MS用于细菌鉴定主要基于：①不同微生物的指纹图谱不同；②指纹图谱中的某些峰（分子质量）具有属、种，甚至亚种特异性；③一种细菌在同一培养条件下生长，所得到的质谱结果具有可重复性[47]。因此，该方法可以在细菌培养物或直接在临床标本中快速、准确地鉴别出霍氏鲍特菌，从而避免繁琐的细菌生化鉴定。目前这种检测方法在霍氏鲍特菌鉴定中的应用日渐增多。

5 治 疗

目前还没有针对霍氏鲍特菌引起的呼吸道或侵袭性感染的最佳治疗方法。传统用于百日咳的治疗可能也适用于霍氏鲍特菌呼吸道感染，包括使用大环内酯类药物[42]、静脉输液或鼻饲喂养来维持水分和营养、辅助通气等。Mir-Cros等[48]对2013—2016年间巴塞罗那经IS-481PCR确诊为百日咳的391例样本做了进一步分析，发现其中97.2%为百日咳杆菌阳性，4.1%为霍氏鲍特菌阳性。霍氏鲍特菌阳性患者经阿奇霉素治疗后均痊愈。

对霍氏鲍特菌菌血症或其他侵袭性感染，通常先进行经验性治疗。大多数人认为碳青霉烯类和氟喹诺酮类药物，可能是最有效的抗霍氏鲍特菌药物[31-32，49]。而常用于经验性治疗各种侵袭性感染的第三代头孢菌素，不是对霍氏鲍特菌的首选抗生素[31]。

据西班牙的一个研究团队报道，1例置换了人工关节的62岁女性患者的关节滑膜液样品经血培养瓶培养，3 d以后显示阳性。菌落经MALTI-TOF质谱鉴定为霍氏鲍特菌，并进一步经16S rRNA基因测序确认。患者经口服左氧氟沙星（500 mg/24 h）治疗后痊愈[43]。

比利时的1例84岁女性患者经克拉霉素治疗2周以后，症状改善，血培养阴性，分子检测的Ct值也提高为32.18～35.48，说明治疗有效[30]。

6 结 语

虽然现在还没有因霍氏鲍特菌感染而死亡的病例，但霍氏鲍特菌可以通过横向转移获得其他细菌的遗传物质，所以它的致病性可能会不断提高。我国目前针对霍氏鲍特菌的实验诊断很少，因此对它的感染认识不足，有可能大大低估了它的感染率。由于百日咳疫苗不能对霍氏鲍特菌提供交叉保护，在控制百日咳暴发流行的基础上，会一定程度上导致霍氏鲍特菌感染风险的增加。