类鼻疽伯克霍尔德菌致病及耐药机制

梁海云，李 琪，2，3，黄莉雅，王丽芳，周向东，2，3

（1.海南医学院第一附属医院呼吸内科，海南 海口 570102；2.海南医学院国家卫健委热带病防治重点实验室，海南 海口570102；3.海南省呼吸疾病中心，海南 海口 570100）

类鼻疽是由类鼻疽伯克霍尔德菌（Burkholderia pseudomallei）感染所致的传染病，是人兽共患病，发病区域一般都在北纬20°至南纬20°之间，在我国主要分布在海南、广西、广东、福建等地［1，2］。主要因接触污染的土壤或水而感染，皮肤接触和吸入为主要的感染途径，也可经过母亲的母乳传播给婴儿［3］。本病一般散发，无明显季节性，但在雨季、洪涝及台风天发病率较高［4，5］。人群普遍易感，其中与土地接触多的农民、糖尿病患者、免疫力低下者发病率高，其中2 型糖尿病已证实是类鼻疽的独立危险因素［6］。

类鼻疽感染的患者无特异性临床表现，感染可累及多个系统，故又称“似百样病”（great mimicker），85%导致急性感染，11%导致持续数月至数年的慢性感染，而5%导致隐匿性感染。急性感染以类鼻疽肺炎、类鼻疽败血病较为常见，多伴有全身多脏器脓肿（脾脏75%、肝脏45%），重症患者常并发脓毒血症、脓毒性休克［7］。其中肺部感染的影像学改变与空洞性肺结核、肺脓肿、高毒力肺炎克雷伯杆菌所致肺炎类似［8］，非疫源地区早期漏诊误诊率高，类鼻疽伯克霍尔德菌的天然耐药机制及免疫逃逸使其对多种抗生素耐药［9］，病情进展迅速。

因类鼻疽上述特征，充分认识类鼻疽菌研究其致病机制及耐药机制尤为重要。本文探讨类鼻疽伯克霍尔德菌的致病机制及耐药机制，以期为疾病诊断、治疗以及疫苗的研究提供思路。

1 类鼻疽菌胞外运动的机制

类鼻疽伯克霍尔德菌是土壤腐生菌，为革兰染色阴性、机会性、兼性胞内寄生菌。有鞭毛，无芽胞，无荚膜，需氧，在普通培养基上生长良好［10］。Thomas 等［11］在模型小鼠上进行类鼻疽定殖实验，发现小液滴（1 μm）中的细菌定殖于下呼吸道上皮，而大液滴（12 μm）中的细菌主要与鼻黏膜和鼻相关淋巴组织（NALT）有关。但无论最初的定植部位如何，类鼻疽菌的感染在72 h 内迅速在全身扩散，远端器官可见定植。而类鼻疽在宿主细胞外游走及黏附在宿主细胞主要依赖以下结构：

1.1 鞭毛

细菌的鞭毛不仅允许细菌在环境中移动，而且在许多物种中，它是入侵宿主细胞所必需的。类鼻疽菌的鞭毛蛋白亚基由fliC 编码（BPSL3319）。该基因的缺失或失活在实验中导致了非运动性菌株［12-15］。Inglis 等［16］发现缺乏鞭毛的类鼻疽菌的突变菌株无法附着在棘阿米巴的滋养体上，考虑鞭毛使类鼻疽菌可早期黏附在细胞上。并且可能起到天然性抗原的作用。

1.2 Ⅳ型菌毛

Ⅳ型菌毛因其黏附作用，是大多数革兰阴性杆菌的重要毒力因子，是细菌初期黏附宿主细胞的先决条件。当类鼻疽菌到达宿主细胞膜表面，其Ⅳ型菌毛通过丝聚合和解聚合收缩和伸展［17］，沿着表面移动并与宿主细胞密切接触，与宿主上皮细胞结合起到黏附作用［18］。这导致了类鼻疽菌可以感染全身多处脏器。Ⅳ型菌毛的特殊结构蛋白 PliA，当类鼻疽菌缺失了 PliA，细菌对宿主细胞的黏附、损伤作用明显降低［18］。

2 类鼻疽菌的毒力因子

2.1 BimA

类鼻疽菌在宿主细胞内的胞内运动，以宿主肌动蛋白为媒介进行。胞内动力相关蛋白（BimA），是类鼻疽菌分泌的肌动蛋白。类鼻疽菌粘附在宿主细胞后分泌BimA，BimA 诱导宿主肌动蛋白聚集，使细菌穿过细胞膜到达胞内［19］。诱导形成的肌动蛋白丝让类鼻疽菌可以在胞内移动，同时形成以肌动蛋白为基础的细胞膜突出结构，使类鼻疽菌可在细胞间移动，并感染其他细胞，促成了多核巨细胞（multi-nucleatedgiantcells，MNGC）的形成，类鼻疽菌在胞内的生存空间变大，同时可逃避机体免疫细胞的吞噬，并全身扩散［20，21］。同时，BimA 被证实与肺炎的发生有关，BimA 基因的变异，即BimABm变异，与类鼻疽脑脊髓炎发病有关，亚洲菌株中尚未发现此类变异，该地区脑脊髓炎发病率低。

2.2 Ⅲ型分泌系统

Ⅲ型分泌系统（type Ⅲ secretion system，T3SS），是由多种蛋白质分子组成的一个复合结构，类鼻疽菌已知有3 套T3SS，其中仅T3SS-3 为主要有效成分［22］。T3SS 的主要作用是，在类鼻疽菌粘附在宿主细胞后，可诱导宿主肌动蛋白重排，使细菌可以快速逃逸到细胞质中，主导了类鼻疽菌在宿主细胞的吞噬逃逸。T3SS 可分泌一种特殊的效应蛋白-BopC，Gong 等［23］的实验证明BopC 的失活会导致吞噬体中的细菌存活减少［24］。

2.3 Ⅵ型分泌系统

Ⅵ 型分泌系统（type Ⅵ secretion system，T6SS），是广泛存在于革兰氏阴性菌中的一种细菌分泌系统［25］。在类鼻疽伯克霍尔德菌的T6SS 命名为 tss-5［26］。T6SS 是一个多基因编码的多分子复合物，由膜复合物、基板复合物、噬菌体样结构组成。噬菌体样结构中的缬氨酸-甘氨酸重蛋白G（VgrG）、溶血素调节蛋白（Hcp）起到关键作用［27］。当T6SS 被激活，噬菌体中的VgrG，可穿破细胞膜，并释放多种效应蛋白；效应蛋白及其他小分子的毒力，通过Hcp 直接进入靶细胞中，可导致细胞膜空泡化，抑制细胞生长，破坏细菌细胞形态［28］。

T6SS 在促进MNGC 形成中也起到关键作用，有研究发现，当类鼻疽菌丧失了Hcp、VgrG 后，无法形成MNGC，无法进行细胞融合［29，30］。缺乏T6SS，导致类鼻疽菌在细胞间传播减少，是类鼻疽菌重要的毒力因子。

2.4 荚膜多糖（CPS）

在镜下观察类鼻疽菌生长时，可见细菌外部附有一层呈放射性生长的丝状物，这是类鼻疽菌的荚膜多糖，研究表明荚膜多糖可保护类鼻疽菌，使其不被吞噬细菌吞噬，主要是荚膜多糖有抗溶菌酶体作用［31］。已知类鼻疽菌可潜伏感染几个月甚至数年之久，这可能是导致类鼻疽菌潜伏感染的机制［32］。

2.5 类鼻疽伯克霍尔德致死因子1

类鼻疽伯克霍尔德致死因子1（burkholderia lethal factor 1，BLF1），是类鼻疽菌第一个被发现的致死因子，使宿主细胞失去mRNA 的解旋酶活性，抑制蛋白质的翻译起始阶段，蛋白质的合成受到抑制，细胞受损失去活性［32，33］。

3 耐药机制

类鼻疽菌拥有最大的细菌基因组之一（7.2 Mb），包含大量毒力决定因子［34］，使其临床表现多样化，缺乏特异性，对其耐药机制的研究进展困难。现已知，类鼻疽菌有天然耐药机制，对临床上多种常见抗生素如喹诺酮类、一代及二代头孢、青霉素类等耐药。实验条件下，可见类鼻疽菌对头孢他啶、碳青霉烯类抗生素等敏感，随着诊疗时间的延长，抗生素选择不当，可导致类鼻疽菌对四环素等的耐药性增加。其中，头孢他啶作为类鼻疽菌首选用药［35］，早期一线使用可让患者临床症状明显减轻，这可作为与高毒力肺炎克雷伯杆菌所致肺炎相鉴别要点。目前类鼻疽伯克霍尔德菌耐药机制尚未明确，可能与外排泵、抗生素靶位点的改变有关［36，37］。

3.1 外排泵

细菌的外排作用是产生耐药性的重要机制，外排系统目前被划分为六个超级家族，其中类鼻疽细胞 膜 上 存 在 3 个 外 排 泵 AmrAB-OprA，BpeAB-OprB，and BpeEF-OprC，均为RND（耐药节结化细胞分化家族）型外排泵［38，39］。外排泵通过改变其自身的调节因子，使类鼻疽菌对某种类型抗生素产生耐药，amrA 和amrB 基因是AmrAB-OprA的重要组成基因，AmrAB-OprA 可使氨基糖苷类药物及大环内酯类药物外排［40］。其余外排泵耐药机制尚未研究清楚。

3.2 抗生素靶位点改变及其他

在Shafiq 等［41］的研究中，从2018～2019 年广东省获得了8 株类鼻疽菌临床分离株，采用Illumina NovaSeq 平台测序，多位点序列分型（MLST）和单核苷酸多态性（SNP）分析，分析菌株的多样性和流行病学特征。实验得出类鼻疽菌对头孢他啶的耐药性可能是由A 类β-内酰胺酶PenA（编码高度保守的A 类β-内酰胺酶的基因）的突变引起；外膜蛋白Omp38，是类鼻疽菌细胞膜外膜上的一种孔道蛋白，参与编码类鼻疽菌的外膜孔，外层膜孔的结构降低类鼻疽菌对β-内酰胺的渗透性；在所有菌株中均发现了基因gyrA，Viktorov 等研究证实gyrA 的突变是导致喹诺酮类药物耐药的原因。

4 讨论

以上是类鼻疽菌的致病及耐药机制，类鼻疽菌慢性潜伏及急性起病的方式，于宿主之间关系仍有待验证。目前相关研究显示，类鼻疽菌在宿主细胞中长期存活可能与类鼻疽菌可引起宿主细胞自噬有关。夏瑀培等［42］通过实验将类鼻疽菌感染THP-1 细胞后，在感染2 h 后观察宿主细胞线粒体受损情况，经观察发现经感染后的宿主细胞线粒体，自噬小体GFP-LC3 共定位明显增多（P＜0.01），提示类鼻疽菌感染后，诱导了宿主细胞线粒体自噬的发生。如何阻止上述机制发生，仍有待进一步研究。

从类鼻疽菌初次发现至今，尚未能明确其感染以及耐药的机制，随交通方式的便捷化，非疫区发病率在逐渐升高，因缺乏对该细菌的认知，误诊率随之上升［2］。其中针对T6SS 中的结构，溶血素调节蛋白（Hcp）特异性的IgG 抗体检测，是目前重要的早期筛查指标［43］。虽然 Hcp1 特异性的IgG 抗体检测，是重要靶标，但 在感染早期、重度感染、免疫力低下人群中易出现假阴性［44］。二代及三代细菌基因测序手段（NGS）等提高了类鼻疽病确诊率［45］。临床采集标本中，以肺泡灌洗液阳性率高。

借此综述，对当前类鼻疽菌的致病及耐药机制进行论述。未来对类鼻疽菌的诊治及研究展望：（1）利用NGS 等测序手段，较快速明确诊断。宏基因二代测序（mNGS），在早期可快速明确感染病原体，并进行耐药检测［46］。（2）采用宏基因组学的方式，可更全面的挖掘细菌的新型基因组学，进一步的抗菌药物佐剂研发。（3）针对类鼻疽菌可导致免疫逃逸的T3SS、T6SS、BimA 等机制，是否可进行进一步的干扰及疫苗的研究。（4）荚膜多糖的溶菌酶作用可能是导致类鼻疽菌潜伏感染的机制，可进一步进行针对该结构的分子探针的研究，已期进行疾病的初筛。（5）临床上可见类鼻疽合并铁超载的情况，似乎与类鼻疽的发病率增加有关，可能表明铁在发病机制中起着比已知的更重要的作用，可针对此进行更进一步研究。