肠球菌的有益性和致病性

田媛媛 贾雄飞

（中国人民解放军联勤保障部队第九二〇医院检验科，云南 昆明 650032）

肠球菌（Enterococcus）广泛分布于水、植物、土壤、食物，以及人类和动物的肠道。肠球菌因具备分解蛋白的生物学特性而被用于食品发酵，因能产生抗菌素亦被用于食品保存的生物保护性添加物[1]。另外，肠球菌活菌还具有其他的有益性，如刺激免疫、抗炎活性、降胆固醇作用、预防和治疗某些疾病[2]。与肠球菌有益性并存的是它的机会致病性，特别是万古霉素耐药肠球菌（vancomycin resistantEnterococcus，VRE）的出现，使肠球菌成为导致感染的第二大原因[3]。因此，了解肠球菌的有益性和与其致病性进化相关的危险因素，探究肠球菌的耐药机制，可为选择最佳的耐药性肠球菌治疗方法提供参考，为临床用药提供一定的理论支持。

1 肠球菌的有益性

肠球菌属于厚壁菌属，种类繁多，主要定植于人类下消化道、口腔和生殖道[4]。人体结肠内的肠球菌所占比例较高（1%）[5]。目前，明确的肠球菌种类很多，其中大部分是粪肠球菌（105～107CFU/g粪便）或屎肠球菌（104～105CFU/g粪便）[5]。作为共生菌，肠球菌参与营养物质（碳水化合物、脂肪和蛋白质）的新陈代谢，从而维持其生活环境的pH值；合成对宿主机体正常运作所需的重要维生素和其他代谢物；抵御腐生菌的感染和传播，对人类免疫系统产生影响[2]。

1.1 肠球菌对免疫系统的影响

目前，学者们普遍认为，没有细菌就没有免疫系统功能，因为肠道菌群能刺激肠道黏膜的免疫系统，其中粪肠球菌具有免疫调节作用，可激活部分淋巴细胞[6]。有研究发现，粪肠球菌可以防止单核细胞增多性李斯特菌感染，并诱导宿主产生抗李斯特菌反应机制，同时刺激肠道上皮细胞产生保护性转化生长因子；此外，肠球菌参与了Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）2和TLR4通路，调控宿主对李斯特菌的反应[7]。对于肠道菌群紊乱的大鼠，给予含有益生菌粪肠球菌L5的发酵乳制品后，致病菌很快消失，微生物组恢复正常，白细胞介素（interleukin，IL）10表达增加，IL-8表达下降[8]。肠球菌还曾被用于治疗各种炎症性疾病，如慢性和复发性上呼吸道感染、皮肤损害、慢性鼻窦炎；粪肠球菌也曾被用于治疗尿道炎、支气管炎等疾病[3]。

1.2 肠球菌益生菌的重要性及其应用

肠球菌产生的小肽属于细菌素类，具有抗菌特性，主要包括屎肠球菌产生的肠球菌素A、B、P、ON-157和粪肠球菌产生的L50[9]。肠球菌素具有广泛的抗菌活性，可抑制葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌、单核细胞增生李斯特菌、梭状杆菌、大肠埃希菌、铜绿假单胞菌和霍乱弧菌等细菌的增殖。肠球菌（如粪肠球菌M-74、杜氏乳杆菌KLDS）还具有降低胆固醇的作用；肠球菌产生的水解酶可催化胆汁酸的去共轭过程，并协助胆固醇融入细菌细胞壁，或者在酸性环境下促进沉淀[10]。有研究发现了益生菌粪肠球菌M-74在治疗髓系白血病患者胃肠道并发症中有积极作用[11]。同时，肠球菌在牛奶发酵过程中可产生降压肽[12]。有研究发现，含有粪肠球菌的新鲜奶酪在体外实验中对血管紧张素转换酶（angiotensin-converting enzyme，ACE）具有很高的活性抑制作用[13]；有学者发现食用传统的挪威奶酪可以降低多名受试者的血压[14]。肠道微生物群在已知的肠道-脑轴中发挥重要作用，并通过多种机制影响宿主的精神健康，如产生神经递质。肠球菌可在肠道中产生5-羟色胺[15]，从而参与肠-脑之间的交联。肠球菌也能够产生γ-氨基丁酸[16]（gamma-aminobutyric acid，GABA），对精神健康有一定的影响。

2 肠球菌的致病性

肠球菌作为条件性病原菌引起临床感染直到20世纪70年代末才被报道。尽管肠球菌作为医院感染的重要病原菌引起的感染病例逐渐增多，但因其需要宿主免疫功能受损才能引起感染，所以它们并未被当作高毒力病原菌。在免疫功能低下的宿主中，肠球菌主要引起尿路感染，但也会引起医源性血流感染，以及腹内、盆腔、伤口和组织感染[17]。由于免疫功能低下，孕妇、新生儿和老年人通常面临更高的感染风险。有研究发现，老年人补充益生菌可增强非特异性免疫反应，但也有潜在的肠道细菌感染的风险[18]。在与宿主共同进化以适应定植环境的同时，该菌属还可与定植部位的其他细菌交换遗传信息，因此肠球菌进化出了可塑性较强的基因组，这也导致了肠球菌耐药性的产生[19]。

2.1 医院获得性感染

肠球菌是一种条件性病原菌，除引起其定植部位的感染外，还可能因直接扩散或迁徙引起各种其他部位的感染，如尿路感染、血流感染、菌血症和心内膜炎[20]。婴儿和糖尿病患者等免疫功能低下群体是易感人群[21-22]。全身性感染最常发生在手术后，由烧伤创面、腿部溃疡和压疮等感染引起；导管相关感染可导致脑膜炎，主要发生于新生儿和婴儿[23]。患者若在住院期间接受抗菌药物治疗，其胃肠道定植的肠球菌可能是耐药肠球菌的来源之一。医务人员，特别是卫生保健工作者的手通常被认为是这些耐药细菌的传播媒介，这可能是医院肠球菌传播的主要来源。粪肠球菌和屎肠球菌是尿路感染的2种主要致病菌，采用医院菌株定植导尿管（长期导尿时间＞28 d），可能会出现细菌尿或导管相关尿路感染症状[24-25]。

2.2 肠球菌的迁移

肠球菌可从胃肠道迁移到其他器官，但导致肠球菌易位的机制仍不明确。粪肠球菌和屎肠球菌均是侵袭性细菌，能穿过完好的黏膜上皮进入宿主组织，一般通过黏膜固有层转移到肠系膜淋巴结，再转移到循环系统[26]。感染肠球菌的HT-29和T84细胞株的体外研究结果表明，有利于定植和聚集到细胞外基质中的细菌因子，如聚集性物质、肠球菌多糖、多糖类抗原（enterococcal polysaccharide antigen，EPA）和明胶酶，能促进细菌的迁移[27]。在接受强化化疗或长期广谱抗菌药物治疗的患者中，肠道屏障和口腔黏膜被破坏，肠球菌转位至淋巴结、血液、肝脏和脾的病例已有报道[28]。MANFREDO等[29]发现，鹑鸡肠球菌可在遗传易感的宿主中引起自身免疫反应，他们从自身免疫患者的肝活检组织中提取到了鹑鸡肠球菌的特异性DNA。有研究发现，在肿瘤和免疫抑制的患者中，细菌可从肠道转移到血流中[30]。肠球菌性血流感染或心内膜炎的病例虽然较少，但也是肠球菌易位所致[31]。小鼠粪肠球菌的易位可以跨肠黏膜发生，且肠球菌的肠道易位需要在肠腔内有一个肠球菌增殖的阈值水平[32]。在某些情况下，肠球菌可能被肠上皮细胞、树突状细胞，或其他常驻组织的白细胞吞噬，并通过肠壁运输到潜在的淋巴系统，如果不能杀死被吞噬的生物体，可能会导致网状内皮器官形成脓肿，并扩散至全身。

2.3 肠球菌致瘤理论

WANG等[33]认为，肠球菌感染也是致突变效应的原因为粪肠球菌产生胞外超氧化物可诱导染色体断裂因子；此外，在实验条件下，永生化人类上皮细胞和未转化小鼠结肠的上皮细胞中，粪肠球菌可以产生非整倍体、四倍体病灶。此外，粪肠球菌直接暴露在这些细胞中会导致G2期细胞周期停滞，提示粪肠球菌可能有助于细胞转化和肿瘤发生[34]。有研究发现，粪肠球菌易位与结直肠癌的发生有关[35]。然而，肠球菌在结直肠癌发生中的作用仍然存在争议[36]。有学者认为其有保护作用，有学者则指出其具有有害性。粪肠球菌通常在结直肠癌患者的粪便中过度生长。在肠道肿瘤中，粪肠球菌可以通过发酵过程中产生的活性氧和氮物种来破坏结肠上皮细胞DNA。巨噬细胞活性的刺激或氧浓度的变化可以进一步激活癌基因，或使肿瘤抑制基因失活。粪肠球菌与各种类型的大肠息肉之间的关系也有报道，这些息肉被认为是诱发结直肠癌的常见原因。相反，给予腺瘤性结肠息肉病突变热灭活的粪肠球菌EC-12菌株，可抑制β-连环蛋白信号，从而延缓小肠息肉的发展[35]。

3 肠球菌抗菌药物耐药性

肠球菌对头孢菌素、氨基糖苷类、林可酰胺类和链霉素类抗菌药物具有天然耐药性[37]。肠球菌的内在耐药性无疑为其在可移动遗传元件上获得额外的耐药性提供了有利条件。在接受抗菌药物治疗的患者中，肠球菌会积累到很高的数量，并与其他明显耐药的微生物紧密共存，可增加肠球菌与其他物种之间接触的可能性，这些物种对可移动元素具有新的耐药性[37]。由于肠球菌不会被多数β-内酰胺类药物杀灭或抑制，因此可采用新的治疗方案：氨基糖苷类药物与β-内酰胺类药物具有协同作用，可以达到较好的治疗效果，两者联合治疗可作为控制肠球菌感染的标准治疗方案[38]。然而，因获得了一种质粒携带的耐药性因子，肠球菌对氨基糖苷类抗菌药物已产生耐药性。对氨基糖苷类药物的高水平抗药性是由氨基糖苷类修饰酶，特别是双功能酶引发的，而引发这一特性的可移动元件目前已广泛分布于肠球菌中[39]。

在医院内和动物养殖场滥用预防性抗菌药物会导致肠球菌的耐药性逐渐增强[40]。肠球菌的共生基因组可以通过适应医院环境而进化出更强的致病性。据欧洲疾病预防控制中心估计，每年约有3.7万例患者死于医院获得性感染引起的多重耐药细菌感染[41]。有研究发现，氨苄西林耐药和环丙沙星相关耐药是粪肠球菌医院分离株的主要表型标志，该标志比糖肽耐药早几年出现[42]。在某些国家，四环素是治疗人和动物感染最常用的抗菌药物之一，但四环素的广泛使用经常导致耐药细菌的出现。

肠球菌对万古霉素（主要是万古霉素A和万古霉素B表型）的耐药性也更加普遍。万古霉素A抗性的特点是万古霉素和替考拉宁诱导的高度耐药，最常在粪肠球菌中被发现，屎肠球菌也有此种情况，其次是杜氏乳杆菌、拉菲诺斯肠杆菌、Hirae肠杆菌、禽肠杆菌和鸡肠杆菌。在Tn1546转座子上发现了决定这种耐药性的基因，该转座子可能位于质粒上，也可能与细菌染色体整合有关[43]。在多药耐药治疗中，利奈唑胺曾是最后的选择。目前，治疗耐药肠球菌感染已成为一个重大的流行病学问题。

4 结论与展望

肠球菌是具有较多争议的细菌，其影响肠道平衡，调节人体免疫系统。由于肠球菌的有益作用，部分菌株被用作许多疗法中的益生菌，在食品工业中也发挥着重要作用。然而，在高危患者中，肠球菌可能有潜在的致病性，特别是在医院环境中。粪肠球菌和屎肠球菌毒力机制复杂，能够在各种宿主组织中定植，当机体抵抗力下降时，可引起全身或局部组织感染。

肠球菌熟练地获取、共享和传播基因的能力赋予了其强大的基因组可塑性[44]，粪肠球菌和屎肠球菌通常缺乏适应性免疫CRISPR-Cas基因座[45]，这导致肠球菌在面对潜在有害DNA入侵的威胁时，需要在自我保护与获得快速进化出新特征之间进行权衡。有研究发现，在具有CRISPR-Cas功能基因座和天然免疫限制-修改系统的菌株中，信息素反应质粒大量减少[46]。肠球菌基因组的可塑性主要表现在共轭转座元件和插入序列元件2个方面。肠球菌质粒中转座子能够通过定点重组或同源重组在染色体上进行共轭转移和整合。根据肠球菌的复制起始基因，目前已发现10个不同的质粒族，但这可能只是肠球菌质粒的一小部分，在粪肠球菌中，信息素反应质粒分布广泛，该质粒是抗菌素耐药性高效转移的主要来源[47]。插入序列是最基本的转座元件，仅携带他们自身换位所需的信息。然而，插入序列可以通过侧翼抗病基因或致病基因形成复合转座子，通过复制转座机制在复制子之间移动，这种转座元件与高水平的庆大霉素抗性有关[48]。

综上所述，使用特定的益生菌肠球菌菌株可能是一种有效的菌群调节治疗方法。然而，由于肠球菌基因组具有可塑性，利用肠球菌进行疾病的治疗应谨慎，尤其是对于免疫缺陷患者，应充分认证后，方可使用。