高毒力肺炎克雷伯菌研究進展

黃 韻， 李從榮

（武漢大學人民醫院檢驗科，湖北 武漢 430061）

近年來，肺炎克雷伯菌臨床分離率逐漸提高，僅次于大腸埃希菌；且在呼吸道、尿液、血液3類常見的臨床標本中的分離率均居前3位[1]。1986年，我國臺灣地區首次報道了社區無肝膽疾病患者感染高毒力肺炎克雷伯菌（hypervirulentKlebsiella pneumoniae）導致原發性化膿性肝膿腫，并發生遠處轉移的特殊病例。與普通肺炎克雷伯菌（classicKlebsiella pneumoniae）不同，該菌主要感染社區的健康個體，且具有感染灶多發、病情進展迅速、預后差等特點，給臨床診斷和治療均提出了更高要求。高毒力肺炎克雷伯菌與普通肺炎克雷伯菌有著明顯的不同，主要差異見表1。

表1 高毒力肺炎克雷伯菌與普通肺炎克雷伯菌的主要差異

1 高毒力肺炎克雷伯菌的特性與鑒定

目前，阻礙對高毒力肺炎克雷伯菌感染患者進行最佳治療的一個重要原因是，臨床微生物實驗室無法準確區分普通肺炎克雷伯菌和高毒力肺炎克雷伯菌。而對高毒力肺炎克雷伯菌的準確鑒定可提示臨床醫生考慮到一些可能發生隱匿性感染的部位，這些感染性病灶很可能需要進行引流，并延長治療時間或進行定向治療[如腦膜炎、前列腺膿腫或眼內炎（玻璃體切除術或玻璃體內注射抗菌藥物）]。高毒力肺炎克雷伯菌的高黏特性可提示臨床醫生選用更合適的引流管，進行更頻繁的沖洗；其高黏表型和易形成生物膜的特性提示臨床醫生應延長治療時間，以降低感染復發風險。此外，準確識別高毒力肺炎克雷伯菌也有助于流行病學監測和種族遺傳易感性的研究，分析其耐藥性和全球傳播趨勢。

目前，國內外尚無統一的標準用于定義高毒力肺炎克雷伯菌。由于高毒力肺炎克雷伯菌最初被分離出來時，其菌落具有高黏性，因此，也稱其為高黏液性肺炎克雷伯菌（hypermucoviscousKlebsiella pneumoniae，HMV-Kp）。為區別于普通肺炎克雷伯菌，目前一般將“拉絲試驗”作為高毒力肺炎克雷伯菌的判定標準。即當用接種環將菌落拉伸至少5 mm時，即可初步判斷為高毒力肺炎克雷伯菌。但有學者發現，并不是所有的高毒力肺炎克雷伯菌菌株都是高黏的，相當數量的普通肺炎克雷伯菌菌株也具有這種特性[2]。

鑒于高毒力肺炎克雷伯菌易發生轉移，可造成多個部位感染的特殊臨床表現，有學者用高毒力肺炎克雷伯菌感染后的典型臨床癥狀來定義高毒力肺炎克雷伯菌，即無膽道疾病的社區獲得性化膿性肝膿腫伴肝外共同感染或血流感染[3-4]。這一特點是在其他腸桿菌科細菌中不常見的?！案叨玖Ψ窝卓死撞忠u綜合征”的概念也由此提出，即高毒力肺炎克雷伯菌導致的2個或2個以上部位的共感染。在我國，由高毒力肺炎克雷伯菌感染引起的侵襲性綜合征并不罕見，且近年來呈現增多的趨勢，而臨床對其的認識還遠遠不夠。高毒力肺炎克雷伯菌可以從定植或感染部位侵入血流，從而導致新的遷徙性感染，血流感染多是“過程”，而非“結果”；普通肺炎克雷伯菌毒力較弱，在機體免疫功能明顯下降時，定植的病原體突破機體防御屏障導致血流感染，一般不會導致遷徙性感染[5]。高毒力肺炎克雷伯菌幾乎可以感染身體的每一個部位，血流、肝、肺、中樞神經系統和眼是最常見的共感染部位。特別值得注意的是眼內感染，該部位組織損傷迅速，需要立即治療，以最大限度地保護視力。因此，確定或懷疑高毒力肺炎克雷伯菌感染時，建議進行適當的眼部評估。

目前，學者們一般通過表型和基因型特性來鑒定高毒力肺炎克雷伯菌。有研究發現，iroB、iucA、peg-344、rmpA和rmpA2及總鐵載體產量>30 μg/mL是定義高毒力肺炎克雷伯菌最準確的分子標記[3]，所有這些標記均顯示在毒力質粒上。另有研究發現，肺炎克雷伯菌在選擇壓力下有基因重組或缺失的傾向，這支持了最佳標記應該是賦予高毒性表型的關鍵因素的觀點，如果這些標記丟失，菌株便不是高毒性的[6]?？傝F載體的產量已被證明與體內毒力密切相關，氣桿菌素是高毒力肺炎克雷伯菌產生的主要鐵載體；此外，由rmpA或rmpA2介導的莢膜產量增加也與高毒性表型有關?？傝F載體產量、iuc、rmpA和rmpA2是最準確和持久的標志。GU等[7]發現，在高毒力肺炎克雷伯菌毒力質粒中，盡管沙門菌素合成基因iro、peg-344和rmpA缺失，但保留了iuc和rmpA2，泛耐藥肺炎克雷伯菌菌株也變得具有高毒力。目前，尚未發現100%特異的診斷標志物，相信隨著更多的高毒力肺炎克雷伯菌特異性基因被識別出來，會有更多、更特異的生物標志物被發現。

2 高毒力肺炎克雷伯菌的流行病學特征

高毒力肺炎克雷伯菌最早在我國臺灣被發現，是化膿性肝膿腫的主要病因。被發現后的幾十年中，高毒力肺炎克雷伯菌在全球傳播，并引起多種感染，美國、澳大利亞、墨西哥和韓國等均有報道，以亞洲的報道最多。在1項納入中國10個城市共230株肺炎克雷伯菌的研究中，高毒力肺炎克雷伯菌占37.8%，其中武漢地區最多（73.9%），浙江省最少（8.3%）[8]。有研究發現，馬來西亞、新加坡、中國臺灣、中國香港、中國大陸、日本、泰國和越南的健康個體高毒力肺炎克雷伯菌的定植率分別為14.1%、14.9%、11.3%、12.0%、11.7%、16.7%、2.7%和0[9]。1項對中國臺灣1家鼻竇炎和鼻炎門診的成人進行的鼻咽拭子培養的研究中，有11.5%（39/340）的分離株為肺炎克雷伯菌，其中高毒力肺炎克雷伯菌（rmpA陽性）占77.5%[10]。美國紐約某醫院3年收集的463株肺炎克雷伯菌中，有3.46%（17/463）被認定為高毒力肺炎克雷伯菌（rmpA、iucA和peg344陽性）[11]。

高毒力肺炎克雷伯菌對大部分抗菌藥物敏感，但在廣譜抗菌藥物使用的壓力下，耐藥性也逐漸增強。日本學者發現，31%的產超廣譜β-內酰胺酶肺炎克雷伯菌為高毒力肺炎克雷伯菌[12]。中國東北地區學者收集的44株耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌中，有1株為高毒力肺炎克雷伯菌[13]。肺炎克雷伯菌毒力和耐藥性相結合衍生出的“超級細菌”，會給臨床抗感染治療帶來極大的挑戰。

目前，世界范圍內有關高毒力肺炎克雷伯菌感染的報道越來越多，但主要來自亞太地區。隨著對高毒力肺炎克雷伯菌越來越深入的了解，以及更多、更具特異性的生物標志物的發現，有希望實現對全球高毒力肺炎克雷伯菌感染發病率的準確評估。

3 人感染高毒力肺炎克雷伯菌的途徑

對于感染人體的高毒力肺炎克雷伯菌的最初來源，現主要認為是來自患者自身的腸道。肺炎克雷伯菌是哺乳動物腸道中的常見定植菌，可輕易從人體黏膜表面、糞便污染的手、被污染的水體及醫院環境的表面中分離出來。盡管肺炎克雷伯菌在環境中無處不在，但感染人體的往往來自患者自身的腸道。土壤、植被或糞便污染的表面和水等多種環境來源可能是肺炎克雷伯菌最初在胃腸道定植的原因。醫院內發生的肺炎克雷伯菌感染可能來源于醫院或患者之間的傳播，但高毒力肺炎克雷伯菌較低的耐藥率及社區獲得性又顯示，醫院似乎不是早于胃腸道的來源。高毒力肺炎克雷伯菌早于腸道定植的環境起源尚不清楚，但其一旦進入腸道，在高毒力肺炎克雷伯菌感染疫區，通過糞-口途徑在人與人之間傳播感染可能是社區傳播的機制。美國的1項人類微生物組研究中，在志愿者約4%的糞便和10%的鼻腔樣本中分離出肺炎克雷伯菌[14]。還有研究發現，有10%或35%的人的糞便中含有肺炎克雷伯菌，而在住院患者中，肺炎克雷伯菌的腸道定植率更高，為19%～38%[15-16]。

對高毒力肺炎克雷伯菌流行地區人群的腸道定植情況進行研究可得到更多有價值的關于高毒力肺炎克雷伯菌傳播的信息。有學者對我國臺灣地區43例高毒力肺炎克雷伯菌肝膿腫患者進行分析后發現，胃腸道定植與肝膿腫之間存在很強的聯系，并確定健康個體中高毒力肺炎克雷伯菌分離株的攜帶情況也是如此[17]。另有研究發現，有5%的健康韓國成年人攜帶高毒力肺炎克雷伯菌[18]；1項對近千名亞洲成年人的調查結果顯示，有6%的成年人攜帶高毒力肺炎克雷伯菌[19]。高攜帶率可能是亞洲人群高毒力肺炎克雷伯菌感染率較高的原因。

4 毒力相關因子

4.1 莢膜相關基因rmpA、rmpA2

促成高毒力肺炎克雷伯菌高毒力表型的一個重要因素是產生較多的莢膜多糖，它決定了高毒力肺炎克雷伯菌的黏附、抗吞噬、抗血清殺菌及遠處定植的特性。莢膜多糖的產生部分是由rmpA與rmpA2介導的，高毒力肺炎克雷伯菌的3個rmpA基因分別為位于毒力質粒p-LVPK中的2個質粒攜帶基因（p-rmpA和p-rmpA2）和1個染色體基因（c-rmpA）上。rmpA與rmpA2的缺失將降低莢膜的產量和毒力。葡萄糖可以增加莢膜的產量，糖尿病和高毒力肺炎克雷伯菌感染的關聯可能部分是由于患者的血糖水平升高。

4.2 莢膜類型

編碼莢膜的基因位于染色體上，其中大部分是保守的，但是莢膜的多糖成分存在變異，這是莢膜分型的基礎。因遺傳差異而產生的不同多糖變異體被稱為K抗原，是莢膜血清學分類的基礎。目前，已確定了至少134個不同莢膜血清型，最常見的高毒力肺炎克雷伯菌莢膜血清型為K1、K2、K5、K20、K54和K57，其中K1和K2約占高毒力肺炎克雷伯菌分離株的70%[20]。然而，如果任由肺炎克雷伯菌分離株獲得高毒力肺炎克雷伯菌毒力質粒，那么預計在高毒力肺炎克雷伯菌中觀察到的莢膜血清型（如K47和K64）將會越來越多；而在不增加莢膜產量和/或存在其他高毒力肺炎克雷伯菌毒力因子的情況下，K1/K2莢膜型肺炎克雷伯菌不具有強毒表型。因此，雖然莢膜類型可能調節高毒力肺炎克雷伯菌的整體毒力，但高毒力絕不是這些莢膜類型所獨有的。

4.3 鐵的攝取與氣桿菌素

鐵對細菌的生長至關重要，病原菌從宿主體內吸收鐵是其繁殖和感染宿主的必要步驟，因而鐵的充分攝取是高毒力肺炎克雷伯菌侵襲性感染的必要條件。在人類宿主體內，由于Fe3+在生理條件下溶解性較低，導致組織或血清中游離鐵含量極低，難以被直接利用，需通過合成并分泌鐵載體來滿足細菌生長與代謝對鐵的需求。因此，病原菌是通過編碼高親和力的鐵獲取系統來保證自身對鐵的需求。有研究發現，高毒力肺炎克雷伯菌表達腸桿菌素、沙門菌素、耶爾森菌素、氣桿菌素4種鐵載體。其中氣桿菌素占80%～90%；在4種鐵載體中，只有氣桿菌素能顯著提高細菌在人腹水、血清及小鼠全身和肺部感染模型中的存活率[21]，提示氣桿菌素是主要的毒力決定因素。

4.4 其他毒力因子

肺炎克雷伯菌還有其他基因與其毒力有關，如peg-344，具有高毒力肺炎克雷伯菌特異性，位于高毒力肺炎克雷伯菌毒力質粒上，但功能未知，可能是一種位于內膜上的轉運蛋白的結構基因。BULGER等[22]發現，當高毒力肺炎克雷伯菌在人腹水中生長時，peg-344相關的RNA峰度會增加；他們在遠系繁殖的CD1小鼠中評估了毒性的潛在作用，在肺炎模型中，通過生存和競爭實驗，發現peg-344是具有完全毒力所必需的毒力基因。有學者通過環介導等溫擴增技術建立高毒力肺炎克雷伯菌的快速分子診斷方法，發現peg-344的診斷敏感性為99%、特異性為96%，準確性為97%，診斷價值最高[23]。此外，還有編碼莢膜的基因wab G和uga基因，編碼Ⅰ型和Ⅲ型菌毛的基因fim H和mrk D、colibactin毒素基因等均在高毒力肺炎克雷伯菌致病機制中起重要作用。但由于這些基因在高毒力肺炎克雷伯菌和普通肺炎克雷伯菌之間未表現出明顯的表達差異，因此不作詳細描述。

5 毒力與耐藥性的融合

最初分離的高毒力肺炎克雷伯菌對抗菌藥物十分敏感，而臨床常見的肺炎克雷伯菌多為多重耐藥，所以學者們最初認為肺炎克雷伯菌的毒力與高耐藥不會出現在同一株菌株上，但目前，高毒力肺炎克雷伯菌分離株耐藥現象日趨嚴峻。有學者分離的35株高毒力肺炎克雷伯菌中有20株產生了碳青霉烯酶[24]。由于編碼毒力或耐藥的基因通常位于可移動遺傳元件上，所以耐藥高毒力菌株的進化可能存在2個途徑：一是肺炎克雷伯菌獲得毒力基因或整個毒力質粒；二是高毒力肺炎克雷伯菌獲得編碼耐藥基因的染色體或質粒。獲得KPC-2質粒的高毒力肺炎克雷伯菌菌株和耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌獲得高毒力肺炎克雷伯菌毒力質粒菌株等耐多藥基因與毒力基因融合的菌株我國均有報道，為院內肺炎病例[7，25]。毒力和耐藥性的同時出現正在成為一個全球性問題，必須進行流行病學監測，為制定相關治療方案提供有效信息。

6 總結

綜上所述，莢膜多糖和鐵攝取系統是高毒力肺炎克雷伯菌的主要毒力因素，但高毒力肺炎克雷伯菌的毒力機制仍存在許多未知的方面，如由于國內外無統一的鑒定標準，無法在全球范圍內進行準確的流行病學監測，從而導致對高毒力肺炎克雷伯菌的感染發生率、耐藥性、醫院獲得性感染發生率、感染機制等均無法進行較全面、準確的了解。由于高毒力肺炎克雷伯菌的高毒力與近年來不斷增強的耐藥性，迫切需要相關部門對高毒力肺炎克雷伯菌進行綜合性的趨勢監測。此外，高毒力肺炎克雷伯菌的發病機制、宿主易感性、最佳治療方式，以及如何進行感染控制等尚不明確，仍需進一步研究。