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  微生物与感染  2021, Vol. 16 Issue (2): 110-116      DOI: 10.3969/j.issn.1673-6184.2021.02.006
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Contents            PDF            Abstract             Full text             Fig/Tab
脑膜炎败血伊丽莎白菌及其感染的研究进展
陆怡凯 1 , 袁舒颖 1 , 杨源博 1 , 巫祺乐 1 , 方子璇 1 , 刘岩 1 , 陈力 2 , 孙桂芹 1     
1. 浙江中医药大学医学技术与信息工程学院, 浙江 杭州310053;
2. 复旦大学基础医学院病原生物学系, 教育部/卫健委/医科院医学分子病毒学重点实验室, 上海 200032
摘要:脑膜炎败血伊丽莎白菌(Elizabethkingia meningoseptica,EM)是一种非发酵革兰氏阴性杆菌,为医院感染的重要病原菌之一,近年来其检出率呈上升趋势。EM易感人群主要为有基础疾病、免疫功能低下或缺陷、长期使用抗生素及有侵入性操作等的患者,可引起脑膜炎、菌血症、肺部感染、眼部感染等,其多重耐药性给临床治疗带来了严峻挑战。EM除感染人类,还可感染蛙、鱼、龟、猪、犬类等动物。本文从EM的生物学特性、引发的感染类型、检测方法、感染危险因素等方面进行综述,以期对其有较全面的、新的认识,从而加强临床对其分离及检测的重视,为医院感染的预防与控制提供参考。
关键词脑膜炎伊丽莎白菌    生物学特性    感染    临床表现    检测    危险因素    
Research progress on Elizabethkingia meningoseptica and infection
LU Yikai 1 , YUAN Shuying 1 , YANG Yuanbo 1 , WU Qile 1 , FANG Zixuan 1 , LIU Yan 1 , CHEN Li 2 , SUN Guiqin 1     
1. School of Medical Technology and Information Engineering, Zhejiang Chinese Medical University, Hangzhou 310053, Zhejiang Province, China;
2. Department of Medical Microbiology and Parasitology, Key Laboratory of Medical Molecular Virology (MOE/NHC/CAMS), School of Basic Medical Sciences, Fudan University, Shanghai 200032, China
Abstract: Elizabethkingia meningoseptica (EM), a non-fermented Gram-negative bacterium, is one of the most important pathogens of nosocomial infection. The detection rate has been on the rise in recent years. The susceptible people mainly include the patients with basic diseases, immunodeficiency or deficiency, long-term use of antibiotics, invasive procedures, and so on. EM could cause meningitis, bacteremia, lung infections, eye infections, etc. Its multi-drug resistance has burdened the clinical treatment. Animals could also be infected by EM, like frogs, fish, turtles, pigs, dogs and others. The biological characteristics, infection types, detection methods and risk factors are analyzed in the present paper, which would offer a new insight of EM. Hospitals should focus on the detection, drug resistance and pathogenesis of EM, which would provide the reference for prevention and control of nosocomial infection.
Keywords: Elizabethkingia meningoseptica    Biological characteristics    Infection    Clinical characterization    Detection    Risk factor    

脑膜炎败血伊丽莎白菌(Elizabethkingia meningoseptica,EM)又称脑膜脓毒黄杆菌(Flavobacterium meningosepticum,FM;Chryseobacterium meningosepticum,CM),1959年由King[1]首次从脑膜炎患者中分离得到,2005年Kim[2]将其从黄杆菌属划分至伊丽莎白菌属。该菌为非发酵革兰氏阴性杆菌,广泛存在于水、土壤、经氯处理的城市供水系统、医疗设备(呼吸器、插管、加湿器、新生儿培养箱)等[3]。EM感染可导致新生儿脑膜炎、败血症、肺炎等疾病,机体免疫力低下、长期使用抗菌药物、伴随不同基础疾病及接受放、化疗后的患者易感染。近年来,其感染率呈上升趋势[4],曾在美国威斯康星州、英国伦敦、毛里求斯大港等多地医院暴发感染[5-7],成为医院感染的重要病原菌之一。有研究表明,EM感染患者2周内死亡率可达23.4%[8]。EM还可引发动物疾病,尤其是水产养殖动物,从感染到死亡时间短,而且流行范围广,常在数日内大批死亡,从而造成重大经济损失[9-14]

随着广谱抗菌药物在临床的广泛应用,多重耐药EM感染现象增多,从以往个例报告到现在部分地区暴发感染,这引起了医务人员和研究者的重视,但目前其相关基础研究仍相对薄弱。2012年,本课题组完成了该菌基因组的测序,获得一条完整的全基因组序列,并进一步开展了相关耐药、糖苷酶、CRISPR/Cas系统中Cas蛋白功能等研究[15-18],为其基础研究奠定了基础。本文就EM所致疾病、检测方法及感染危险因素等几个方面进行综述。

1 EM的生物学特性

EM为非发酵革兰阴性杆菌,菌体大小0.5 μm ×(1.0~3.0)μm,无鞭毛,无荚膜,无芽胞,菌体细长[19]。EM对营养要求较低,在普通琼脂和血琼脂平板上生长良好,最适宜的生长温度为35 ℃[19]。EM在血琼脂平板上35 ℃培养24 h后,形成直径为1.0~1.5 mm,灰白色、淡黄色或深黄色,光滑、圆形、突起、边缘整齐的菌落[19]。EM对葡萄糖、甘露醇、麦芽糖、乙二醇可发酵产酸,能水解七叶苷、液化明胶、还原硝酸盐,脲酶阴性[19]

EM属于伊丽莎白菌属,G/C含量为35%~38.2%[19]。本课题组在2012年完成了一株EM临床分离株的全基因组测序,全长3 938 967 bp,G/C含量为35.6%,不携带质粒。在该基因组中发现了CRISPR/Cas系统,全长约6 kb,间隔重复序列长度为1 201 bp,由16个重复序列(repeat)和15个间隔序列(spacer)组成[15]

EM是医院感染的重要病原菌之一,主要引起脑膜炎、败血症等疾病,但关于EM致病因子的基础研究相对较少,其毒力因子主要通过基因组序列分析获得。Perrin等[5]在研究威斯康星州2015—2017年EM感染暴发时,对69株分离株进行全基因组测序,检测到67个假定毒力基因,同时发现多糖转运蛋白Wza或Wzc与其黏附和定植相关,使其更容易在体内扩散。Lin等[20]发现EM生物被膜的形成会使其对抗生素的敏感性降低,导致感染者死亡率升高。此外,EM耐多药的问题给临床治疗带来了较大困难。研究显示,EM对磺胺甲噁唑+甲氧苄啶(复方新诺明)、利福平、左氧氟沙星、环丙沙星、哌拉西林/他唑巴坦和头孢哌酮/舒巴坦敏感性较高,对妥布霉素、丁胺卡那等氨基糖苷类及亚胺培南、头孢曲松等β-内酰胺类耐药率较高[16, 21-22]。临床应根据药敏试验结果选择合适的药物,以达到良好的治疗效果。

2 EM与感染 2.1 EM与临床感染 2.1.1 脑膜炎

新生儿化脓性脑膜炎是EM引起的最常见疾病之一,有时甚至发生暴发性感染[23]。研究表明,新生儿感染EM病死率高,并发症多,后遗症严重,包括脑积水、听力缺陷等[24-25]。谭世熹等[26]提出EM感染对象主要为新生儿,尤其是早产儿,引起的新生儿化脓性脑膜炎主要临床表现为患儿持续发热、精神萎靡等。Issack等[7]报道体重2 500 g以下的婴儿为主要感染者。对脑脊液培养EM阳性的婴儿给予静脉注射哌拉西林和口服利福平联合治疗,早产儿给予环丙沙星和哌拉西林/他唑巴坦联合治疗[7, 27]

2.1.2 肺部感染

EM可引起儿童和成人肺部感染[28-29]。EM所致肺炎的主要临床表现为咳嗽,黄色黏液痰,不易咳出,气喘进行性加重,可很快出现呼吸衰竭,发热(常为高热),C-反应蛋白(C-reaction protein,CRP)明显增高,听诊可闻及湿性啰音,胸部X线检查示肺内炎性渗出性斑片影,常伴有其他重要脏器实质性损害[28-29]。EM所致肺部感染多为住院患者发生的医院感染,主要分布在重症监护室(intensive care unit,ICU)[30-31],患者常伴有基础疾病,存在侵入性操作,如气管插管、深静脉留置、留置导尿等,使用多种抗菌药物(> 3种)[31]。张爱珍等[32]报道,EM所致医院获得性肺炎以老年患者多见,多以胸闷气促、精神萎靡、嗜睡淡漠等神经症状以及(或)恶心、呕吐等消化道症状多见。临床治疗常用药物为头孢哌酮、环丙沙星、氨曲南、头孢磺吡苄等[29]

2.1.3 眼部感染

Yang等[33]报道了1例EM眼部感染患者,临床表现为角膜炎、角膜上皮缺损伴间质浸润,提示EM是一种罕见但潜在的晶状体相关的角膜炎病原体。Li等[34]报道了1例角膜炎后脂质角化病合并EM感染的患者,角膜浸润处脂质沉积显著增加,右眼对光的感知能力下降。另有研究表明,隐形眼镜的佩戴与眼部EM感染有关[33, 35]

2.1.4 伤口感染

Quick等[36]报道了1例双腿严重创伤患者,从其伤口分泌物中分离获得EM。李雪清等[37]报道了1例患者因右足拇趾内侧甲沟痛,将内侧半趾甲拔除,术后5 d创面分泌物中培养出了EM,采用复方新诺明和红霉素软膏治疗2周后治愈。

2.1.5 败血症

EM可引起新生儿和成人败血症[38]。Gupta等[39]报道了1例EM引起脑膜炎和败血症的早产儿,其出生14 d的临床表现为精神萎靡、嗜睡、发热、抽搐等症状。Sahu等[40]报道了1例5月龄女婴于体外膜肺氧合术后感染EM,发展为感染性休克伴有多器官衰竭,最终死亡。劳逸波等[41]报道了2例以“高热、畏寒、皮肤淤斑”为主诉的成人患者,血培养均为EM阳性,但无长期住院病史,无原发病基础,侵入途径不明,伴有休克、弥漫性血管内凝血及多脏器功能衰竭,最终死亡,提示EM也可感染无基础疾病的人群。

2.1.6 其他部位感染

中国台湾省报道了1例EM感染引起的坏死性筋膜炎患者[42]。Zong等[43]报道,EM可引发老年糖尿病患者尿路感染。另有研究报道,EM可引起新生儿心包炎、成人急性心内膜炎等[44-45]

2.2 动物感染

EM是一种人与动物共患的机会致病菌,广泛存在于淡水、盐水等自然环境中,可引起蛙、鱼、鳖类等水生动物感染[9-14],随着其感染的宿主范围不断扩大,还可感染猪、犬、禽类等[46-48]

2.2.1 蛙类

研究发现,EM可感染美国牛蛙、美国青蛙、棘胸蛙、虎纹蛙等蛙类[9-13]。Ransangan等[9]从美国牛蛙眼睛、肝、肾和脾中分离到EM,被感染的牛蛙外观呈双眼白内障和红腿综合征,发病后几天到几周内死亡。有研究报道,感染EM的美国青蛙、棘胸蛙出现外表肤色发黑,厌食懒动,呈歪脖子状,身体在水中失去平衡,游动时出现原地打转,解剖可见肝等器官有明显充血,病死率高[10-12]。Xie等[13]从患有白内障疾病的中国海南虎纹蛙的眼部、脑部、肝及腹水等样本中分离获得24株EM。

2.2.2 鱼类

目前已有报道,中华鲟[49]、黄鳝鱼[50]、南非养殖的淡水莫桑比克罗非鱼[51]等鱼类可感染EM。邸军等[49]报道,中华鲟感染EM的症状表现为停止摄食,腹部膨大,肝、脾、肾等脏器发黑,腹腔和鳔内积水严重,可引起死亡。周煜华等[50]从广西入境的2吨越南黄鳝鱼随机取样1 kg,实验室检出EM。病黄鳝鱼的主要症状为头部肿大,转圈,甚至发生昏迷,腹腔内可见深黄色脓泡、肝淤血、肝出血、胆囊肿胀、肾出血、肠壁中局部充血等。Jacobs等[51]从南非养殖的淡水莫桑比克罗非鱼中分离出EM,其中菌株CH2B和NCTC 10016T表现出很强的生物被膜形成表型,可使EM黏附于非生物表面并形成生物被膜结构,导致其在水产养殖环境中对罗非鱼有潜在的致病性。

2.2.3 龟、鳖类

有研究报道,中华鳖[14]、地图龟[52]可感染EM,多表现为精神不振、出血等症状。蔡完其等[14]从感染的中华鳖肝中分离到EM 96-l2-IV菌株,用其感染健康鳖,感染率为100%,表现为精神不振,行动迟缓,食欲下降,出现浮肿,腹甲发红,腹腔内积有红色腹水,肝大呈深褐色,肺紫黑色,脾暗红色,心淡红色等症状,组织病理切片革兰氏染色显示细菌以弥散型分布为主,也有呈团分布。Jacobson等[52]报道了6只地图龟感染EM,表现为嗜睡和皮肤水肿,并于23 d内死亡,尸检发现肝、脾、肺、胸腺、心及十二指肠黏膜下层的巨噬细胞胞浆内有大量嗜碱性小体,其中肝Kupffer细胞内的小体为细菌群,从肝组织中培养出了EM。

2.2.4 猪、犬类

Bordelo等[46]报道了EM引发的犬菌血症,1只有先天性白内障病史的2岁母犬及其6只幼犬因厌食、发热和心动过速而住进兽医医院,母犬产褥期表现为免疫功能低下、眼睑内翻和持续性瞳孔膜残留等眼部异常,这可能是造成EM感染的因素。Miguela等[47]从西班牙健康猪粪便中分离到一种产碳青霉烯酶的EM分离株,但目前尚未有报道猪感染EM。

2.2.5 禽类

Vancanneyt等[48]从鸡、鸽和斑纹雀中分离出5株EM,其中4株在内脏标本中分离到,1株在跗关节液标本的混合培养中分离到。

3 EM的检测

EM检测可为其感染的诊断和防治提供依据。参考《全国临床检验操作规程》[53],通过无菌操作采集感染者的血液、下呼吸道分泌物、伤口分泌物、尿液、腹水等标本,可采用形态学检测、分离培养及鉴定、非培养技术检测等。

3.1 形态学检测

将采集的样本直接涂片,进行革兰氏染色,并通过油镜观察其形态,在镜下可见革兰氏阴性短小杆菌。

3.2 分离培养鉴定

目前,分离培养是临床检测EM的主要方法。根据EM感染类型,可采集血液[54]、下呼吸道分泌物[55]、脑脊液[7]、伤口分泌物[37]、尿液[45]等标本,直接或经增菌后接种于血培养基,于35 ℃培养箱内培养24 h后,依据其生物学特性分离出疑似菌落,并进行生化反应鉴定。临床常用VITEK 2 Compact全自动微生物鉴定系统(法国生物梅里埃公司)及API细菌鉴定条,对分离培养获得的EM进行菌种鉴定。

3.3 非培养技术检测

EM的检测不仅仅局限于传统的形态学检测和分离培养鉴定,还可通过非培养技术对其特异性基因进行检测和菌种鉴别。

Lin等[56]通过多重实时聚合酶链反应(polymerase chain reaction,PCR)技术,扩增翻译延伸因子4基因(lepA,PCR扩增子大小142 bp)和苯丙氨酸-tRNA连接酶β亚单位基因(pheT,PCR扩增子大小90 bp),以鉴别EM与按蚊伊丽莎白菌(E. anophelis,EA)。王蕾蕾等[57]报道,检测EM的特异性基因钠-氢转运体基因和pheT基因有助于伊丽莎白菌种的鉴别。雷雪平等[58]采用PCR扩增16S rDNA及测序方法,用于棘胸蛙感染的EM鉴定及同源性分析。随着高通量测序(next-generation sequencing,NGS)的发展,全基因组测序可用于临床伊丽莎白菌感染的检测及菌种鉴别[56]

EM感染主要为医院获得性,其可存在于医院环境中。通过流行病学调查对EM进行分型,可为菌株溯源提供依据。King[1]使用血清学方法,对EM进行分型,共分为A~F型6种血清型,其中C型导致脑膜炎的可能性最大。分子分型是流行病学调查的主要手段,目前基于CRISPR的分型方法逐渐成为研究热点。细菌CRISPR结构中存在间隔序列,使其进化过程中出现插入和选择性剔除现象,从而导致CRISPR具有结构多样性,相同菌种的不同菌株之间也存在差异[59]。本课题组前期已完成EM临床分离菌株FMS-007的全基因组序列(GenBank CP006576)[15],发现一个Ⅱ型CRISPR/Cas系统。对来自上海、宁波、台州4家三级甲等医院的58株EM临床分离株的CRISPR进行PCR扩增及测序,根据重复序列和间隔序列数目,分为4种型别:5R-4S(5个重复序列,4个间隔序列)、11R-10S(11个重复序列,10个间隔序列)、16R-15S(16个重复序列,15个间隔序列)、18R-17S(18个重复序列,17个间隔序列)。

4 EM感染的危险因素

EM感染者多为患有严重基础疾病、免疫力低下者,对该人群进行侵入性治疗操作会增加EM感染率。

4.1 基础疾病

多数EM感染者患有基础疾病,如糖尿病、恶性肿瘤、慢性阻塞性肺疾病、脑部疾病、呼吸系统疾病等[8, 16, 54]。Govindaswamy等[60]报道4例患者因长骨骨折、多发肋骨骨折并伴血气胸、颅脑损伤伴急性硬膜外血肿入院,术后感染EM。Chen等[61]报道70例ICU患者发生非发酵革兰氏阴性杆菌菌血症,其中EM菌血症占27.1%。本课题组对浙江省中医院临床分离的36株EM进行了回顾性分析,其中72.2%样本来源于ICU,感染者患有呼吸系统疾病、脑部疾病、肿瘤等基础疾病[16]。上述研究提示,有严重基础疾病者是EM易感人群,因此应重视控制医院感染,从而降低EM感染率。

4.2 免疫力低下

EM是一种主要感染新生儿和所有年龄段免疫缺陷人群的机会致病菌[38]。研究表明,免疫力低下的新生儿感染EM可引发脑膜炎和败血症[7, 39]。Bloch等[38]报道了6例EM感染患者,均为长期住院,使用多种抗生素,平均年龄58.7岁,主要表现为全血中性粒细胞减少,自身免疫力低下。EM导致的获得性肺炎以机体防御机制受到破坏的老年患者居多,这些感染EM的老年患者还易伴随其他细菌感染[32]

4.3 广谱抗生素的使用

随着广谱抗生素的广泛应用,EM的临床分离率增加,并对多种抗生素产生耐药[62]。在抗生素作用下,敏感细菌被抑制,而多重耐药EM呈优势生长,患者在免疫力低下时更易感染。张雪青等[30]分析了60例肺部感染患者,其中在诊断前使用3种以上抗菌药物的EM感染者占68.3%。张爱珍等[32]报道了58例EM感染患者,感染前均使用了广谱抗生素治疗,老年组使用3种或3种以上抗生素者明显多于青年组。Huang等[63]分析了30例EM感染患者,83.3%在诊断前使用过抗生素,其中53.3%使用过β-内酰胺酶抑制剂,43.3%使用过碳青霉烯类,26.7%使用过氨基糖苷类,23.3%使用过替加环素。

4.4 侵入性操作

侵入性治疗导致的EM感染主要为导管相关性肺炎[62]。张雪青等[30]报道了60例EM感染患者,主要分布在ICU、呼吸科和神经科,气管插管率为56.7%,深静脉留置率为25.0%,留置导尿率为16.7%。潘文森等[31]报道了6例EM肺部感染患者,均接受有创机械通气,其中气管切开1例、气管插管5例。EM可在医院环境中广泛存在,如呼吸器、插管、加湿器、新生儿培养箱、水龙头、水槽、医护人员手套等[3, 64],导致入院患者行侵入性操作时感染EM的风险大大提高。

5 结语

随着人们对EM认识的不断深入,发现其广泛存在于环境中,不仅可感染人类,引起脑膜炎、肺部感染、败血症等疾病,还可感染蛙、鱼、龟、鳖类等动物。

为预防控制EM的医院感染,临床应加强医疗物品的消毒及环境中EM的检测。EM易感人群主要是免疫力低下者和有严重基础疾病者,临床应加强对此类人群的预防和控制,合理使用抗生素,积极治疗患者的基础疾病以提高机体免疫力。医院也应加强控制,预防其可能引发的医院感染暴发流行,重视其分离鉴定、药敏试验及医院感染监测,以提高治疗效果,降低死亡率。

我国沿海地区及台湾省的EM感染发病率明显高于欧美国家,且近年来其临床分离率呈上升趋势。随着医学技术的不断发展,NGS在临床和基础研究中不断应用,提高了EM的检出率和检测效率。目前,对EM感染机制、致病机制等方面的相关基础研究仍较少,亟待加强。

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文章信息

陆怡凯, 袁舒颖, 杨源博, 巫祺乐, 方子璇, 刘岩, 陈力, 孙桂芹
LU Yikai, YUAN Shuying, YANG Yuanbo, WU Qile, FANG Zixuan, LIU Yan, CHEN Li, SUN Guiqin
脑膜炎败血伊丽莎白菌及其感染的研究进展
Research progress on Elizabethkingia meningoseptica and infection
微生物与感染, 2021, 16(2): 110-116.
Journal of Microbes and Infections, 2021, 16(2): 110-116.
通信作者
陈力
E-mail:lichen_bk@fudan.edu.cn;
孙桂芹
E-mail:sunguiqin2001@163.com
基金项目
国家自然科学基金(31600644)

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