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  微生物与感染  2022, Vol. 17 Issue (1): 47-54      DOI: 10.3969/j.issn.1673-6184.2022.01.007
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Contents            PDF            Abstract             Full text             Fig/Tab
脑膜炎败血伊丽莎白菌耐药性的研究进展
巫祺乐 1 , 方子璇 1 , 袁舒颖 1 , 陈妍雯 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. 复旦大学上海医学院基础医学院教育部、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)可引起肺部感染、新生儿脑膜炎、菌血症等疾病,医院重症监护病房检出率较高,是院内感染的重要病原体之一。随着抗菌药物的广泛使用,EM对β-内酰胺类、氨基糖苷类、氟喹诺酮类等临床常用抗菌药物呈多重耐药,给临床治疗带来极大困难。目前EM的耐药机制研究主要集中于产生药物灭活酶、药物作用靶位改变、外排泵、形成生物膜等方面。EM可同时携带多个耐药基因,如GOBBlaBCME等,从而介导多重耐药。本文就国内外EM耐药现状、耐药机制进行综述,旨在为预防和控制EM的医院内感染提供参考。
关键词脑膜炎败血伊丽莎白菌    耐药    耐药基因    耐药机制    
Research progress on drug-resistance of Elizabethkingia meningoseptica
WU Qile 1 , FANG Zixuan 1 , YUAN Shuying 1 , CHEN Yanwen 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. Key Laboratory of Medical Molecular Virology (MOE/NHC/CAMS), School of Basic Medical Sciences, Shanghai Medical College, Fudan University, Shanghai 200032, China
Abstract: Elizabethkingia meningosepticum (EM), which causes nosocomial pneumonia, neonatal meningitis, bacteremia and other diseases, is one of the most important pathogens of nosocomial infections. In recent years, the detection rate of EM in the intensive care unit (ICU) has shown an upward trend. Due to the widespread use of antibiotics, EM is multi-drug resistant to commonly used clinical antibiotics such as β-lactams, aminoglycosides and fluoroquinolone, which brings great difficulties to clinical treatment. At present, researches on EM resistance mechanisms in different countries mainly include the production of drug-inactivating enzymes, changes in drug targets, and the formation of biofilms. EM has multiple drug-resistant genes such as GOB, BLaB, CME, which mediate their multiple resistance. This article reviewed the drug resistance and resistance mechanism of EM, hoped to provide references for the prevention and control of nosocomial infections of EM.
Keywords: Elizabethkingia meningosepticum    Drug resistance    Drug resistance gene    Drug resistance mechanism    

脑膜炎败血伊丽莎白菌(Elizabethkingia meningosepticum,EM),又称脑膜炎脓毒性黄杆菌(Chryseobacterium meningosepticum,CM或Flavobacterium meningosepticum,FM),2005年Kim等[1]将EM从黄杆菌属重新划分至伊丽莎白菌属,并将其正式更名为EM。该菌是非发酵革兰阴性杆菌,无鞭毛、荚膜,其生化特征主要表现为过氧化氢酶、氧化酶和吲哚阳性[2]。EM广泛存在于自然界中,多见于土壤、水源以及医院环境[3],是引起院内侵入性感染的重要病原体[4]。近年来,EM院内感染呈上升趋势[5],在全球范围散发[6-8]。有研究表明,EM呈多重耐药,且不同地区分离得到的EM耐药性存在差异[9-11]。因此,加强EM耐药性的检测并分析其耐药机制,对选择临床用药和预防耐药菌株出现具有重要意义。本研究收集整理国内外关于EM耐药性的报道,就其耐药现状和耐药机制作综述。

1 EM的耐药现状

EM对大多数抗菌药物具有天然抵抗力,给临床治疗带来极大困难。该菌对用于治疗革兰阴性菌感染的抗菌药物,如β-内酰胺类、氨基糖苷类、四环素类等具有较高耐药率,且不同地区分离得到的EM存在耐药性差异(见表 1)。

表 1 不同国家/地区脑膜炎败血伊丽莎白菌对临床常用抗菌物的耐药表型 Tab. 1 Resistance phenotype of Elizabeth meningitidis to clinical commonly used antibiotics in different countries/regions
国家/地区 采样时间段/年 菌株数 药物种类及耐药株数[耐药率(%)]
β-内酰胺类 氟喹诺酮类 氨基糖苷类 磺胺类 四环素类 多菌素
氨苄西林 哌拉西林/他唑巴坦 头孢唑啉 头孢西丁 头孢曲松 亚胺培南 氨曲南 环丙沙星 左氧氟沙星 庆大霉素 妥布霉素 阿米卡星 复方新诺明 替加环素 多粘菌素
中国 北京 2017—2018[9] 13 / 6(46.2) / / / 13(100.0) 13(100.0) 9(69.2) 8(61.6) / / 13(100.0) 5(38.5) / /
2016[12] 52 52(100.0) / 52(100.0) / 51(98.5) 52(100.0) 52(100.0) 2(3.0) 1(1.5) 48(92.4) / / 7(13.6) 0(0.00) /
上海 2012—2015[13]
2017—2018
52 / 0(0.0) / / / 46(88.5) 52(100.0) 20(38.5) 14(26.9) 50(96.2) / 45(86.5) 33(63.5) 3(5.8) 52(100.0)
重庆 2010—2012[14] 60 60(100.0) 7(11.7) 60(100.0) / 59(98.3) 57(95.0) 60(100.0) 12(20.0) 11(18.3) 46(76.7) 60(100.0) 60(100.0) 38(63.3) / /
南京 2016—2017[15] 31 / 6(19.4) / / / 31(100.0) 31(100.0) 0(0.0) 0(0.0) 27(87.1) 31(100.0) 31(100.0) / / /
浙江 杭州 2013—2018[16] 36 35(97.2) 2(5.6) 35(97.2) / 35(97.2) 35(97.2) 35(97.2) 4(11.1) 2(5.6) 33(91.7) 35(97.2) / 7(19.4) 1a(6.67) /
宁波 2012—2014[17] 72 / 17(23.5) / / / 55(75.7) 70(97.0) 53(73.5) 53(64.3) 26(35.7) / 33(45.7) 8(11.8) / /
2011—2014[18] 71 / 17(23.9) / / 71(100.0) 71(100.0) / 26(36.6) 27(38.0) 71(100.0) 71(100.0) 68(95.8) 11(15.5) / 71(100.0)
金华 2011—2015[19] 76 / 11(14.5) / / / 76(100.0) / 18(23.7) 22(28.9) 76(100.0) 76(100.0) 76(100.0) 16(21.0) / 76(100.0)
2007—2008[20] 49 46(93.9) 15(30.6) 47(95.9) 29(59.2) 41(83.7) 47(95.9) 44(89.8) 35(71.4) 28(57.1) 49(100.0) 49(100.0) 46(93.9) 25(51.0) / /
台州 2007—2010[21] 83 78(94.0) 21(25.3) 79(95.2) 49(59.0) 68(81.9) 79(95.2) 76(91.6) 55(66.3) 46(55.4) 83(100.0) 83(100.0) / 42(50.6) / /
2003—2005[22] 87 86(98.9) 55(63.2) 85(97.7) / 84(96.6) 84(96.6) 85(97.7) 67(77.0) 71(81.6) 86(98.9) 82(94.3) 84(96.6) 48(55.2) / /
广西 2012—2014[23] 30 30(100.0) 5(16.7) 30(100.0) 27(90.0) 29(96.7) 23(76.7) 29(96.7) 10(33.3) 8(26. 7) / 27(90. 0) 27(90. 0) 2(6.7) / /
河南 2011[24] 16 16(100.0) 0(0.0) / / 6(37.5) 7(43.8) 9(56.3) 3(18.8) 2(12.5) 7(43.8) 8(50.0) 9(56.3) 9(56.3) 4b(25.0) /
安徽 2004—2006[25] 25 / 8(32. 0) / 15(60.0) 18(72. 0) 18(72. 0) 22(88. 0) 6(24. 0) 3(12. 0) / / 17(68.0) / / /
湖南 2015—2017[26] 81 / 17(21.1) 81(100.0) / / 70(86.4) 79(97.5) 55(67.9) 49(60.5) 78(96.3) / 45(55.6) 9(11.1) 63b(77.8) /
台湾 1999—2006[10] 99 / 21(21.2) / / / / / 56(56.6) 18(18.2) 81(81.8) / 78(78.8) / 67(67.7) /
香港 2012[27] 2 2(100.0) / / / / 2(100.0) / 0(0.0) / 2(100.0) 2(100.0) 2(100.0) 0(0.0) 2b(100.0) /
韩国 2009—2015[11] 17 / 0(0.00) / / / 17(100.0) / 12(71.0) 11(65.0) 16(94.0) / / 16(94.0) / /
沙特阿拉伯 2013—2019[29] 12 / 0(0.0) / / 12(100.0) 12(100.0) / 5(41.7) 1(8.3) 12(100.0) / 12(100.0) 0(0.0) 10b(83.3) 11(91.7)
美国 2015—2016[31] 3 3(100.0) 3(100.0) 3(100.0) / 3(100.0) / 3(100.0) 0(0.0) / 3(100.0) 3(100.0) 3(100.0) 0(0.0) 1(33.3) /
英国* 2012—2013[32] 30 / 0(0.0) / / / 30(100.0) 30(100.0) c / 30(100.0) 30(100.0) 30(100.0) 0(0.0) / 30(100.0)
印度 2007—2014[33] 21 / 1(4.0) / / 29(95.0) 18(85.7) / 17(80.9) / 19(90.4) / 20(95) / 0(0.0) /
/:文献中未涉及相关抗菌药物的药敏试验,故无法提供数据;
1a(6.67):EM从2014年开始做替加环素药敏试验,菌株数仅有15株;
4b(25.00)、63b(77.8)、2b(100.0)、10b(83.3):文献中仅提到四环素类耐药菌株数和(或)耐药率,未明确四环素类具体药物,故为EM对四环素类耐药表型;
c:文献中只提供了中介的数据,未提供耐药率数据;
*标注的地区通过测定MIC值来检测EM的耐药情况,其他地区通过纸片扩散法检测EM的耐药情况。

本研究收集中国北京、上海、浙江以及美国、法国、印度等地区关于EM耐药性的报道,根据抗菌药物分类,对其耐药性数据进行整理,结果详见表 1。大部分地区分离的EM对β-内酰胺类、氨基糖苷类抗菌药物的耐药率达到或接近100%;对β-内酰胺酶抑制剂复合物哌拉西林/他唑巴坦敏感率为70%左右,但少数地区如中国台州[20-22]、美国[30]分离的EM对β-内酰胺酶抑制剂复合物哌拉西林/他唑巴坦耐药。大部分地区分离的EM对氟喹诺酮类药物较为敏感,耐药率在20%左右,而中国的北京[9]、宁波[17]、台州[20-22]、湖南[26]以及韩国等地区[11]的耐药率则超过50%。

替加环素是一种新型的四环素类抗菌药物,可与细菌核糖体30S亚单位结合,阻止肽链延长[28]。根据表 1的统计结果,EM的临床分离株对替加环素有较好的敏感性,敏感率约为60%,但中国湖南[26]、沙特阿拉伯[29]等地区已出现对替加环素耐药的EM菌株,耐药率在70%以上。另外,多黏菌素被认为是革兰阴性菌治疗的最后一道防线,主要作用于细菌细胞膜,使胞内重要物质外漏,从而起到抗菌作用[30],然而各个地区EM对多黏菌素的耐药率为100%(见表 1)。

2 EM耐药机制

不同地区分离的EM具有不同的耐药性,存在多种耐药机制,如药物灭活酶的产生、药物作用靶位基因的改变、生物膜的形成、外排系统过表达等。本研究收集了已报道的EM耐药基因情况,并进行分析,结果如表 2所示。

表 2 不同国家/地区已报道的EM耐药相关基因统计 Tab. 2 Statistics of resistance-related genes of Elizabeth meningitidis reported in different countries/regions
抗菌药物种类 耐药酶 相关基因 报道国家/地区 功能/耐药机制
β-内酰胺类 CME cme-1 cme-2 印度[34]
法国巴黎[35]
编码A类超广谱丝氨酸-β-内酰胺酶,可以水解除头孢吡肟和亚胺培南以外的所有β-内酰胺类药物[35]
TLA tla-1 美国[31] 编码A类超广谱β-内酰胺酶,能够水解包括头孢他啶和头孢吡肟的广谱头孢菌素,还能水解氨曲南[31, 36]
BlaB blaB1-3,blaB5,blaB9-13 中国杭州[37]
中国上海[13]
中国安徽[25]
韩国[38]
阿根廷[39]
编码金属β-内酰胺酶(MBL),对β-内酞胺类抗菌药物具有广泛水解作用,能水解包括碳青霉烯类在内的所有β-内酞胺类抗菌药物[40],与亚胺培南耐药相关[41]
GOB blaGOB1,blaGOB2,blaGOB4,blaGOB6,blaGOB7,blaGOB8-17 编码金属β-内酰胺酶(MBL),在EM中活跃转录,对β-内酰胺类β内酞胺类抗菌药物具有广泛水解作用,但在与BlaB同时存在时,活性被BlaB掩盖[39]
氨基糖苷类 Aac aac(6′)- Iaj 美国[31] 编码功能性乙酰基转移酶,可修饰氨基糖苷类6′位置的氨基,能抵抗除庆大霉素以外,所有的氨基糖苷类药物[42]
Ant ant(6) 中国宁波[43] 修饰链霉素,使其失去抗菌活性[43]
磺胺类 Sul sul1
sul2
中国北京[44] 编码二氢叶酸合成酶[45],从而增加对氨基苯甲酸(PABA)的形成,与磺胺类药物竞争结合
DfrA dfrA12 编码二氢叶酸还原酶[45],从而增加对氨基苯甲酸(PABA)的形成,与磺胺类药物竞争结合
氟喹诺酮类 Gyr gyrA
gyrB
中国上海[13]
中国台湾[46]
编码DNA促旋酶,GyrA中的单核苷酸Ser83Ⅱe[46]或Ser83Arg[13]发生取代,介导环丙沙星和左氧氟沙星抗性。GyrB保守区中的突变,可介导氟喹诺酮类抗菌药物耐药[31, 46]
Par parC
parE
编码DNA拓扑异构酶IV,ParC、ParE的保守区中的突变,可介导氟喹诺酮类抗菌药物耐药性[46]
四环素类 Otr otrA 美国[31] 编码OTRA抗性蛋白A,该蛋白具有三磷酸尿苷(GTP)水解酶活性,从而保护核糖体,介导对四环素耐药[47]
Tet tetB(P), tet(O) 编码核糖体保护蛋白,介导对四环素耐药[48]
外膜蛋白 Omp ompA 印度[49] 编码外膜蛋白A,是革兰氏阴性菌外膜蛋白的主要成分,介导生物膜的形成[50]
ompW 编码外膜蛋白W,有利于生物膜的形成[51]
外排泵 ceo ceoB 美国[31] 属于RND外排泵,可以泵出氯霉素和环丙沙星[52]
msr msrB 属于ABC外排泵,可以泵出红霉素和链霉素B[53]
2.1 产生药物灭活酶 2.1.1 产生药物水解酶

β-内酰胺类药物是临床常用的抗生素,根据氨基酸序列,可将β-内酰胺酶分为A、B、C和D 4类[54]。目前研究表明,EM可以产超广谱β-内酰胺酶(extended-spectrum β-lactamases,ESBLs),为A类β-内酰胺酶,主要介导EM对头孢菌素、青霉素类药物的抗性[35, 39]。另外,EM还能产B类β-内酰胺酶,又称金属β-内酰胺酶(metallo-β-lactamase,MBL),主要介导EM对碳青霉烯类药物耐药[39]

EM产生的ESBLs主要有CME(Chryseo~bacterium meningosepticum ESBLs)和TLA-1。有报道发现,EM产生的CME(CME-1、CME-2)可以介导耐药[34-35]。另外,Chen等[31]通过全基因组测序检测到EM中含有编码A类β-内酰胺酶的tla-1。有研究表明,TLA-1的水解能力与CME-1相当,对头孢他啶、头孢噻肟有良好的水解活性[36]

EM产MBL有BlaB和GOB两种型别。blaBblaGOB耐药基因位于染色体上,无法跨物种传播,且前者活性高于后者[39],二者可在EM中同时存在。如上海的部分EM菌株不仅同时含有blaBblaGOB,还含有cme[13],而安徽部分EM只含blaB[25],杭州部分EM只含blaGOB[37](见表 2)。另有研究表明,EM产生的BlaB还能够水解β-内酰胺酶抑制剂,包括他唑巴坦等[31, 55]

2.1.2 产生药物修饰酶

产生药物修饰酶是EM对氨基糖苷类药物耐药的重要原因,这些修饰酶可以使氨基糖苷类药物的一些结构被修饰、灭活,或者抑制与其他类药物的协同作用[56]。Chen等[31]报道,EM含编码乙酰基转移酶(aminoglycoside acetyltransferases,AACs)的相关基因aac(6′)-Iaj,可以编码乙酰基转移酶,乙酰化除庆大霉素以外的氨基糖苷类药物[42],从而降低药物的活性。EM中还检测到了编码核苷酸转移酶(aminoglycoside nucleotidyltranferases,ANTs)的ant(6)基因,介导EM对链霉素耐药[43]

2.1.3 产生其他酶类

产生二氢叶酸合成酶(Sul)和二氢叶酸还原酶(Dfr)可能导致EM对磺胺类药物如复方新诺明的耐药[44-45]。有研究报道,对复方新诺明耐药的EM中,可以检测到合成上述2种酶的基因sul1、sul2,且在sul2阳性的菌株中,检测到一株含有编码二氢叶酸还原酶基因(dfrA12)的EM[44],而其余对复方新诺明敏感的分离株中未检测到上述基因。

2.2 药物作用靶位的改变

氟喹诺酮类药物是治疗EM感染的候选药物[10, 31],然而北京[9]、台州[20-22]、湖南[26]等地已出现耐药菌株(见表 1)。Jian等[46]研究报道,EM中DNA促旋酶的GyrA亚基末端,常发生Ser83Ile取代,从而介导其对氟喹诺酮类药物耐药。除发生Ser83Ile突变外,发生Ser83Arg突变也会提高EM对氟喹诺酮类抗生素的耐药率[13]。除此之外,Jian等[46]认为,gyrBparCparE保守区域的突变也可能引起EM对氟喹诺酮类药物耐药。

2.3 主动外排机制

细菌对抗菌药物的外排机制是造成耐药的重要原因之一[57]。研究报道,EM的外排泵主要包括RND家族(resistance nodulation division family)、MFS家族(major facilitator super family)、MATE家族(multidrug and toxic compound extrusion)和ABC转运蛋白(ATP-binding cassette)[58-60]

Kukutla等[58]通过比较伊丽莎白菌属基因组序列,发现伊丽莎白按蚊中37个编码RND转运蛋白的基因与EM有83.5%的同一性,以及44个编码MFS超家族的基因与EM有73.7%的同一性,可以非特异性排出β-内酰胺类和氟喹诺酮类药物。Chen等[31]在2015年—2016年美国密歇根州暴发EM感染的病人身上分离得到3株菌株,并从中检测出18个编码耐多药外排泵的基因,包括ceoBmsrBadeG等。

Agrawal等[49]、Liang等[59]在EM中检测出耐多药外排泵相关蛋白。Liang等[59]在标准菌株(ATCC 13253)中同时检测到MATE家族蛋白、ABC转运蛋白(CmeB蛋白)以及RND家族蛋白(AcrB蛋白)。Agrawal等[49]通过蛋白质组学相关研究发现,EM中含有ABC转运蛋白以及TetR/AcrR家族(TetR/AcrR family),赋予EM对四环素和其他有毒化合物的抗性(见表 2)。

2.4 外膜蛋白的改变

外膜蛋白(outer memberain protein,OMP)是革兰阴性细菌运输抗生素的重要通道[61]。Agrawal等[49]在EM中检出OmpA和OmpW。OmpA是细菌中高度保守的一种β桶型孔蛋白,有报道称该蛋白在鲍曼不动杆菌中可以与内膜外排泵系统耦合(如MFS超家族、RND家族),将抗生素从质膜排出[50]。OmpW也是一种β桶型孔蛋白,在阪崎肠杆菌中,OmpW的表达可导致硫酸新霉素、氨苄西林耐药[51]

3 讨论与展望

自20世纪50年代脑膜炎败血伊丽莎白菌引发脑膜炎被首次报道以来[1],中国、美国、英国、法国、印度等国家都有由该菌引起的新生儿脑膜炎、菌血症、肺炎、心内膜炎等疾病的报道,EM已成为医院感染的重要病原菌之一[4]。因EM呈多重耐药,给临床治疗特别是药物选择带来一定困难,故受到医务人员的重视。

EM对临床常用于治疗革兰阴性菌的抗菌药物天然耐药,如碳青霉烯类、氨基糖苷类、β-内酰胺类,耐药率几乎达100%;多黏菌素作为治疗革兰阴性菌的最后一道防线[30],EM对其耐药率也达100%(见表 1)。因此,临床用药时应尽量避免使用上述药物。而大部分地区EM对氟喹诺酮类、β-内酰胺酶抑制剂复合物、替加环素等药物有较好的敏感性,可将其作为临床治疗EM感染的候选药物。目前已有研究报道,使用氟喹诺酮类药物可提高感染EM患者的生存率[62];且通过替加环素与左氧氟沙星联合用药,能够成功治疗EM引起的败血症[63]。但值得注意的是,目前EM被检出含耐氟喹诺酮类、β-内酰胺酶抑制剂复合物、替加环素等药物的基因。因此,在临床治疗用药时,应根据实验室药敏结果,选择适当的抗生素,同时可考虑联合用药。

EM的多重耐药,与其具有多种耐药基因相关,从而具有多种耐药机制。目前,国内外对EM耐药机制的研究主要集中于EM能产生MBL和ESBLs(主要为CME型),且不同地区分离的EM所含有的基因型不同[13, 25, 37],而关于EM其他耐药机制的研究尚待进一步深入。有学者发现,EM能同时含有编码MBL和ESBLs的基因[13],也能仅含blaBblaGOB中的一种[25, 37]。Chang等[41]提出,EM应同时具有blaBblaGOB,若将仅含其中一种基因的菌种也鉴定为EM,则可能会将黄杆菌属的细菌误判为EM,这也表明EM的快速鉴定有待改进。

EM的快速准确鉴定和菌株溯源对其预防和控制具有重要意义。但由于数据库尚未建立,伊丽莎白菌属中其他菌种容易被误认为EM[64],因此须推动高通量测序、质谱技术在临床感染性疾病中的应用,从而加强EM与其他伊丽莎白菌属的精准鉴别,以提高EM的临床检出率。

参考文献
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文章信息

巫祺乐, 方子璇, 袁舒颖, 陈妍雯, 陈力, 孙桂芹
WU Qile, FANG Zixuan, YUAN Shuying, CHEN Yanwen, CHEN Li, SUN Guiqin
脑膜炎败血伊丽莎白菌耐药性的研究进展
Research progress on drug-resistance of Elizabethkingia meningoseptica
微生物与感染, 2022, 17(1): 47-54.
Journal of Microbes and Infections, 2022, 17(1): 47-54.
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),浙江省自然科学基金(LY20C050002)

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