摘 要：近年来，高毒力肺炎克雷伯菌成为备受关注的病原体。与普通肺炎克雷伯菌常导致免疫力低下人群的院内感染不同，高毒力肺炎克雷伯菌常引起健康个体的社区感染，且极易发生远处部位的转移，最常见的转移部位包括眼、肺和中枢神经系统，感染常需从源头控制。高毒力肺炎克雷伯菌的毒力基因通常位于大毒力质粒和染色体上的可移动遗传元件上，可作为生物标记与普通肺炎克雷伯菌临床分离株进行区分。高毒力肺炎克雷伯菌的相关毒力因素包括4个铁载体系统促进铁摄取、荚膜产量增加、K1和K2荚膜血清型及colibactin毒素。值得注意的是，耐多药的高毒性菌株已经出现，并日益增多，给临床诊疗带来了新的挑战。为更好地了解高毒力肺炎克雷伯菌，文章对其特性、流行病学特征、毒力相关因素及耐药性进行介绍。
关键词：高毒力肺炎克雷伯菌 鉴定 流行病学 毒力因素 耐药性
Research progress on hypervirulent Klebsiella pneumoniae
HUANG Yun LI Congrong
Department of Clinical Laboratory,Renmin Hospital of Wuhan University;
Abstract：Recently,hypervirulent Klebsiella pneumoniae has emerged as a concerning pathogen. In contrast to nosocomial infections in immuno-compromised patients with classic Klebsiella pneumoniae,hypervirulent Klebsiella pneumoniae usually causes community acquired infections in healthy individuals and is prone to metastasize to distant sites,including most commonly the eye,lung and central nervous system,and often requiring source control. The genetic determinants of hypervirulent Klebsiella pneumoniae are often found on large virulence plasmids as well as chromosomal mobile genetic elements which can be used as biomarkers to distinguish hypervirulent Klebsiella pneumoniae from common Klebsiella pneumoniae clinical isolates. These distinct virulence determinants of hypervirulent Klebsiella pneumoniae include up to 4 siderophore systems for iron acquisition,increased capsule production,K1 and K2 capsule types and colibactin toxin. Alarmingly,multidrug-resistant hypervirulent isolates have emerged,creating a new challenge in combating this already dangerous pathogen. In order to better understand hypervirulent Klebsiella pneumoniae,the characteristics,epidemiology,virulence related factors and drug resistance with hypervirulent Klebsiella pneumoniae will be introduced in detail.
Keyword：Hypervirulent Klebsiella pneumoniae; Identification; Epidemiology; Virulence factor; Drug resistance;
近年来，肺炎克雷伯菌临床分离率逐渐提高，仅次于大肠埃希菌；且在呼吸道、尿液、血液3类常见的临床标本中的分离率均居前3位[1]。1986年，我国台湾地区首次报道了社区无肝胆疾病患者感染高毒力肺炎克雷伯菌（hypervirulent Klebsiella pneumoniae)导致原发性化脓性肝脓肿，并发生远处转移的特殊病例。与普通肺炎克雷伯菌（classic Klebsiella pneumoniae）不同，该菌主要感染社区的健康个体，且具有感染灶多发、病情进展迅速、预后差等特点，给临床诊断和治疗均提出了更高要求。高毒力肺炎克雷伯菌与普通肺炎克雷伯菌有着明显的不同，主要差异见表1。
表1 高毒力肺炎克雷伯菌与普通肺炎克雷伯菌的主要差异
1 高毒力肺炎克雷伯菌的特性与鉴定
目前，阻碍对高毒力肺炎克雷伯菌感染患者进行最佳治疗的一个重要原因是，临床微生物实验室无法准确区分普通肺炎克雷伯菌和高毒力肺炎克雷伯菌。而对高毒力肺炎克雷伯菌的准确鉴定可提示临床医生考虑到一些可能发生隐匿性感染的部位，这些感染性病灶很可能需要进行引流，并延长治疗时间或进行定向治疗[如脑膜炎、前列腺脓肿或眼内炎（玻璃体切除术或玻璃体内注射抗菌药物）]。高毒力肺炎克雷伯菌的高黏特性可提示临床医生选用更合适的引流管，进行更频繁的冲洗；其高黏表型和易形成生物膜的特性提示临床医生应延长治疗时间，以降低感染复发风险。此外，准确识别高毒力肺炎克雷伯菌也有助于流行病学监测和种族遗传易感性的研究，分析其耐药性和全球传播趋势。
目前，国内外尚无统一的标准用于定义高毒力肺炎克雷伯菌。由于高毒力肺炎克雷伯菌最初被分离出来时，其菌落具有高黏性，因此，也称其为高黏液性肺炎克雷伯菌(hypermucoviscous Klebsiella pneumoniae,HMV-Kp）。为区别于普通肺炎克雷伯菌，目前一般将“拉丝试验”作为高毒力肺炎克雷伯菌的判定标准。即当用接种环将菌落拉伸至少5 mm时，即可初步判断为高毒力肺炎克雷伯菌。但有学者发现，并不是所有的高毒力肺炎克雷伯菌菌株都是高黏的，相当数量的普通肺炎克雷伯菌菌株也具有这种特性[2]。
鉴于高毒力肺炎克雷伯菌易发生转移，可造成多个部位感染的特殊临床表现，有学者用高毒力肺炎克雷伯菌感染后的典型临床症状来定义高毒力肺炎克雷伯菌，即无胆道疾病的社区获得性化脓性肝脓肿伴肝外共同感染或血流感染[3-4]。这一特点是在其他肠杆菌科细菌中不常见的。“高毒力肺炎克雷伯菌侵袭综合征”的概念也由此提出，即高毒力肺炎克雷伯菌导致的2个或2个以上部位的共感染。在我国，由高毒力肺炎克雷伯菌感染引起的侵袭性综合征并不罕见，且近年来呈现增多的趋势，而临床对其的认识还远远不够。高毒力肺炎克雷伯菌可以从定植或感染部位侵入血流，从而导致新的迁徙性感染，血流感染多是“过程”，而非“结果”；普通肺炎克雷伯菌毒力较弱，在机体免疫功能明显下降时，定植的病原体突破机体防御屏障导致血流感染，一般不会导致迁徙性感染[5]。高毒力肺炎克雷伯菌几乎可以感染身体的每一个部位，血流、肝、肺、中枢神经系统和眼是最常见的共感染部位。特别值得注意的是眼内感染，该部位组织损伤迅速，需要立即治疗，以最大限度地保护视力。因此，确定或怀疑高毒力肺炎克雷伯菌感染时，建议进行适当的眼部评估。
目前，学者们一般通过表型和基因型特性来鉴定高毒力肺炎克雷伯菌。有研究发现，iroB、iucA、peg-344、rmpA和rmpA 2及总铁载体产量>30μg/mL是定义高毒力肺炎克雷伯菌最准确的分子标记[3]，所有这些标记均显示在毒力质粒上。另有研究发现，肺炎克雷伯菌在选择压力下有基因重组或缺失的倾向，这支持了最佳标记应该是赋予高毒性表型的关键因素的观点，如果这些标记丢失，菌株便不是高毒性的[6]。总铁载体的产量已被证明与体内毒力密切相关，气杆菌素是高毒力肺炎克雷伯菌产生的主要铁载体；此外，由rmpA或rmpA 2介导的荚膜产量增加也与高毒性表型有关。总铁载体产量、iuc、rmpA和rmpA 2是最准确和持久的标志。GU等[7]发现，在高毒力肺炎克雷伯菌毒力质粒中，尽管沙门菌素合成基因iro、peg-344和rmpA缺失，但保留了iuc和rmpA 2，泛耐药肺炎克雷伯菌菌株也变得具有高毒力。目前，尚未发现100%特异的诊断标志物，相信随着更多的高毒力肺炎克雷伯菌特异性基因被识别出来，会有更多、更特异的生物标志物被发现。
2 高毒力肺炎克雷伯菌的流行病学特征
高毒力肺炎克雷伯菌最早在我国台湾被发现，是化脓性肝脓肿的主要病因。被发现后的几十年中，高毒力肺炎克雷伯菌在全球传播，并引起多种感染，美国、澳大利亚、墨西哥和韩国等均有报道，以亚洲的报道最多。在1项纳入中国10个城市共230株肺炎克雷伯菌的研究中，高毒力肺炎克雷伯菌占37.8%，其中武汉地区最多（73.9%），浙江省最少（8.3%)[8]。有研究发现，马来西亚、新加坡、中国台湾、中国香港、中国大陆、日本、泰国和越南的健康个体高毒力肺炎克雷伯菌的定植率分别为14.1%、14.9%、11.3%、12.0%、11.7%、16.7%、2.7%和0[9]。1项对中国台湾1家鼻窦炎和鼻炎门诊的成人进行的鼻咽拭子培养的研究中，有11.5%(39/340）的分离株为肺炎克雷伯菌，其中高毒力肺炎克雷伯菌（rmpA阳性）占77.5%[10]。美国纽约某医院3年收集的463株肺炎克雷伯菌中，有3.46%(17/463）被认定为高毒力肺炎克雷伯菌（rmpA、iucA和peg344阳性）[11]。
高毒力肺炎克雷伯菌对大部分抗菌药物敏感，但在广谱抗菌药物使用的压力下，耐药性也逐渐增强。日本学者发现，31%的产超广谱β-内酰胺酶肺炎克雷伯菌为高毒力肺炎克雷伯菌[12]。中国东北地区学者收集的44株耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌中，有1株为高毒力肺炎克雷伯菌[13]。肺炎克雷伯菌毒力和耐药性相结合衍生出的“超级细菌”，会给临床抗感染治疗带来极大的挑战。
目前，世界范围内有关高毒力肺炎克雷伯菌感染的报道越来越多，但主要来自亚太地区。随着对高毒力肺炎克雷伯菌越来越深入的了解，以及更多、更具特异性的生物标志物的发现，有希望实现对全球高毒力肺炎克雷伯菌感染发病率的准确评估。
3 人感染高毒力肺炎克雷伯菌的途径
对于感染人体的高毒力肺炎克雷伯菌的最初来源，现主要认为是来自患者自身的肠道。肺炎克雷伯菌是哺乳动物肠道中的常见定植菌，可轻易从人体黏膜表面、粪便污染的手、被污染的水体及医院环境的表面中分离出来。尽管肺炎克雷伯菌在环境中无处不在，但感染人体的往往来自患者自身的肠道。土壤、植被或粪便污染的表面和水等多种环境来源可能是肺炎克雷伯菌最初在胃肠道定植的原因。医院内发生的肺炎克雷伯菌感染可能来源于医院或患者之间的传播，但高毒力肺炎克雷伯菌较低的耐药率及社区获得性又显示，医院似乎不是早于胃肠道的来源。高毒力肺炎克雷伯菌早于肠道定植的环境起源尚不清楚，但其一旦进入肠道，在高毒力肺炎克雷伯菌感染疫区，通过粪-口途径在人与人之间传播感染可能是社区传播的机制。美国的1项人类微生物组研究中，在志愿者约4%的粪便和10%的鼻腔样本中分离出肺炎克雷伯菌[14]。还有研究发现，有10%或35%的人的粪便中含有肺炎克雷伯菌，而在住院患者中，肺炎克雷伯菌的肠道定植率更高，为19%～38%[15-16]。
对高毒力肺炎克雷伯菌流行地区人群的肠道定植情况进行研究可得到更多有价值的关于高毒力肺炎克雷伯菌传播的信息。有学者对我国台湾地区43例高毒力肺炎克雷伯菌肝脓肿患者进行分析后发现，胃肠道定植与肝脓肿之间存在很强的联系，并确定健康个体中高毒力肺炎克雷伯菌分离株的携带情况也是如此[17]。另有研究发现，有5%的健康韩国成年人携带高毒力肺炎克雷伯菌[18];1项对近千名亚洲成年人的调查结果显示，有6%的成年人携带高毒力肺炎克雷伯菌[19]。高携带率可能是亚洲人群高毒力肺炎克雷伯菌感染率较高的原因。
4 毒力相关因子
4.1 荚膜相关基因rmpA、rmpA2
促成高毒力肺炎克雷伯菌高毒力表型的一个重要因素是产生较多的荚膜多糖，它决定了高毒力肺炎克雷伯菌的黏附、抗吞噬、抗血清杀菌及远处定植的特性。荚膜多糖的产生部分是由rmpA与rmpA 2介导的，高毒力肺炎克雷伯菌的3个rmpA基因分别为位于毒力质粒p-LVPK中的2个质粒携带基因（p-rmpA和p-rmpA 2）和1个染色体基因（c-rmpA）上。rmpA与rmpA 2的缺失将降低荚膜的产量和毒力。葡萄糖可以增加荚膜的产量，糖尿病和高毒力肺炎克雷伯菌感染的关联可能部分是由于患者的血糖水平升高。
4.2 荚膜类型
编码荚膜的基因位于染色体上，其中大部分是保守的，但是荚膜的多糖成分存在变异，这是荚膜分型的基础。因遗传差异而产生的不同多糖变异体被称为K抗原，是荚膜血清学分类的基础。目前，已确定了至少134个不同荚膜血清型，最常见的高毒力肺炎克雷伯菌荚膜血清型为K1、K2、K5、K20、K54和K57，其中K1和K2约占高毒力肺炎克雷伯菌分离株的70%[20]。然而，如果任由肺炎克雷伯菌分离株获得高毒力肺炎克雷伯菌毒力质粒，那么预计在高毒力肺炎克雷伯菌中观察到的荚膜血清型（如K47和K64）将会越来越多；而在不增加荚膜产量和/或存在其他高毒力肺炎克雷伯菌毒力因子的情况下，K1/K2荚膜型肺炎克雷伯菌不具有强毒表型。因此，虽然荚膜类型可能调节高毒力肺炎克雷伯菌的整体毒力，但高毒力绝不是这些荚膜类型所独有的。
4.3 铁的摄取与气杆菌素
铁对细菌的生长至关重要，病原菌从宿主体内吸收铁是其繁殖和感染宿主的必要步骤，因而铁的充分摄取是高毒力肺炎克雷伯菌侵袭性感染的必要条件。在人类宿主体内，由于Fe3+在生理条件下溶解性较低，导致组织或血清中游离铁含量极低，难以被直接利用，需通过合成并分泌铁载体来满足细菌生长与代谢对铁的需求。因此，病原菌是通过编码高亲和力的铁获取系统来保证自身对铁的需求。有研究发现，高毒力肺炎克雷伯菌表达肠杆菌素、沙门菌素、耶尔森菌素、气杆菌素4种铁载体。其中气杆菌素占80%～90%；在4种铁载体中，只有气杆菌素能显著提高细菌在人腹水、血清及小鼠全身和肺部感染模型中的存活率[21]，提示气杆菌素是主要的毒力决定因素。
4.4 其他毒力因子
肺炎克雷伯菌还有其他基因与其毒力有关，如peg-344，具有高毒力肺炎克雷伯菌特异性，位于高毒力肺炎克雷伯菌毒力质粒上，但功能未知，可能是一种位于内膜上的转运蛋白的结构基因。BULGER等[22]发现，当高毒力肺炎克雷伯菌在人腹水中生长时，peg-344相关的RNA峰度会增加；他们在远系繁殖的CD1小鼠中评估了毒性的潜在作用，在肺炎模型中，通过生存和竞争实验，发现peg-344是具有完全毒力所必需的毒力基因。有学者通过环介导等温扩增技术建立高毒力肺炎克雷伯菌的快速分子诊断方法，发现peg-344的诊断敏感性为99%、特异性为96%，准确性为97%，诊断价值最高[23]。此外，还有编码荚膜的基因wab G和uga基因，编码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机制中起重要作用。但由于这些基因在高毒力肺炎克雷伯菌和普通肺炎克雷伯菌之间未表现出明显的表达差异，因此不作详细描述。
5 毒力与耐药性的融合
最初分离的高毒力肺炎克雷伯菌对抗菌药物十分敏感，而临床常见的肺炎克雷伯菌多为多重耐药，所以学者们最初认为肺炎克雷伯菌的毒力与高耐药不会出现在同一株菌株上，但目前，高毒力肺炎克雷伯菌分离株耐药现象日趋严峻。有学者分离的35株高毒力肺炎克雷伯菌中有20株产生了碳青霉烯酶[24]。由于编码毒力或耐药的基因通常位于可移动遗传元件上，所以耐药高毒力菌株的进化可能存在2个途径：一是肺炎克雷伯菌获得毒力基因或整个毒力质粒；二是高毒力肺炎克雷伯菌获得编码耐药基因的染色体或质粒。获得KPC-2质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获得高毒力肺炎克雷伯菌毒力质粒菌株等耐多药基因与毒力基因融合的菌株我国均有报道，为院内肺炎病例[7,25]。毒力和耐药性的同时出现正在成为一个全球性问题，必须进行流行病学监测，为制定相关治疗方案提供有效信息。
6 总结
综上所述，荚膜多糖和铁摄取系统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机制仍存在许多未知的方面，如由于国内外无统一的鉴定标准，无法在全球范围内进行准确的流行病学监测，从而导致对高毒力肺炎克雷伯菌的感染发生率、耐药性、医院获得性感染发生率、感染机制等均无法进行较全面、准确的了解。由于高毒力肺炎克雷伯菌的高毒力与近年来不断增强的耐药性，迫切需要相关部门对高毒力肺炎克雷伯菌进行综合性的趋势监测。此外，高毒力肺炎克雷伯菌的发病机制、宿主易感性、最佳治疗方式，以及如何进行感染控制等尚不明确，仍需进一步研究。
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