浅析嗜麦芽窄食单胞菌耐药机制范文

摘要：嗜麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia，SMA)广泛存在于土壤、水、植物、动物和食物等自然界中，在医院环境中也普遍存在，近年来临床分离率不断增加，是引起医院内感染的主要机会性致病菌之一。它对多种抗生素耐药，主要机制与抗生素灭活酶、存在多药外排泵、smqnr基因以及整合子、生物膜形成等相关，导致其感染的治疗十分困难，本文就嗜麦芽窄食单胞菌耐药机制的研究进展作一综述。

关键词：嗜麦芽窄食单胞菌；细菌耐药；耐药机制

嗜麦芽窄食单胞菌由Edwards于1943年首次从胸腔积液中分离出来，并将其命名为布鲁克杆菌(Bacteriumbookeri)，Hugh和Ryschenkow在1961年将该菌重新命名为嗜麦芽假单胞菌(Pseudomonasmaltophilia)，1983年Swings等人将其更名为嗜麦芽黄单胞菌(Xanthomonasmaltophilia)，1993年由Paltenoni和Bradbury改为现名，即嗜麦芽窄食单胞菌(Stenotrophomonasmaltophilia，SMA)[1]。嗜麦芽窄食单胞菌对多种抗菌药物耐药，其机制主要与抗生素灭活酶、存在多药外排泵、smqnr基因以及整合子、生物膜形成等相关。

1嗜麦芽窄食单胞菌的流行现状

嗜麦芽窄食单胞菌为革兰阴性非发酵杆菌，专性需氧，过氧化氢酶阳性，赖氨酸脱羧酶阳性，氧化酶阴性，可氧化葡萄糖和麦芽糖，有极性鞭毛，动力阳性，在麦康凯琼脂上呈黄色菌落[2]。SMA是一种毒力低下的条件性致病菌，众所周知与其感染相关的危险因素包括：恶性肿瘤(尤其是血液系统恶性肿瘤)、器官移植、HIV(humanimmunodeficiencyvirus)感染、囊性纤维化、长期住院、入住ICU(IntensiveCareUnit)、机械通气、留置动静脉导管及导尿管、皮质类固醇或免疫抑制剂治疗以及暴露于广谱抗生素[1]，可引起各种医院内感染，特别是在免疫低下的患者中，包括呼吸道感染、败血症以及较少见的皮肤软组织感染、骨关节感染、胆道感染、尿路感染、眼内炎、心内膜炎和脑膜炎[3]，给临 床治疗带来很大困难。Falagas等[4]发现嗜麦芽窄食单胞菌感染的归因死亡率高达38%，在恶性肿瘤患者中死亡率可高达50%以上。普通人群中嗜麦芽窄食单胞菌感染的流行率从1997—2003年间的0.8%~1.4%上升到2007—2012年间的1.3%~1.68%。ICU病房嗜麦芽窄食单胞菌的流行率为1.4%~3.0%[3]。如表1所示，根据SENTRY研究[5]和CANWARD监测研究[6]，在全球范围内嗜麦芽窄食单胞菌在革兰阴性杆菌中的分离率为2.29％~2.7%。Wei等[7]报道了中国西北大学医院2010年—2012年间嗜麦芽窄食单胞菌的临床分离菌株占革兰阴性非发酵菌的10.1%。钱明等[8]所在医院2010年1月—2011年10月ICU住院患者嗜麦芽窄食单胞菌的分离率占所有病原菌的21.3%，居于革兰阴性菌首位。

2嗜麦芽窄食单胞菌耐药趋势

由于嗜麦芽窄食单胞菌对大多数抗生素包括β-内酰胺类、头孢菌素、大环内酯类、氨基糖苷类和碳青霉烯类广泛耐药，目前临床上推荐的首选药物为磺胺甲噁唑/甲氧苄啶，备选药物为替卡西林/克拉维酸、头孢他啶、氟喹诺酮类(环丙沙星、左氧氟沙星、莫西沙星)、四环素类(米诺环素、多西环素)和氯霉素、替加环素、多黏菌素。如表2所示，世界各地报道的嗜麦芽窄食单胞菌对磺胺甲噁唑/甲氧苄啶的耐药率各有不同，墨西哥25%(2007年—2015年收集的菌株)[9]，韩国11%(2009年—2014年收集的菌株)[10]，印度22.6%(2013年—2014年收集的菌株)[11]，中国河南省34.8%(2010年—2013年收集的菌株)[12]，中国广东省28.6%(2008年—2011年收集的菌株)[13]，中国江苏省10%(2015年收集的菌株)[14]。一项研究报道了2005年—2014年10年间我国嗜麦芽窄食单胞菌的药敏分析，SMA对磺胺甲噁唑/甲氧苄啶的耐药率逐年上升，从2005年的19.2%上升到2012年的53.1%和2014年的的46.9%[15]。我们分析了几篇近几年关于嗜麦芽窄食单胞菌药敏分析的报道[9,15-21]：SMA对亚胺培南几乎100%耐药，对头孢他啶的耐药率报道不一，波动于19.2%~72%，左氧氟沙星的耐药率大多在20%以下，但在韩国的一项研究[20]中高达30.5%，该研究还表明118株临床分离的嗜麦芽窄食单胞菌中有11.9%对替加环素耐药。

3嗜麦芽窄食单胞菌的耐药机制

3.1抗生素灭活酶嗜麦芽窄食单胞菌有两种染色体介导的诱导型β-内酰胺酶，即L1和L2。L1是分子B类Zn2+依赖型金属-β-内酰胺酶，主要水解碳青霉烯类抗生素，L2是分子A类丝氨酸活性位点头孢菌素酶，能水解青霉素类和头孢菌素类抗生素。两种酶的表达同时受ampR(位于L2基因上游的LysR型调节子)调节[22]。嗜麦芽窄食单胞菌中L1/L2的诱导与通过ampG-ampD-nagZ-ampR调节回路的阴沟肠杆菌和铜绿假单胞菌的诱导类似，但有几点略微不同，首先SMA需要一个完整的ampN-ampG通透酶系统来诱导L1/L2表达，其次，尽管在嗜麦芽窄食单胞菌基因组中已经鉴定了ampDⅠ和ampDⅡ两种ampD同系物的存在，但仅编码细胞质N-乙酰胞壁酰-L-丙氨酸酰胺酶的ampDⅠ可引起L1/L2β-内酰胺酶的高表达，最后已经证实编码PBP1a(penicillin-bindingproteins1a)的mrcA失活，导致以NagZ非依赖性方式增加基础L1/L2的表达，一项最新的实验证明编码PBP2(penicillin-bindingproteins2)的mrdA的失活以NagZ依赖性的方式上调L1/L2表达[23]。同时嗜麦芽窄食单胞菌也编码两种经典的氨基糖苷类修饰酶，即AAC(6′)-Iz(一种氨基糖苷类乙酰转移酶)、APH(3′)-IIc(一种氨基糖苷类磷酸转移酶)，参与除庆大霉素外的氨基糖苷类抗生素的耐药[22]。新近报道了一种氨基糖苷类乙酰转移酶，AAC(6′)-Iak，也参与了氨基糖苷类抗生素耐药，AAC(6′)-Iak由153个氨基酸组成，与AAC(6′)-Iz有86.3%的同源性[24]。在嗜麦芽窄食单胞菌中还存在其他抗生素灭活酶，如2'N-乙酰转移酶、链霉素3''磷酸转移酶/激酶、壮观霉素磷酸转移酶和氯霉素乙酰转移酶等，但仍需要更多的研究来明确其具体功能[22]。

3.2存在多药外排泵嗜麦芽窄食单胞菌对多种抗生素耐药与活性外排泵的存在相关。已经证明在嗜麦芽窄食单胞菌中存在三大多药耐药外排泵系统：耐药结节化分化家族RND、ATP结合盒超家族ABC、主要易化超家族MFS[3]。与其它革兰阴性菌一样，RND、MFS、ABC泵可形成三联系统，直接将抗菌药物从细胞质外排至细胞外环境。三联泵由内膜蛋白(IMP)、外膜蛋白(OMP)以及连接IMP和OMP的膜结合蛋白(MFP)组成，编码上述三种蛋白的基因位于同一操纵子中[22]。大多数外排泵表面静止或表达水平低，它们的过度表达与某些抗生素的固有耐药相关，获得性耐药可能是由于这些外排泵的调控基因发生了突变[25]。嗜麦芽窄食单胞菌基因组的测序揭示了8种耐药结节化分化家族(RND)外排系统，即smeABC、smeDEF、smeGH、smeIJK、smeMN、smeOP、smeVWX、smeYZ，其中6种外排泵在SMA耐药方面的作用已被证实[26]。SmeABC参与SMA对β-内酰胺类、氨基糖苷类和喹诺酮类的获得性耐药，与固有耐药无关。SmeDEF参与了对氯霉素、四环素和喹诺酮类的固有和获得性耐药，其表达受smeT负调控。Zhao等[27]的研究证明SmeDEF的过表达是北京地区嗜麦芽窄食单胞菌临床分离株对替加环素耐药的主要机制。SmeVWX泵本质上是静止的，不参与SMA对抗生素的固有耐药，其过表达受转录调节因子smeRv正调控，由此获得对氯霉素、四环素和喹诺酮类的耐药。smeIJK和smeYZ基因在固有和获得性耐药中起作用，SmeIJK泵可外排氨基糖苷类、四环素和环丙沙星，SmeZ泵可外排氨基糖苷类，两者同时过表达可降低SMA对左氧氟沙星的敏感性。据报道，除外排抗生素外，SmeIJK泵在维持细胞膜完整性方面也发挥了作用，最近的一项研究进一步阐明了SmeYZ泵的生理意义，并展示了它与毒力相关的功能，包括动力性、鞭毛形成、氧化应激敏感性、生物膜形成和蛋白酶分泌[28]。SmeOP-TolCSm外排泵的活性与萘啶酸、多西环素、氨基糖苷类(阿米卡星和庆大霉素)和大环内酯类(红霉素和白霉素)的耐药相关[29]。SmrA是嗜麦芽窄食单胞菌鉴定的第一种ABC型外排泵，已被证明可以对氟喹诺酮类、四环素类和阿霉素产生耐药性[25]。MacABCsm外排泵对氨基糖苷类，大环内酯类和多黏菌素固有耐药，并在调节氧化、包膜应激耐受性和生物膜形成方面发挥重要作用，因此MacABCsm外排泵的原始功能可能参与了代谢或适应环境变化[30]。在嗜麦芽窄食单胞菌中发现了一种新型的三联镰孢酸外排泵，即FuaABC，被归类为ABC型家族的亚家族成员，由镰菌酸诱导并在过表达时与镰孢菌酸的耐药相关[31]。MFS型外排泵EmrCABsm参与疏水性化合物的外排，包括抗生素萘啶酸和红霉素[32]。一种新型MFS外排泵(MfsA)和14个跨膜结构域介导对抗生素如氨基糖苷类(卡那霉素、链霉素和新霉素)、头孢菌素类(头孢唑啉、头孢氨苄)、氟喹诺酮类(环丙沙星、诺氟沙星、左氧氟沙星和氧氟沙星)、大环内酯类红霉素、利福平、四环素和氯霉素的耐药[33]。

3.3喹诺酮类耐药机制大多数细菌对喹诺酮类的耐药是由于编码拓扑异构酶(包括gyrA、gyrB、parC和parE)的基因突变造成的。不同的报道显示嗜麦芽窄食单胞菌临床分离的喹诺酮耐药株和体外选择的喹诺酮耐药突变株存在上述基因的突变，但这些突变与SMA的喹诺酮耐药没有直接关系[25]。编码介导嗜麦芽窄食单胞菌对喹诺酮类耐药的基因如下：smeDEF、smeIJK、smeABC、smeVWX和smqnr基因。嗜麦芽窄食单胞菌获得性喹诺酮耐药最常见的原因是多药外排泵过量表达，其中SmeDEF外排泵起着最重要的作用[34]。此外，smeVWX在嗜麦芽窄食单胞菌临床分离菌中过表达与喹诺酮重度耐药有关[35]。smqnr属于qnr家族，形成具有类似于双链DNA结构的二聚体，保护促旋酶和拓扑异构酶IV免于喹诺酮类药物的作用，有助于SMA固有的低水平喹诺酮耐药[3]。Bernardini等[36]使用转座子诱变方法证明RNA酶G调节热休克应答基因的表达，从而影响嗜麦芽窄食单胞菌对喹诺酮类药物的易感性，说明嗜麦芽窄食单胞菌可通过额外的分子机制获得对喹诺酮类药物的耐药，但仍需进一步研究。

3.4磺胺甲噁唑/甲氧苄啶耐药机制已知由1类整合子携带的sul1基因和与插入序列共同区元件(ISCR)连接的sul2基因负责嗜麦芽窄食单胞菌对SMX/TMP的耐药[37]。据报道位于1类整合子中编码二氢叶酸还原酶的dfrA基因与SMX/TMP高度耐药相关[38]。此外，外排泵SmeDEF，TolCsm和SmeYZ与SMX/TMP耐药有关[28,39-40]。

3.5脂多糖和双组份调控系统与其它革兰阴性菌一样，嗜麦芽窄食单胞菌细胞外膜通透性低，已知脂多糖(LPS)是外膜的重要结构成分，与外膜的屏障功能密切相关[22]。spgM基因编码一种磷酸葡萄糖变位酶，与嗜麦芽窄食单胞菌中脂多糖的生物合成相关，与存在SpgM基因的菌株相比，缺少spgM基因的突变体合成较少的脂多糖，同时有较短的O多糖链，表现出对多黏菌素B、萘啶酸和庆大霉素的敏感性略有增加，但对万古霉素的耐药性增加[25]。双组分调控系统PhoPQ参与许多革兰阴性细菌(包括嗜麦芽窄食单胞菌)对阳离子抗微生物多肽(即多黏菌素B)的耐药。嗜麦芽窄食单胞菌PhoP的突变增加了对多黏菌素B、氯霉素、氨苄西林、庆大霉素、卡那霉素、链霉素和大观霉素的敏感性。此外，phoP突变体中外膜通透性的增加和SmeZ外排转运蛋白的下调导致嗜麦芽窄食单胞菌的药物敏感性增加，特别是对于氨基糖苷类药物[41]。

3.6生物膜生物膜是黏液细菌聚集体，是一种由胞外多糖基质、DNA和蛋白质组成的复杂结构。嗜麦芽窄食单胞菌的大多数临床菌株可在各种非生物抗生素表面上形成生物膜，包括聚四氟乙烯、塑料、玻璃、宿主组织和留置血管内装置。影响嗜麦芽窄食单胞菌生物膜形成的环境因素包括磷酸盐、pH值、温度、金属离子和抗生素。先前报道SMA生物膜形成与头孢他啶、头孢吡肟、替卡西林/克拉维酸、哌拉西林/三唑巴坦、氨曲南和庆大霉素的耐药有关，但与环丙沙星，左氧氟沙星，磺胺噁唑/甲氧苄啶或美罗培南耐药无关[42]。迄今为止，只有少数与嗜麦芽窄食单胞菌生物膜形成相关的基因或生化级联反应被报道，其包括多糖合成基因rmlA、rmlC和xanB，扩散信号因子(DSF)介导的细胞间通讯，小RNA调节剂Hfq和ABC型外排泵MacABC。细菌鞭毛在生物膜形成中发挥重要作用，最近的研究发现一种调节因子FsnR通过直接结合其启动子来激活至少两个鞭毛相关操纵子的转录从而影响生物膜的形成，同时在该研究中还发现了四个与嗜麦芽窄食单胞菌生物膜形成有关的其它调控基因(Sm1t2270、Sm1t0158、Sm1t2297和Sm1t2324)，但它们的具体调控机制仍需进一步研究[43]。在嗜麦芽窄食单胞菌中，一种双组份调控剂BsmR通过降解c-di-GMP负调节生物膜发育，当BsmR逐渐释放时，细菌细胞会使用它们的鞭毛游走并且不太可能形成群体或生物膜[44]。

4结语

嗜麦芽窄食单胞菌是一种常见的院内机会性致病菌，随着广谱抗生素和免疫抑制剂的广泛应用以及侵入性操作的不断增多，该菌的分离率逐年上升，位于临床分离非发酵菌第3位，其感染常发生在免疫力低下、病情危重的患者中。由于嗜麦芽窄食单胞菌对多种抗生素固有耐药，同时可通过水平基因转移及突变等获得性耐药，了解其耐药机制，合理使用抗菌药物，根据实际药敏结果选择抗生素，有助于延缓和减少耐药嗜麦芽窄食单胞菌的产生。在预防措施上，临床应加强院感监控、严格无菌操作、强化手卫生、隔离消毒以减少嗜麦芽窄食单胞菌的传播风险。

作者：桂铭芹 朱卫民 单位：重庆医科大学附属第一医院感染科