高毒力肺炎克雷伯菌的研究進展

周 薇， 黃文芳

·綜述·

高毒力肺炎克雷伯菌的研究進展

周 薇1， 黃文芳2

肺炎克雷伯菌； 高毒力因子； 流行病學

近年來，肺炎克雷伯菌已成為僅次于大腸埃希菌的第二大條件致病菌，是引起社區和醫院獲得性感染不可忽視的潛在病原體。一般情況下肺炎克雷伯菌不致病，當機體免疫力下降或長期使用抗生素導致菌群失調時可引起感染。但高毒力肺炎克雷伯菌（hypervirulent Klebsiella pneumoniae，hvKP） 區別普通肺炎克雷伯菌（classic Klebsiella pneumoniae，cKP）在于，前者能導致健康的年輕個體致病，引起包括肝膿腫、肺炎、腦脊髓膜炎等嚴重社區獲得性疾病，并能轉移播散感染，一旦hvKP菌株對抗生素產生耐藥，其后果將是災難性的。

目前，國內外有關肺炎克雷伯菌的分離及鑒定、耐藥情況、血清型和毒力基因方面研究報道較多，而對新出現的hvKP的相關研究相對較少。雖然自第1株hvKP在中國臺灣報道，此后陸陸續續也有臺灣地區以及鄰近中國的其他亞洲國家報道該菌，但中國大陸的報道以及相關研究卻不多。在此對hvKP的分離鑒定、耐藥概況、基因型與表型作一個綜述。

1　hvKP流行現狀

自從20多年前我國臺灣學者首次報道了一種可引起多部位膿腫的肺炎克雷伯菌，定義為hvKP之后，整個亞洲地區該菌的報道越來越多[1-2]。僅對一所醫院2008－2012年間在院70例肺炎克雷伯菌感染的患者進行分析研究中，就有31.4 %患者為hvKP感染[3]。從最初的中國臺灣、韓國、越南、日本，到后來的美國南部、美國北部、中東、歐洲、非洲以及澳大利亞都有報道，其中臺灣地區最多。絕大部分報道的病例是在亞洲地區，在歐洲等亞洲以外地區報道的hvKP感染患者也主要是亞裔居民，由此引發了一個疑問：hvKP感染具有地域易感性還是體質易感性。

雖然近年全球各地時有報道hvKP感染病例，但好在并未出現地區性暴發流行，因此也鮮有對不同地區流行特點進行研究的報道。但有學者對非患病的華裔人群的肺炎克雷伯菌腸道攜帶情況進行了調查，發現K1和K2莢膜血清型肺炎克雷伯菌的攜帶率高達23 %，序列分析認為這些K1型的菌株屬于ST23型，而ST23型是hvKP的主要流行型[4]。這在佑安醫院肺炎克雷伯菌感染患者分析研究中也得到印證，70株分離菌株通過MLST分析得到42種ST分型，所占比例最大的是ST23（n14；20.0 %）， 其次是ST15 （n5； 7.1 %）， ST65（n4；5.7 %），以及ST11 （n4；5.7 %）。這4種ST型占了菌株總數的38.6 %（27/70）[3]。

而42種ST分型可以劃分為8種克隆型，其中CC37占了57.1 %，與之前國外報道常見的CC23、CC65克隆型不同。基因型菌株與特定的感染密切相關，如CC23菌株常為K1型，CC65則多為K2型，且二者均與社區獲得性肝膿腫（CAPLA）密切相關[5]。

2　hvKP感染的臨床特征

由于hvKP在平皿上生長的菌落有高黏液性，又稱其為高黏液肺炎克雷伯菌（hypermucoviscous Klebsiella pneumoniae），可認為菌株的高黏液性與其高毒力密切相關。研究發現，hvKP感染常發生在不伴有基礎疾病的亞洲人群中，伴有基礎疾病者以糖尿病占多數。宿主常是全世界各地的年輕個體，沒有明顯種族差異[6]，且hvKP感染的致死率高達3 %～32 %[7]。

最初認為由hvKP引起的感染區別于由cKP引起的感染在于，hvKP引起的感染表現為CAPLA，且所感染的人群并沒有肝膽疾病史，后來陸續報道hvKP導致大量嚴重的肝膽以外的器官或部位膿腫。現在，普遍認可hvKP區別于cKP在于hvKP可以從感染的部位轉移到非感染部位，這在免疫系統完好的宿主革蘭陰性桿菌感染中很少見，也是最不尋常之處[6]。

據之前世界各地的報道顯示，hvKP患者多伴隨有遠處轉移（例如肺、骨頭、關節、腎臟、脾臟、軟組織、皮膚、眼、前列腺和中樞神經系統等），最高比例達到觀察患者人數的80 %。且遠處轉移的患者常伴有災難性的后遺癥，例如失明和中樞神經系統后遺癥。在一次社區獲得性肺炎克雷伯菌感染的調研中，200例來自中國的患者中有42 %（83/200）確認為hvKP感染。83例hvKP感染患者中23 %是菌血癥，21 %是急性肺炎，11 %是泌尿道感染，2 %是特發性細菌性腹膜炎，37 %是社區獲得性細菌肺炎伴隨中樞神經系統、眼或胸膜腔感染[8]。

3　hvKP的感染與鑒定

雖然感染hvKP的機制并不十分明了，但根據有限的hvKP數據資料統計，有理由推斷曾到過亞洲地區，或者與來自亞洲地區的人群接觸是感染hvKP的重要因素。hvKP菌株在腸內克隆是后繼感染的第一步，然后細菌進入到腸道以外的地方或器官以繼續生長是整個感染的第二步，hvKP進入機體的途徑并不明確[9]。盡管如此，可以明確的是hvKP感染通常發生在宿主抵抗力無明顯缺陷的患者中。hvKP進入到宿主體內并不一定能引起感染，細菌還需要面對宿主的抵抗力并在宿主體內存活。而hvKP菌株的存活能力顯然高于cKP菌株。

而有關hvKP的菌株鑒定尚無統一標準。臨床上將肺炎克雷伯菌黏液絲試驗陽性，或者肺炎克雷伯菌感染伴全身轉移的患者，歸因于hvKP，卻沒有一個客觀的實驗室診斷標準。故現在普遍使用對肺炎克雷伯菌臨床分離株進行黏液菌絲試驗作為判斷是否為hvKP的粗略篩選試驗，但是否所有hvKP菌株都具有高黏性特征目前尚不明確，因此，不能僅僅憑高黏性特征或血清型別鑒定hvKP，而應明確菌株的表型和基因型特性是否符合hvKP的特性以鑒定菌株的毒力[10]，其中最常用到K血清型和毒力基因的檢測。

4　hvKP的毒力因素

4.1血清型

既往研究表明，高致病性肺炎克雷伯菌的獨特毒力一部分來自于其莢膜結構，它決定了細菌的黏附、抗血清殺菌、抗吞噬和遠處定植的特性，包括莢膜多糖（K抗原）和脂多糖（O抗原）等。根據莢膜多糖分型，可將肺炎克雷伯菌分為82個莢膜型[11]。

而莢膜分型中，K1、K2和K5莢膜型與人和動物體的嚴重感染疾病有密切關系[7，12]。尤其以K1和K2型毒力最強，近年來流行趨勢日趨嚴重，已成為臨床細菌性肝膿腫的主要病原菌，這種現象最早發現于亞洲，目前已經在世界各地得到證實，其中K1型常繼發遠處轉移。至今已有報道與hvKP相關的8個莢膜型包括K1、K2、K5、K6、K20、K54、K57以及新發現的KN1[13]。因為大部分導致CA-PLA的hvKP菌株莢膜分型都是K1和K2，因此這兩種莢膜最初被認為是感染CA-PLA的關鍵毒力因子[1]。然而也有23 %～33 %的CAPLA感染菌株是非K1/K2型[1，14]，而在小鼠實驗中，莢膜K1和K2型菌株也出現在非感染CA-PLA克隆組，故作者認為感染CA-PLA菌株的毒力強弱與其基因背景有關，而非莢膜分型[10]。

4.2毒力基因

hvKP毒力基因已較明確，其致病機制如下。

黏液表型調節基因A（rmpA），rmpA基因能調控莢膜合成，是調控形成黏液性菌落的胞外多糖合成過程的重要調控因子。研究表明有超過40 %的非膿腫菌株也攜帶rmpA基因[15]，表明rmpA有可能不是獨立發揮作用，而是與其他一些因子共同發揮調控作用，這些因子包括：TerW（亞碲酸鹽抗性因子）、IutA（需氧素-鐵離子復合體受體）、SilS（銀抗性因子）等，這些毒力因子的編碼基因定位在質粒180～220 kb的大分子pLVPK上，而大多數cKP不存在這個質粒，因此毒力質粒的獲得可能是hvKP菌株毒力增強的重要機制[16]。

黏液相關基因A（muconscosity-associated geneA，magA）一開始也被認為是hvKP主要的毒力因子，magA陽性菌株具有形成表多糖黏附網絡（mucoviscousexopolysaccharide web）、抵抗白細胞吞噬作用和抗血清補體系統殺菌作用的特性，更易形成轉移性肝膿腫及腦膜炎等繼發感染。然而，許多具有高黏性特征的菌株中并未檢出magA，而一些攜帶有magA基因的菌株也并未表現出高黏性特征。后來的大量實驗也證明magA基因僅位于K1型hvKP中，編碼一種莢膜合成所必需的酶（wzy_K1）[17]。

Alls因子及鐵離子獲取因子Kfu。數據的對比顯示，耶爾森鼠疫桿菌素在hvKP中表達得更加明顯[14]。這些數據證實了鐵獲得能力在hvKP中廣泛存在，使hvKP較cKP具有更強的鐵離子獲取能力，同時增強了hvKP的毒力。Alls和Kfu僅存在于K1型菌株內，K2和其他血清型菌株并不攜帶這2種毒力因子。因此有觀點認為，K1型菌株在肝膿腫病原菌中所占的優勢有可能是因為其攜帶了這2種毒力因子[18]。

4.3耐藥情況

現今臨床上所面對的挑戰是cKP已經顯示出多重耐藥，甚至廣泛耐藥性。耐藥肺炎克雷伯菌感染已成為抗感染治療的嚴重問題，產超廣譜β內酰胺酶（ESBL）菌株的檢出率為20.7 %～65.2 %，產碳青霉烯酶（KPC）的菌株也在逐年增加[19]。國內一則報道，在收集的70株細菌中，cKP菌株除了對氨芐西林、哌拉西林-他唑巴坦、氯霉素和碳青霉烯類抗生素較敏感，對其他抗菌藥物的耐藥性較強。而全部hvKP菌株對氨芐西林具有耐藥性，一些菌株對除碳青霉烯類抗生素和阿米卡星之外的其他抗菌藥物都耐藥，其中17 %（5/29）對廣譜β內酰胺類抗生素耐藥[3]。現有的研究資料提示，大部分hvKP只是對氨芐西林產生耐藥現象，對常用抗菌藥物仍是敏感的，或許與hvKP感染多為社區獲得性有關。產 ESBL和KPC酶的hvKP報道相對少見，產ESBL的hvKP已有報道[3]，感染了多重耐藥的hvKP患者近期也有報道[20]。目前的研究顯示，hvKP菌株的耐藥情況明顯好于cKP，這種差異的原因并不明確，現有推斷為hvKP菌株不能獲得藥物耐藥質粒，或者一些耐藥基因在變成高毒力菌株時丟失[3]。這種推論尚需進一步的研究以證明。

目前國內外學者更多注重于研究hvKP的耐藥性，仍有許多機制未闡明，例如，是否所有hvKP都具有高黏液性，如若不是，臨床中hvKP如何完善檢測；hvKP常發生在亞裔群體及糖尿病患者中原因何在，hvKP感染具有地域易感性還是體質易感性等問題都亟待解決。因此更多地明確hvKP致病機制有利于更好治療方案的制訂。

[1] YEH KM， KURUP A，SIU LK， et al. Capsular serotype K1 or K2， rather than magA and rmpA， is a major virulence determinant for Klebsiella pneumoniae liver abscess in Singapore and Taiwan[J]. J Clin Microbiol，2007，45（2）： 466-471.

[2] CHUNG DR，LEESS，LEE HR， et al. Emerging invasive liver abscess caused by K1 serotype Klebsiella pneumoniae in Korea[J]. J Infect ，2007，54（6）： 578-583.

[3] LI W，SUN G， YU Y，et a1. Increasing occurrence of antimicrobial-resistant hypervirulent （hypermucoviscous）Klebsiella pneumoniae isolates in China[J]. Clin Infect Dis，2014，58（2）： 225-232.

[4] SIU LK，FUNG CP，CHANG FY，et a1. Molecular typing and virulence analysis of serotype K1 Klebsiella pneumoniae strains isolated from liver abscess patients and stool samples from noninfectious subjects in Hong Kong， Singapore， and Taiwan[J]. J Clin Microbiol，2011，49（11）： 3761-3765.

[5] 楊繼勇，羅艷平.高毒力肺炎克雷伯菌表型與基因型特征研究進展[J].中華臨床感染病雜志，2014，7（2）：179-181.

[6] LIU YM， LI BB， ZHANG YY，et al. Clinical and molecular characteristics of emerging hypervirulent Klebsiella pneumoniae bloodstream infections in mainland China[J]. Antimicrob Agents Chemother，2014，58（9）： 5379-5385.

[7] KEYNAN Y， RUBINSTEIN E. The changing face of Klebsiella pneumoniae infections in the community[J]. J Int Antimicrob Agents ，2007，30（5）： 385-389.

[8] LEE HC，CHUANG YC，YU WL， et al. Clinical implications of hypermucoviscosity phenotype in Klebsiella pneumoniae isolates： association with invasive syndrome in patients with community-acquired bacteraemia[J]. J Intern Med，2006，259（6）： 606-614.

[9] LIN JC，YEH KM， CHANG FY. The distant metastasis of pyogenic liver abscess caused by Klebsiella pneumoniae serotype K2 and the underlying disease of diabetes mellitus should be carefully interpreted[J]. J Clin Infect Dis ，2007，45（11）：1531-1532.

[10] BRISSE S，FEVRE C，PASSET V，et a1. Virulent clones of Klebsiella pneumoniae： identifi cation and evolutionary scenariobased on genomic and phenotypic characterization[J]. PLoS One，2009，4（3）： e4982.

[11] KU YH，CHUANG YC，YU W. Clinical spectrum and molecular characteristics of Klebsiella pneumoniae causing community-acquired extrahepatic abscess[J]. J Microbiol Immunol Infect ，2008，41（4）： 311-317.

[12] PATEL G，SHAH N，SHARMA R. Pyogenic liver abscess，bacteremia， and meningitis with hypermucoviscous Klebsiella pneumoniae： an unusual case report in a human t-cell lymphotropic virus positive patient of Caribbean Origin in the United States[J]. Case Rep Infect Dis， 2013： 676340.

[13] CHENG NC，YU YC，TAI HC，et al. Recent trend of necrotizing fasciitis in Taiwan： focus on monomicrobial Klebsiella pneumoniae necrotizing fasciitis[J]. Clin Infect Dis ，2012，55（7）： 930-939.

[14] HSIEH PF， LIN TL， LEE CZ， et al. Serum-induced ironacquisition systems and TonB contribute to virulence in Klebsiella pneumoniae causing primary pyogenic liver abscess[J]. J Infect Dis，2008，197（12）： 1717-1727.

[15] TANG HL，CHIANG MK，LIOU WJ， et al. Correlation between Klebsiella pneumoniae carrying pLVPK-derived loci and abscess formation[J]. J Eur Clin Microbiol Infect Dis ， 2010，29（6）： 689-698.

[16] WON SY， MUNOZ-PRICE LS， LOLANS K， et al. Emergence and rapid regional spread of Klebsiella pneumoniae carbapenemase-producing Enterobacteriaceae[J]. Clin Infect Dis，2011，53（6）： 532-540.

[17] YEH KM，LIN JC，YIN FY，et a1. Revisiting the importance of virulence determinant magA and its surrounding genes in Klebsiella pneumoniae causing pyogenic liver abscesses： exact role in serotype K1 capsule formation[J]. J Infect Dis ，2010，201（8）： 1259-1267.

[18] YU WL，KO WC，CHENG KC， et al. Comparison of prevalence of virulence factors for Klebsiella pneumoniae liver abscesses between isolates with capsular K1/K2 and non-K1/K2 serotypes[J]. J Diagn Microbiol Infect Dis，2008，62（1）： 1-6.

[19] 卓超，蘇丹虹，倪語星，等. 2010年CHINET克雷伯菌屬細菌耐藥性監測[J].中國感染與化療雜志，2012，12（3）：174-179.

[20] RUSSO TA， SHON AS， BEANAN JM， et al. Hypervirulent K. pneumoniae secretes more and more active iron-acquisition molecules than "classical" K. pneumoniae thereby enhancing its virulence[J]. PLoS One，2011，6（10）： e26734.

Research update on hypervirulent Klebsiella pneumoniae

ZHOU Wei, HUANG Wenfang. （Department of Laboratory Medicine, Suining Central Hospital, Suining Sichuan 629000, China）

R378.996

A

1009-7708 ( 2016 ) 06-0800-04

10.16718/j.1009-7708.2016.06.024

1. 遂寧市中心醫院檢驗科，四川遂寧 629000；

2. 四川省人民醫院檢驗科。

周薇（1990—），女，碩士研究生，主要從事臨床檢驗診斷學研究。

黃文芳，E-mail：huangwf2002@qq.com。

2015-11-11

2015-12-17