鮑曼不動桿菌耐藥與生物膜形成關系的研究進展

黃冬梅 李福祥

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·綜述·

鮑曼不動桿菌耐藥與生物膜形成關系的研究進展

黃冬梅1李福祥2

鮑曼不動桿菌； 生物膜； 耐藥機制

鮑曼不動桿菌(Acinetobacterbaumannii, AB)為革蘭染色陰性非發酵菌，被全球醫療機構視為最難控制的細菌之一。鮑曼不動桿菌常在危重患者中引發肺炎(尤其是呼吸機相關性肺炎)、尿道感染、血液感染、皮膚感染等。據統計，約10%的院內感染由鮑曼不動桿菌所致[1-2]。然而，由于鮑曼不動桿菌的廣泛耐藥，其所致的感染很難得到有效控制。鮑曼不動桿菌極易獲得抗性決定簇的能力，使它成為當前抗生素時代最具威脅的病原菌之一，其中，生物膜的形成是鮑曼不動桿菌的重要耐藥機制之一[3]。鮑曼不動桿菌形成生物膜的能力可以解釋其特殊的抗生素耐藥性及長期在醫療環境生存的原因[4-5]。現就鮑曼不動桿菌生物膜形成及其耐藥性機制作一綜述。

一、鮑曼不動桿菌生物膜形成能力

鮑曼不動桿菌常存在于潮濕環境中，但在干燥的條件下，其也能在非生物表面生存很長一段時間[6-7]。其黏附力極強，可以在很多用于制造醫療器械的玻璃、塑料(聚丙乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯)以及不銹鋼等表面黏附并形成生物膜[8]。鮑曼不動桿菌已成為最常見的與醫療設備相關的醫院感染菌，而生物膜是其重要的毒力因子和致病因素[9-10]。Rodrigue等[5]指出生物膜的形成是鮑曼不動桿菌的共同特點，尤其是分離自導管相關的尿路感染、人工氣道相關性肺部感染、血流感染及繼發性腦膜炎等。陳鐵柱等[11]研究發現，鮑曼不動桿菌在體外培養12 h后就可以形成生物膜，約48 h形成成熟生物膜。Badave等[12]通過微孔板法對分離的75株鮑曼不動桿菌進行檢測，有62.5%的菌株形成生物膜，研究結果同Rodriguez[5]、Rao等[13]的63%和62%的生物膜形成率相近。近年來，隨著對鮑曼不動桿菌研究的深入，亦發現鮑曼不動桿菌有較強的生物膜形成能力。黃妙毅等[14]對臨床分離的160株鮑曼不動桿菌進行生物膜形成能力測定，發現93.13%的鮑曼不動桿菌菌株能形成生物膜，有較強的生物膜形成能力。王政等[15]發現絕大多數臨床分離鮑曼不動桿菌均具有較強的生物膜形成能力，且與耐藥性相關。

二、鮑曼不動桿菌生物膜形成過程

鮑曼不動桿菌生物膜的形成是一個動態演變過程。Feng等[16]將帶有微流控通道的自動流細胞系統連接到一個成像系統，完整地監測到10株臨床分離鮑曼不動桿菌的生物膜形成過程。整個過程包括四個階段，主要為細菌黏附階段、微菌落的形成、成熟期、播散期：①黏附階段：黏附是鮑曼不動桿菌形成生物膜的首要條件。當浮游菌接觸固體表面時克服細胞與表面的排斥力，可逆的黏附在物體表面。研究證實鮑曼不動桿菌的黏附力極強，一旦接觸玻璃表面，大部分能夠不可逆的附著，且不易被外力清除；②微菌落的形成：在浮游狀態和生物膜形成過程中，鮑曼不動桿菌是一快速生長的細胞。當細菌細胞黏附后，迅速的開始復制子細胞，復制的細胞持續附著在固體表面，并且不斷復制和擴大；另細菌分泌大量的胞外聚合物將細菌黏結，最終導致微菌落的形成；③成熟期：隨著微菌落的擴大，生物膜逐漸增厚，并形成具有基座狀結構、水通道、氣孔等的復雜結構，可運送營養成分、酶、代謝產物和排出廢物等。此種條件下，生物膜內細菌同浮游菌相比，其生理、代謝及生長模式均發生了顯著差異；④播散期：成熟的生物膜可以釋放細菌到周圍環境中，返回到浮游狀態。通過感知細胞間信號分子如革蘭陰性菌的乙酰絲氨酸(acyl-homoserine lactones, AHL)和革蘭陽性菌的特殊肽鏈，細胞密度相關基因的表達水平可以控制生物膜的發展及細胞的釋放。

三、鮑曼不動桿菌生物膜的致病耐藥機制

生物膜的形成，有助于鮑曼不動桿菌在不利的生長條件和抗菌劑治療情況下生存[2]。細菌一旦形成生物膜，其對抗菌藥物的敏感性大大降低，細菌將很難被殺滅。目前研究的生物膜耐藥機制主要有以下幾方面：①生物膜的滲透屏障作用：抗生素要滅活包裹的細菌細胞，必須穿過生物膜，而胞外多糖作為限制抗生素進入菌體的天然屏障，能夠有效阻止抗生素的進入，降低膜內抗生素的濃度，從而導致耐藥的發生。另有研究認為，胞外多糖通過延緩抗生素穿透生物膜的時間，從而產生耐藥，且對不同細菌其影響程度不同；②膜內部環境改變：由于生物膜內氧氣及營養的缺乏，膜內細胞比浮游細胞生長緩慢，導致其對抗生素的反應減慢，這與抗藥性密切相關。Tresse等[17]發現大腸桿菌細胞隨著氧氣的減少，其對氨基糖苷類的耐藥性越高，這可能是由于缺氧情況下細胞對抗生素吸收減少所致。另外有研究指出，酸性代謝產物增多致PH下降，可直接影響抗生素的滲透性，導致耐藥性增高；③生物膜相關基因的表達：研究指出，CsuA/BABCDE介導的菌毛裝配系統、ompA、blaPER-1、abaI在菌毛的形成、黏附非生物表面以及隨后的生物膜形成中起重要作用。Wei等[18]研究發現分離的鮑曼不動桿菌能形成生物膜的菌株均含有菌毛裝配系統的全部6個基因，而其他不能形成生物膜的菌株其菌毛合成系統中均有一個或數個基因缺失，表明鮑曼不動桿菌生物膜形成與菌毛合成系統的全部6個基因的存在有密切關系。近年來新發現ST25、ST78基因在生物膜黏附及形成中也有表達；④細菌群感效應(quorum sensing, Qs)：細菌之間始終保持彼此監測及聯系，通過分泌自身誘導物、激素作為信號分子，感應細胞密度和條件變化，為適應環境改變進行一系列的調節，這一過程被稱為細菌群感效應。自身誘導物的作用是結合轉錄調控蛋白，激活或調控機體內基因的表達。大多數革蘭陰性菌通過群感效應調控毒力因子的表達。Niu等[19]研究證實，鮑曼不動桿菌產生乙酰絲氨酸(acyl-homoserine lactones, AHL)作為感應信號分子，影響其生物膜的形成。

四、鮑曼不動桿菌生物膜形成與耐藥性關系

統計分析表明，多重耐藥與鮑曼不動桿菌生物膜形成之間有重要的相關性。在新近的一項研究中，Gopal等[20]通過結晶紫染色對生物膜進行定量測定，發現所有的19株多藥耐藥鮑曼不動桿菌同陰性對照菌有顯著差異。其多數能夠形成生物膜，表明生物膜與耐藥性之間有重要關系，這與Rao[13]、Azizi[21]等的研究結論相似。Badave等[12]研究發現，形成生物膜的菌株對氨芐西林-舒巴坦、阿米卡星、環丙沙星、頭孢他啶表現出較高的耐藥性，而對亞胺培南及哌拉西林的耐藥性較低。Nahar等[22]報道，形成生物膜的不動桿菌對阿莫西林、頭孢曲松、頭孢他啶、頭孢呋辛及氨曲南幾乎100%耐藥；另外，在形成生物膜的不動桿菌，特別是分離自ICU病人的菌株中，對慶大霉素、阿米卡星、奈替米星、環丙沙星及亞胺培南的耐藥性更高。相反，一項調查多重耐藥的鮑曼不動桿菌(環丙沙星-亞胺培南-甲氧芐啶/磺胺甲惡唑)對各種致病因素的研究指出，24.6%的分離菌株形成生物膜，因此認為生物膜形成與多重耐藥有協同關系。然而Espinal等[23]提出了不一樣的結論，認為耐藥性與生物膜形成能力呈負相關。

國內的研究情況也類似，多項研究均表示鮑曼不動桿菌發生多重耐藥與生物膜的形成有密切關系。金曉謙[24]對從呼吸內科分離的242株鮑曼不動桿菌進行生物膜能力測定以及耐藥性的比較，發現生物膜陽性菌株的耐藥性明顯高于生物膜陰性菌株。然而，劉原等[25]發現，不同的抗生素，其耐藥率與生物膜形成能力之間的關系不同，耐藥率普遍偏高的藥物(頭孢呋辛)及普遍偏低的藥物(如亞胺培南)，耐藥性與生物膜形成能力之間無相關性，對另外9種抗生素(左氧氟沙星、頭孢哌酮-舒巴坦、頭孢吡肟等)，生物膜形成陽性株的耐藥率低于陰性菌株。最近的一項關于鮑曼不動桿菌生物膜形成與耐藥關系的研究也提出了相似的觀點。

導致此種差異的原因可能是由于某些抗生素具有穿透生物膜及限制細菌生長的能力。一項關于抗生素穿透生物膜的研究證實，哌拉西林和亞胺培南相較氨基糖苷類及喹諾酮類藥物有更強的生物膜穿透能力；另有觀點認為，鮑曼不動桿菌形成生物膜的能力可能與抗生素的選擇使用壓力有關，臨床使用頻次較多的抗生素耐藥率較高。也有學者認為，生物膜的天然屏障作用阻止了抗生素的進入，膜內細菌面臨的選擇壓力小，導致其耐藥性較浮游菌低，反之亦然。鮑曼不動桿菌耐藥機制復雜，其有可能在生物膜內獲得多種藥物的抗藥性，導致耐藥率增高，但具體機制還有待進一步研究。

鮑曼不動桿菌較強的定植能力結合其多藥耐藥性，有助于菌體在醫院環境中的生存和進一步傳播。因此，形成生物膜的鮑曼不動桿菌不僅可以抵御抗生素的治療，也可以對抗外在壓力，如缺水、營養成分缺乏等情況。鮑曼不動桿菌感染日趨嚴重，而生物膜作為鮑曼不動桿菌耐藥的主要因素，如何防止生物膜的形成、及時清除已形成的生物膜，成為防治鮑曼不動桿菌感染的重要手段。為了更好的控制鮑曼不動桿菌引起的各部位感染，深入研究生物膜形成、耐藥機制及相關調控基因表達，也許將成為未來研究鮑曼不動桿菌耐藥機制的熱點。

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(本文編輯：黃紅稷)

黃冬梅，李福祥. 鮑曼不動桿菌耐藥與生物膜形成關系的研究進展[J/CD]. 中華肺部疾病雜志(電子版)， 2017， 10(2)： 223-225.

10.3877/cma.j.issn.1674-6902.2017.02.029

646000 瀘州，西南醫科大學1610083 成都，成都軍區總醫院重癥醫學科2

李福祥， Email: lfx98@163.com

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