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艰难梭菌耐药性及耐药机制研究进展

 模范藏书 2018-07-18

  

艰难梭菌(Clostrzdium. dzjficile.CD)是一种革兰阳性厌氧芽孢杆菌,是导致抗生素相关性腹泻(antibiotic associated diarrhea,AAD)和医院感染性腹泻的最主要病原菌。艰难梭菌感染(Clostridiumdifficzle infection.CDI)通常是由于抗生素破坏肠道正常菌群,从而造成以CD增殖为主的菌群失调。近年来,CDI已成为全球性的公共健康威胁。美国疾控中心(CDC) 2015年统计数据显示比。,每年CDI例数约为45.3万人,导致死亡约2.9万人。自2002年,随着世界范围内CDI发病率的升高,CD对各类抗生素的耐药性也出现了改变。


1  耐药性


目前认为,CDI发病率升高的最重要影响因素就是抗生素的滥用。CD对常用治疗肠道感染的药物包括克林霉素、氟喹诺酮类、红霉素、四环素、头孢菌素都有不同程度的耐药性。这些抗生素的使用,正是引起CDI的风险因素。这可能是由于抗生素的选择压力,筛选出了耐药的CD优势繁殖。

    

Spigaglia等综述了2012 - 2015年间世界范围内的30篇关于艰难梭菌耐药的报道,计算出克林霉素的平均耐药率为55%,耐药率范围8.3%~100%。我国的耐药情况缺乏大规模的流行病学调查数据,但201 6年的荟萃分析研究显示,克霉

素耐药率为81.7%‘61;不同地区耐药率在62.5% -93.1%之间,其中北京地区的耐药率最高,浙江最低。浙江地区菌株对克林霉素耐药水平(62.5%)与日本相当(59%)。


对于喹诺酮类药物,CD对环丙沙星的耐药率最高,左氧氟沙星次之,莫西沙星最低。国内外研究均显示,CD对环丙沙星呈现高度耐药,耐药率为99%,不同研究耐药率在81%~100%。对于新一代喹诺酮类药物,包括左氧氟沙星、莫西沙星,其耐药率在不同地域差异较大,这与地区流行的不同型别有密不可分的关系。我国菌株对左氧氟沙星耐药率为47.4%- 90.7%;莫西沙星耐药率为25.3% -61.8%。


CD对于红霉素的耐药率在不同地区差异也较大,不同地区报道的耐药率为13%~lOO%。北京地区菌株对红霉素的耐药率为69.5%,接近浙江的64.7%,略低于上海(71.4%~85.3%)。北京对四环素的耐药率为42.5%,上海的为35.7%- 62.7%,浙江为36.3%。在头孢菌素药物中,CD对第二代头袍菌素(头孢替坦和头孢西丁)的耐药性非常普遍。对第三代头孢菌素(头孢曲松和头孢噻肟,38%)也有一定比例的耐药。欧洲监测数据显示,CD对利福平耐药率超过56%,其中意大利耐药率最高为62.4%。我国菌株对利福平耐药率较低,但值得注意的是,利福平耐药株中主要集中在R017型和R046型,且多为高水平耐药‘。

    

值得注意的是,不同序列型(ST型)或核糖体分型(Ribotype型)的CD对红霉素、克林霉素、喹诺酮类、利福平的耐药率差异很大。其中R017型和PU09型耐药率最高,这两种型别也是目前我国流行的主要型别,这可能与我国抗生素的使用相关。


常规治疗初发和复发的CDI需要使用能够杀灭CD的抗生素,主要包括甲硝唑,万古霉素、非达霉素等。美国感染疾病协会( AIDS)、欧洲临床微生物感染协会( ESCMID)以及中国医师协会都推荐对于轻度和中度CDI,首选甲硝唑治疗;重度CDI首选万古霉素治疗。虽然甲硝唑和万古霉素仍然是治疗CDI的一线用药,但过去十年,甲硝唑治疗失败的CDI病例数量显著增加。世界各地区都有关于对甲硝唑耐药的报道,其中欧洲、美国、伊朗、以包列等国均有较高的耐药率。最新研究结果显示,我国华东地区住院患者CDI菌株甲硝唑耐药率为15.6%,其中还发现一株无毒性,甲硝唑最小抑浓度菌( MIC)为256 lug/ml的耐药株。另有研究表明,甲硝唑对CD的耐药是异质性的,而这能够明显导致CDI治疗的失败。因此,甲硝唑的异质性耐药应该成为临床关注的重点。

    

在我国,目前未有万古霉素耐药的CD报道。但根据欧洲、北美的监测数据,CD对万古霉素已经有一定程度的耐药。根据EUCAST折点,美国万古霉素耐药率能达到17.9%;欧洲耐药率也达到2.29%。另一个严重的威胁是高毒力耐药CD的传播。据报道,对万古霉素和甲硝唑敏感性降低的R027菌株已在以色列各地传播,目前其已成为临床上最常见的分离菌株。以色列万古霉素不敏感菌株能占到47 %。我国027型菌株报道较少,可能与检测方法受限和关注程度较低有关,未来仍需密切关注该毒株的暴发流行。


非达霉素是一种大环内酯类药物,抗菌谱窄,对肠道正常菌群影响小,疗效与万古霉素相当。但临床治疗复发率更低,今后有可能成为CDI患者(包括重症CDI)口服治疗的一线药物;之前研究也发现,非达霉素的MIC低于甲硝唑和万古霉素。对非达霉素敏感性降低的CD虽然少见,但是仍然有研究者在体外诱导出了突变耐药株,预示着非达霉素的临床使用可能增加耐药菌株的发生风险。



2  耐药机制


多种机制导致了CD对抗生素的耐药,包括基因组及移动基因元件( mobile genetic elements.MGEs)上的耐药相关基因、药物作用靶点或代谢通

路改变以及生物膜的形成。


2.1  基因组及MGEs的耐药相关基因  CD基因组上有多种耐药相关基因,导致其对不同类型的抗生素耐药。之前有研究通过分析CD基因组,发现其含有编码l3一内酰胺酶样蛋白(p-lactamase-like proteins)和青霉素结合蛋白(penicillin-binding protelns,PBPs)的基因。这两种基因都被认为间接导致对青霉素和头孢菌素等G内酰胺类抗生素耐药。CD通过MGEs,尤其是转座子与其他细菌的

结合、转导,转化,是CD获得耐药性基因的重要机制。CD基因组上约有11%是由MGEs构成。目前已知,至少有4类转座子,Tn5398、Tn5398衍生物、Tn 6194和Tn 6215,介导了CD对太环内酯类、林可酰胺类、链霉素B的耐药。它们通过介导ermB基因转移,使其编码23S rRNA甲基化酶,导致CD对克林霉素和红霉素耐药一2。转座子Tn5397,Tn 916族,以及Tn 6164能够转移tet类基因,包括tetM、tet44和tetW,编码核糖体保护蛋白进而导致CD对四环素耐药。转座子Tn4453a和Tn4453b能够转移编码氯霉素乙酰转移酶的catP基

因,导致CD对氯霉素耐药。


2.2 药物作用靶点及代谢通路改变  药物作用靶点及代谢通路的改变与CD对甲硝唑和万古霉素的耐药相关。目前的数据表明,甲硝唑的耐药性可能是由于一些尚未确定的代谢途径的改变所引起,例如硝基还原酶、铁吸收和DNA修复活性改变等。但是,其确切的机制还不完全清楚。而万古霉素耐药性可能是由于肽聚糖生物合成的相关蛋白,如MurG的氨基酸替换所致。尽管有很多原因导致

了CD对抗生素药物作用靶点或代谢通路的改变,但抗生素暴露的选择性压力仍然是最主要因素。例如,rpoB基因的突变与非达霉素的敏感性降低有关。利福平作为治疗CDI替代疗法,可能导致编码细菌RNA聚合酶的rpoB基因的l3亚单位发生突变,导致其对利福平类的抗生素的耐药。此外,氟喹诺酮类药物的耐药机制中GyrA或GyrB酌氨基酸替换也考虑与环境选择性压力有关。


2.3生物膜的形成  CD耐药的另一个重要机制就是形成生物膜。这种生物膜是由一层蛋白质、DNA和多糖组成的多组分膜基质。生物膜的形成主要由CD固有机制介导,例如Cwp 84、鞭毛和I.uxS,但也有研究表明,暴露于抗生素环境的选择性压力也能够促进了生物膜的形成。众所周知生物膜可以保护致病菌免受抗生素等不利环境影响,从而有助于生存和致病,其中甲硝唑和万古霉素的耐药就是一个例子。关于CD生物膜如何导致耐药的具体细节,报道甚少。其种的一个假说是,生物膜基质和菌生理状态共同作用于CD的耐药。生物膜基质一

方面可以充当保护性屏障,另一方面还可以改变膜内菌的生理状态,例如处于休眠状态,从而导致对抗生素的耐受性更高。


总之,就CDI而言,抗生素的使用是一把双刃剑,一方面近年来CDI发病率的升高与抗生素滥用有密不可分的关系,另一方面CDI又需要使用抗生素来治疗。目前,我国抗生素滥用的情况仍然存在,但是临床对于CDI的认识和重视程度还都远远不够,对于CD耐药性的监测也还仅仅局限在某几个大型医疗机构内。因此,今后仍然需要对CD耐药性和耐药机制进行进~步的监测和研究。


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