铜绿假单胞菌感染

meihb 2022-10-09 发布于江苏

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作者：王美佳，谢俊刚

单位：华中科技大学同济医学院附属同济医院呼吸与危重症医学科

【摘要】 铜绿假单胞菌是引起院内感染的常见条件致病菌，常在免疫力低下及重症患者中引起各种急性和慢性感染，致死率高。随着广谱抗菌药物、肿瘤化疗药物、免疫抑制剂的广泛应用，铜绿假单胞菌感染发病率逐年升高。铜绿假单胞菌有极强的环境适应能力，对多种抗菌药物耐药，临床治疗难度大。本文重点着眼于铜绿假单胞菌感染的相关问题，探讨铜绿假单胞菌的结构、致病机制、流行病学、耐药机制、临床表现、诊断和治疗。

铜绿假单胞菌又称绿脓杆菌，属假单胞菌属，是一种常见的条件致病菌，其广泛分布于自然界，土壤、水、空气以及动物和人的皮肤、肠道和呼吸道等，是临床上最常见的引起严重院内获得性感染的机会致病菌，多在免疫功能低下状态下（如创伤、烧伤、抗生素或免疫抑制剂的大量使用）引起各种急性和慢性感染。

铜绿假单胞菌的结构与致病机制

铜绿假单胞菌的菌体细长且长短不一，呈球杆状或长线状，宽0.5～1.0 μm，长1.5～3.0 μm，成对或短链状排列。菌体的一端有单鞭毛，无芽胞。铜绿假单胞菌可以产生多种水溶性色素，如绿脓素（pyocynin）、荧光素（pyoverdin）等，为专性需氧菌，部分菌株能在兼性厌氧条件下生长^[1]。

铜绿假单胞菌感染的致病机制复杂，其毒力主要与鞭毛和菌毛、3型分泌系统、群体感应系统和生物膜、蛋白酶、脂多糖等因素相关^[2]。鞭毛和菌毛是主要的黏附素，菌体可通过鞭毛和菌毛黏附于宿主细胞表面，引起机体炎症反应。鞭毛还可诱导细菌聚集于感染部位，而菌毛可以保护菌体免受宿主免疫系统和抗生素损害。3型分泌系统是铜绿假单胞菌毒力重要影响因素。细菌与宿主细胞接触时，通过3型分泌系统可将菌体产生的细胞毒素直接注入宿主细胞，破坏细胞膜的完整性，从而造成宿主细胞死亡。群体感应系统是细菌之间信息交流系统，细菌不断产生自体诱导分子并分泌到周围环境中，来感知周围细菌的数量，当它们达到足够高的阈值浓度时，就作为特定转录调控因子调控菌体基因的表达使菌体适应环境变化。生物膜是由菌体产生包裹细菌菌落表面的细胞外聚合物，对细菌具有保护作用，可提高细菌对外界各种理化因素的抵抗力和降低人体免疫监视的敏感性，且与细菌耐药性的形成密切相关。铜绿假单胞菌可产生多种蛋白酶，降解宿主细胞的免疫球蛋白、补体蛋白、纤维蛋白并破坏细胞间的紧密连接。

铜绿假单胞菌在体内繁殖时，可产生多种毒性因子，包括内毒素、外毒素、致死毒素、肠毒素、溶血素、杀白细胞素等在铜绿假单胞菌感染的致病机制中发挥重要作用^[3]。其中外毒素是最强的胞外产物，其致病作用是主要通过阻断核糖体蛋白质合成来干扰宿主细胞的蛋白质合成，从而引起宿主细胞及组织的坏死^[4]。

铜绿假单胞菌的流行病学及耐药机制

铜绿假单胞菌是引起慢性感染和医院内感染的常见病原菌之一。国外流行病学调查表明铜绿假单胞菌感染占院内感染的7.1%～7.3%，且其发病率尤其是铜绿假单胞菌肺炎的发病率不断增加^[5]。国内多项大型流行病学调查显示我国铜绿假单胞菌感染的严重性，中国CHINET细菌耐药性监测显示2005年至2018年铜绿假单胞菌的临床分离率均位居前列^[6]。中国13家教学医院参与的医院内获得性细菌耐药性分析结果显示，2011年铜绿假单胞菌在所有分离细菌中位居第四位，分离率为12.6%。铜绿假单胞菌存在天然耐药，随着抗生素的广泛使用和有创操作等环境改变使其出现获得性耐药和适应性耐药等复杂的耐药机制，并且产生多重耐药甚至泛耐药菌株^[7]。

铜绿假单胞菌耐药机制复杂，主要与以下因素有关：

（1）产抗菌药物灭活酶或钝化酶：铜绿假单胞菌可产生多种β-内酰胺酶和氨基糖苷类钝化酶^[8]。β-内酰胺酶是细菌产生的可水解β-内酰胺环抗生素的酶，可导致细菌对β-内酰胺类抗生素耐药，主要包括AmpC酶、超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）和金属β-内酰胺酶（MBLs）。AmpC酶又称头孢菌素酶，能水解1～3代头孢菌素类和头霉素类抗生素。ESBLs是由质粒介导的能水解β-内酰胺类和单环β-内酰胺类抗菌药物，并可被β-内酰胺酶抑制剂所抑制的β-内酰胺酶，可灭活几乎所有青霉素类抗生素、单环β-内酰胺类抗生素和绝大多数头孢菌素；MBLs可水解碳青霉烯类抗生素和除单环β-内酰胺类抗生素以外的β-内酰胺类抗生素，且其活性不被β-内酰胺酶抑制剂抑制。氨基糖苷类钝化酶催化氨基糖苷类抗生素特定的氨基或羟基，使氨基糖苷类抗菌药物发生钝化，降低或丧失对靶位核糖体的亲和力，从而失去抑制蛋白质合成的能力，导致细菌耐药。

（2）外膜通透性下降：铜绿假单胞菌外膜上含有允许小分子蛋白通过的微孔蛋白，允许抗生素通过的孔蛋白包括OprC、OprＤ、OprＥ、OprＦ、OprＧ和OprＨ等^[8]。研究发现，由于先天性缺乏或基因突变导致菌体细胞膜缺乏外膜蛋白OprF、OprD、OprH等多种抗菌药物进入菌体的膜通道蛋白，使相应抗菌药物在菌体内无法达到有效抗菌浓度，如OprD突变可导致碳青霉烯类抗生素耐药^[9]。

（3）生物膜的形成：生物膜是细菌以及自身分泌的多糖基质和纤维蛋白原等胞外基质组成的黏附于物体表面相互聚集形成的聚合物。生物膜可限制膜内外物质交流，使被生物膜包裹的细菌处于低代谢状态，还可阻止抗菌药物通过，降低生物膜内细菌对抗菌药物的敏感性，具有极强的耐药性和抵抗机体免疫系统作用的能力，能加速细菌耐药性的传播^[10]。

（4）主动外排机制：铜绿假单胞菌细胞膜上具有药物外排泵，通过外排泵可以将抗菌药物排出菌体，从而产生耐药性。铜绿假单胞菌细胞膜上有7种常见的外排泵，分别为MexAB-OprM、MexXY-OprM、MexCD-OprJ、MexEF-OprN、MexJK-OprM、MexGHI-OpmD和MexVW-OpmM，其中前4种外排泵在铜绿假单胞菌耐药中发挥重要作用。MexAB-OprM是铜绿假单胞菌最主要的主动外排系统，该外排泵作用底物广泛，常见抗生素种类有β-内酰胺酶类、β-内酰胺酶抑制剂类、大环内酯类、喹诺酮类、氨基糖苷类、四环素类、磺胺类等，导致铜绿假单胞菌能有效清除除多黏菌素外的所有抗菌药物，从而出现多重耐药^[8]。

（5）改变抗菌药物的作用靶点：铜绿假单胞菌通过改变菌体内青霉素结合蛋白和拓扑异构酶的结构，分别对β-内酰胺类和喹诺酮类抗生素产生耐药^[8]。β-内酰胺类抗生素的作用靶点是青霉素结合蛋白（PBP）。当PBP基因发生突变时可导致PBP与β-内酰胺类抗生素结合能力降低或消失，从而引起细菌耐药。喹诺酮类抗生素的作用靶点是细菌DNA促旋酶和拓扑异构酶Ⅳ。铜绿假单胞菌对喹诺酮类药物耐药主要是由于编码两类拓扑异构酶的基因突变，导致酶结构改变，使药物不能与酶-DNA复合物稳定结合而失去抗菌效力。

铜绿假单胞菌感染的临床表现

铜绿假单胞菌为条件致病菌，常在患者体内或者医院环境中寄植。当机体免疫功能下降、菌群失调、正常菌群定位转移时，铜绿假单胞菌可引起包括呼吸道、消化道、泌尿系统、皮肤软组织、心内膜、骨关节、眼部、中枢神经系统及血流等多部位的不同严重程度的急慢性机会性感染。铜绿假单胞菌感染临床表现无特异性，单从临床表现来看，难以与其他细菌感染相鉴别。

铜绿假单胞菌呼吸道感染常继发于宿主免疫功能受损后，尤其易发于原有慢性肺部疾病基础上，如慢阻肺、支气管扩张、气管切开、气管插管机械通气后，表现为发热、咳嗽、咳黄色或黄绿色脓性痰、痰液黏稠且伴有气急或呼吸困难等呼吸道症状^[1]。铜绿假单胞菌败血症多继发于大面积烧伤、白血病、淋巴瘤、恶性肿瘤、气管切开、静脉导管、心脏瓣膜置换术及各种严重慢性疾病等过程中。其临床过程与其他革兰氏阴性杆菌败血症相似，可有高热，常伴休克、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）或弥散性血管内凝血（DIC）等。严重全身感染可出现内毒素和降钙素原等炎症标志物升高^[1]。铜绿假单胞菌心内膜炎常发生于原有心脏病基础上，尤其是心脏手术、瓣膜置换术后，也可发生于皮肤感染、外科手术、烧伤或有药瘾患者^[11]。泌尿生殖道器械检查、导尿、尿路梗阻引流、尿道侵害性药物治疗等均可导致泌尿道铜绿假单胞菌感染。消化道器械检查、腹膜透析等可导致消化道感染，临床表现为腹泻，可伴发热、头痛、玫瑰疹等；白血病患者还可继发坏死性肠炎和直肠周围脓肿。中枢神经系统感染以脑膜炎多见，常继发于颅脑外伤、头和颈部肿瘤手术后，或耳、乳突、鼻窦感染扩散蔓延，腰穿术或脑室引流后。铜绿假单胞菌骨关节感染主要由于血源性或邻近组织感染蔓延所致，也可发生于手术、复合性骨折、大面积烧伤及穿透伤后，脊柱、骨盆及胸锁关节为好发部位^[12]。铜绿假单胞菌皮肤软组织感染常见于长期暴露于水环境中的人群、糖尿病患者、免疫功能低下以及败血症患者，临床表现为绿甲综合征、脚趾间感染、手足热综合征、耳部感染、坏疽性脓肿、皮下结节等^[13]。

铜绿假单胞菌感染的诊断

铜绿假单胞菌感染确诊需取感染部位标本进行细菌培养，根据微生物特性进行鉴定可确立诊断。对于疑似尿路感染或泌尿系感染的患者，应进行尿培养。对于疑似下呼吸道感染的患者，应进行痰培养^[5]。对于疑似皮肤软组织感染患者，应行血液培养、分泌物培养或皮肤活检拭子等^[14]。检测铜绿假单胞菌传统方法为细菌培养和微生物形态检验等，疑似菌落的鉴定可以使用现代技术快速进行，如基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）^[14]。

铜绿假单胞菌为条件致病菌，当患者出现细菌感染的临床表现，同时有铜绿假单胞菌感染的危险因素，如长期应用激素、免疫抑制剂、恶性肿瘤化疗、中性粒细胞减低或缺乏等导致患者免疫功能低下，侵入性治疗（气管切开、留置导尿管等），皮肤黏膜破损，慢性肺部疾病、糖尿病、肾功能不全等严重基础疾病^[15,16]，应尽早取感染部位标本以明确诊断。

铜绿假单胞菌感染的治疗

铜绿假单胞菌对多种抗生素表现出固有耐药或获得耐药性，因此铜绿假单胞菌感染的治疗具有挑战性。针对铜绿假单胞菌的治疗应评估铜绿假单胞菌多重耐药的可能性，应首先考虑医疗机构微生物的耐药情况、感染部位以及患者是否存在以下危险因素，包括：重症监护室住院，长期卧床，侵入性操作，广谱抗生素使用，糖尿病，外科手术，长期住院，耐碳青霉烯铜绿假单胞菌感染史，气管切开^[17]。

针对铜绿假单胞菌感染的治疗最主要的是各种抗生素，首选药物为β-内酰胺类药物，如酶抑制剂复合制剂（哌拉西林/他唑巴坦、头孢哌酮/舒巴坦）、头孢菌素类（头孢他啶、头孢吡肟）和碳青霉烯类（美罗培南、亚胺培南）。氟喹诺酮类（有抗铜绿假单胞菌作用的药物有环丙沙星和左氧沙星）和氨基糖苷类（常用药物有阿米卡星、庆大霉素、妥布霉素、异帕米星、奈替米星和依替米星）可在β-内酰胺类药物过敏或其他原因不能使用时采用，或作为联合治疗用药。多黏菌素类药物主要用于泛耐药菌株的治疗，或用于全耐药菌株的联合治疗。铜绿假单胞菌感染的治疗需要根据具体情况决定，轻症或敏感菌感染患者可以采用单药治疗，但应避免选择近期内患者曾经使用过的药物；而重症或耐药菌株感染患者常需要联合治疗^[1]。面对铜绿假单胞菌多重耐药性的问题，近年来不断寻找新的治疗方法，有研究表明PAβN、CCCP、NMP等多种外排泵抑制剂协助抗菌药物治疗^[18]。新开发的抗菌药物，如头孢菌素或单环内酰胺与β-内酰胺酶抑制剂组合（头孢地尔、头孢他啶/阿维巴坦、Ceftolozane/他唑巴坦），碳青霉烯类药物及复合制剂（多利培南和亚胺培南/瑞来巴坦）和外膜蛋白靶向药等有望为铜绿假单胞菌感染的治疗提供帮助。

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