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高毒力肺炎克雷伯菌，起源竟是这么来的……

感染文献 离床医学
2024-08-29
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高毒力肺炎克雷伯菌，起源竟是这么来的……
肺炎克雷伯菌逐渐进一步进化为两种主要的病原体分型（pathotype），即高毒力肺炎克雷伯菌（hypervirulent Klebsiella pneumoniae，hvKp）和经典肺炎克雷伯菌（classical Klebsiella pneumoniae，cKp）。上述两种病原亚型引发了不同的临床感染类型、微生物等特征，也即导致了肺炎克雷伯菌菌株的基因型和表型差异。因此，需要在临床实践中予以高度重视，从而选用合适的抗生素管理策略。本文将主要针对hvKp的发现及其定义做一简要概述。

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01

临床实践中，hvKp的出现


我国台湾学者在1986年首次报道了7例无基础胆道疾病的患者发生了肺炎克雷伯菌所致的社区获得性的肝脓肿。这些人中，部分患者还合并或继发了诸如脑膜炎，肺炎和前列腺脓肿等其他部位的感染，后来我们称之为迁徙性感染。这两个特征“社区获得性肝脓肿和迁徙性感染”成为了最初定义hvKp的独特特征。此后，在针对一项台湾患者的临床研究中发现，引起肝脓肿的肺炎克雷伯菌菌株多具有高粘液表型。高粘液表型即使用接种环在普通琼脂平板上拉伸肺炎克雷伯菌菌落时，可以形成长度不小于5 mm的粘性拉丝，这也被称为拉丝试验（string test）阳性。随后越来越多的研究证实了这一观点。


因此，在很长一段时间内，多数研究将hvKp菌株定义为就是高粘液表型阳性。但是随着研究的深入，越来越多的研究发现hvKp并不等同于高粘液表型（hmvKp）。因为该表型并不具备定义Kp的最佳敏感性和/或特异性；通俗的说，并非所有hvKp菌株都呈现高粘液表型，有些cKp亦可表现高粘液表型。一些研究仅使用拉丝试验阳性来作为hvKp菌株的定义，这必然会导致一些肺炎克雷伯菌菌株被错误的判定为hvKp，从而给初学者造成了一定程度的混淆。

02

弗里德兰德氏杆菌（Bacillus friedlanderi）与hvKp的亲缘关系


在无抗生素时代，弗里德兰德氏杆菌所致肺炎的死亡率约为80％，比肺炎链球菌引起的肺炎高3-4倍。该菌所致肺炎的临床表现常较急骤，患者可在24至48小时内发生死亡，而肺炎链球菌引起的肺炎则为9天；并且超过半数的患者存在细菌血症。尽管在影像学上，该菌与肺炎球菌性肺炎并无明显区别，但多以多灶性病变为主，这可能亦与迁徙性感染相似。

除肺炎之外，弗里德兰德氏杆菌还可导致全身多种部位的感染，如实体脏器的脓肿形成和骨髓炎、脑膜炎等。与hvKp的临床特征相似，该菌亦可在许多患者中同时或相继引发多个部位的感染，即亦呈现迁徙性感染。此外，多篇文献报道弗里德兰德氏杆菌在体外培养亦呈现高粘液表型，且该菌所致感染中多次被描述为“胶冻样”或“拉丝样”。巧合的是，弗里德兰德氏杆菌荚膜的血清分型模式与肺炎克雷伯菌极为相似，其中A型（相当于K1），B型（相当于K2）和C型和X组。更为重要的是，在一项近期的基因组学研究中发现，ST23型hvKp已在1878年左右发生了进化，进一步佐证了hvKp菌株与弗里德兰德氏杆菌之间密切的亲缘关系。

03

基因组视角下的hvKp的起源


一项最近的分子流行病学研究进一步揭示了hvKp的起源。既往认为hvKp菌株多属于MLST分型中的ST23型，以ST23的7对管家基因（来源于MLST数据库）为标尺，衍生出了克隆群23（CG 23），即具有相近遗传基因型的克雷伯菌。作者将来源于人和马的CG23型肺炎克雷伯菌菌株的97个全基因组进行了比较分析，结果发现 94个包含毒力质粒序列和关键毒力基因iro，iuc，rmpA和rmpA2（这些毒力基因将在下期进行详细阐述），上述这些基因都可以高度预测hvKp菌株，进一步应用分子生物钟发现，hvKp菌株其实早在1800年代就已经出现，这也从侧面支持了弗里德兰德氏杆菌可能属于或者就是hvKp。

04

高毒力肺炎克雷伯菌定义的变迁


前面提到了高粘液表型作为hvKp的定义一直在被应用，主要原因是其易于临床操作和评估。其实早在高粘液表型被发现之前，hvKp的定义是存在着一些争议的。

早在2000年初，有学者应用基因组中的CG（如CG 23）、ST分型（如ST 23）型、荚膜分型（如KL1、KL2等）来作为hvKp的定义，这种定义的出发点其实更多的是基于核心基因组联合荚膜特定分型以期更好的鉴定hvKp。但是，随着研究的深入，发现hvKp和cKp菌株均存在着交叉的ST型（如ST23、ST11等）和荚膜类型（KL1、KL2、KL54等）。因此，依靠上述指标来区分hvKp与cKp是不准确的。例如，有研究就报道了KL1，KL20和KL54荚膜分型同样也分布在cKp菌株中。并且，既往认为组成hvKp的主要克隆型CG23的菌株中亦存在cKp菌株。越来越多的研究发现我国的常见cKp克隆型CG 258肺炎克雷伯菌同样在获取了毒力质粒后成为高毒力多耐药菌株的情况。

在2010年左右，我国学者率先基于高粘液表型定义hvKp报道了hvKp的临床和微生物学特征，并且发现了高毒力肺炎克雷伯菌正随时间的增长而增多，且出现了多耐药高毒力肺炎克雷伯菌菌株。

此后，多篇文献基于此定义，总结概述了hvKp的临床和微生物学特征。但越来越多的体内外试验发现，高粘液表型并不等同于hvKp，也即hmvKp在体内外实验中并未显示出高毒力，这大大挑战了当时的定义。

虽有国外学者基于基因敲除技术发现，编码铁载体（铁载体是细菌获取必须元素-铁离子的重要基因结构）的重要基因aerobactin是hvKp的生物标志物，以其阳性为hvKp定义的临床研究发现，多种毒力表型、基因组合多聚集于该定义下的hvKp分组，并且发现hvKp更易于导致脓毒症。尽管上述研究率先应用分子生物学办法对hvKp进行了定义，但随后的研究发现不含有aerobactin基因的肺炎克雷伯菌中仍有部分菌株呈现出高毒力特性。为了进一步探索hvKp的最优定义（以期尽可能的覆盖真正的高毒力菌株），我国学者联合重要毒力基因和毒力表型作为hvKp的特点（即同时存在aerobactin和高粘液表型）的研究显示，该定义下的Kp亦显著聚集了多种毒力基因簇，并发现其能致更多的侵袭性感染和感染性休克，但遗憾的是，该研究仅纳入了北京的菌株且未进一步进行体内实验的验证。最近的一项研究为更深入的了解hvKp的最有定义奠定了坚实的基础。国外学者以全球多中心肺炎克雷伯菌作为研究对象，以肝脓肿和迁徙性感染作为hvKp的定义，利用小鼠模型发现iroB、iucA、prmpA、prmpA2和peg-344多基因标志物优于其他表型（高粘液表型），能更好的定义hvKp。

参考文献[1].Marr CM, Russo TA. Hypervirulent Klebsiella pneumoniae: a new public health threat. Expert review of anti-infective therapy 2019;17:71-3.[2].Catalan-Najera JC, Garza-Ramos U, Barrios-Camacho H. Hypervirulence and hypermucoviscosity: Two different but complementary Klebsiella spp. phenotypes? Virulence 2017;8:1111-23.[3].Shon AS, Bajwa RP, Russo TA. Hypervirulent (hypermucoviscous) Klebsiella pneumoniae: a new and dangerous breed. Virulence 2013;4:107-18.[4].Russo TA, Marr CM. Hypervirulent Klebsiella pneumoniae. Clinical microbiology reviews 2019;32.[5].Gu D, Dong N, Zheng Z, et al. A fatal outbreak of ST11 carbapenem-resistant hypervirulent Klebsiella pneumoniae in a Chinese hospital: a molecular epidemiological study. The Lancet Infectious diseases 2018;18:37-46.[6].Zhang Y, Zhao C, Wang Q, et al. High Prevalence of Hypervirulent Klebsiella pneumoniae Infection in China: Geographic Distribution, Clinical Characteristics, and Antimicrobial Resistance. Antimicrobial agents and chemotherapy 2016;60:6115-20.[7].Wyres KL, Lam MMC, Holt KE. Population genomics of Klebsiella pneumoniae. Nature reviews Microbiology 2020.[8].Lam MMC, Wyres KL, Duchene S, et al. Population genomics of hypervirulent Klebsiella pneumoniae clonal-group 23 reveals early emergence and rapid global dissemination. Nature communications 2018;9:2703
来源于医学界急诊与重症频道
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