王新兴，翟真真，常维山，王巧云，蒋汉明

（1.山东农业大学动物医学院，泰安 271018；2.山东第一医科大学公共卫生学院，泰安 271016；3.泰安市中心医院，泰安 271000；4.中国人民解放军960医院，泰安 271001；5.山东第一医科大学基础医学部，泰安 271016）

在养殖业上，多粘菌素类药物曾常常被添加到饲料中以预防动物疾病和利于动物生长[1]。mcr-1基因是由我国学者首次在人、猪及生猪肉中发现的，可以让细菌对多粘菌素类药物产生耐药性的一种新基因[2]。mcr-1基因的发现引起了科学界对多粘菌素耐药基因研究的关注，也引起了全球政府部门制定遏制耐药基因流行应急政策的举措，同时也引发了公众对于食品安全的隐忧。2017年4月起，中国禁止多粘菌素用于促进禽畜生长[2-4]，随着研究的深入，更多的变异体基因被发现，鉴于mcr-1基因的独特重要性，本文就其发现、分布、流行、耐药性等方面的研究进展进行简要综述，以期能够为人类共同遏制多粘菌素类药物耐药基因的流行，及抗生素的安全用药提供可参考依据[3]。

1 mcr-1基因的发现及其在全球的分布

mcr-1基因是一种可介导肠杆菌科细菌对多粘菌素类药物产生耐药的基因，这种基因广泛存在于自然界中，在一些引发流行病的细菌中也常见[4]。

过去研究多认为，耐抗生素的细菌可以通过染色体突变的形式进行增殖、富集，但这种耐药性不具备在细菌间传播的能力，也并无基因水平的感染和传播。当细菌局限于染色体突变时，耐抗生素细菌的数量不稳定，则不会大规模扩散至其他菌株。2016年，Liu等[2]首次发表了关于mcr-1基因介导多粘菌素类药物耐药的研究成果。随后，又有学者通过对已知的基因和基因组结构进行比较，对该基因的传播机制进行了探究，发现mcr-1由独立于细菌染色体的质粒所携带，可以在肠道菌群间水平转移，从而使得受体菌获得多粘菌素耐药性[2-5]。

除了南极洲外，全球六大洲约40个国家都有关于mcr-1的报道：在亚洲，中国、日本、老挝、越南、泰国、马来西亚、柬埔寨、印度、韩国、巴基斯坦和阿曼苏丹国等先后有发现mcr-1的证据；在欧洲，荷兰、比利时、意大利、瑞士、丹麦、波兰、瑞典、西班牙、葡萄牙、德国、法国、立陶宛、英国、匈牙利和挪威也有mcr-1的流行，在比利时甚至发现mcr-1的变异体mcr-2；在非洲，突尼斯、埃及、阿尔及利亚、尼日利亚和南非等国已有发现mcr-1的相关报道；北美洲的加拿大和美国，南美洲阿根廷、厄瓜多尔和巴西，以及大洋洲的澳大利亚等国家也有携带mcr-1菌株在禽畜甚至人中出现的相关报道[2]。在动物源菌株中发现mcr-1的比例高于染病人源菌株[5]。养殖场中的滥用抗生素被认为是mcr-1基因广泛出现的原因之一。

2 mcr-1基因的特征及侧翼区序列的多样性

该基因在不同细菌菌株之间的侧向基因转移方式包括两种，由携带耐药基因质粒所介转移或是仅mcr-1[2-4]基因及其上游序列单独转移[6]。Liu等[2]首次自中国大肠杆菌所携带的质粒中检测到mcr-1基因，其上游有一个插入序列ISApl1，下游有一个hp假设蛋白。随后，Liu等[2]对多粘菌素的抗性菌株进行大规模筛查，并对检测到的含mcr-1的菌株进行质粒测序，结果表明，在不同质粒中，mcr-1的侧翼基因并不一致，而是各有差异，推测mcr-1侧翼区基因可能不参与mcr-1的转移。ISApl1基因通常存在于mcr-1的上游，基因数目以单拷贝为主，在部分已测序质粒中也存在双拷贝基因。完整的ISApl1基因通常包括左侧反向重复序列（IRL）、右侧反向重复序列（IRR)和一个转座酶基因tnpA，大部分菌株携带完整的ISApl1基因，但是有部分菌株只含有部分ISApl1基因片段，提示经历了二次重组。mcr-1下游的hp假设单蛋白也并非普遍存在，仅存在于部分MCR-1阳性菌株中[7]。

3 mcr-1阳性细菌并非是新病菌变种

mcr-1基因是国际上最早发现通过质粒来完成对于多粘菌素类药物产生耐药性的基因，能够介导肠杆菌科细菌对多粘菌素产生耐药，并可通过质粒进行水平转移[1]。携带mcr-1基因的细菌不是“超级细菌”，也不是“无敌细菌”，仍可以使用对该菌敏感的多粘菌素类药物之外的其他抗生素来杀死该菌株[8]。近年来研究发现mcr-1基因可以由IncI2、IncX4和IncHI2等流行性质粒以及可移动元件，在世界各地40多个国家不同来源的肠杆菌中迅猛传播。这些研究为深入了解mcr-1基因介导的黏菌素耐药和传播机制、全球流行分布特征奠定了基础，丰富了耐药性形成理论[9]。不同来源肠杆菌科细菌中mcr-1基因的分布流行情况、耐药和传播机制、基因环境临床风险性等方面的研究，以及后续应对措施的采用，有助于科学应对耐药基因的流行。

4 mcr-1基因的耐药机制及传播特点

学者们在食物链传播模式、环境和人群的流行现状及携带mcr-1基因的肺炎克雷伯菌感染爆发研究等方面的研究取得了诸多成果[10]。MCR-1蛋白通过5个TMHS锚定到质膜周质。细菌LPS在细胞质中被合成，然后通过ABC转运蛋白MSBA转化为周质。脂多糖中的脂质A在周质中被磷酸乙醇胺共价修饰。被修饰的脂多糖和多粘菌素亲和力降低，对多粘菌素产生抗性[11]。

为进一步了解该基因的分布、多粘菌素的敏感程度以及携带该耐药基因的质粒载体特点，运用分子层面的技术手段，对2000多株来源于人类的高致病性菌株，包括血液感染致病菌大肠杆菌和肺炎克雷伯菌进行了分析研究，从中选出具有耐多粘菌素和携带mcr-1基因的21株耐多粘菌素菌株。研究发现，耐多粘菌素mcr-1基因通过质粒作为载体存在于自然界微生物中，以水平基因转移方式在不同菌株间进行质粒的转移和基因的交换[12]。这种转移模式不同于传统遗传物质由亲代传到子代的转移，传播速度更快。这一传播特点与几年前在东南亚发现的耐抗生素基因blaNDM-1情况类似，但blaNDM-1的情况更加严峻，携带有blaNDM-1基因的微生物几乎对绝大多数抗菌物质不敏感，包括被认为是细菌杀手锏的碳青霉烯类。

研究表明[13]，中国临床血液感染患者中感染大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌MCR-1阳性菌株数量较少，发病率为零星分布。另一研究报道，18位感染产碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌的病人，其中7位在仅使用多粘菌素一种药物进行治疗后，仅有一位患者康复；其余11位患者中使用多种抗生素联合治疗后，有8位患者获得痊愈，这说明联合使用多粘菌素效果优于单独使用多粘菌素，但因为该临床试验的样本量不充分，还需要更多试验结果支持结论的合理性[14]。

最近研究表明，由质粒携带的mcr-1基因在基因水平上可以在大部分自然界微生物中移动。目前，世界各地报道的人源肠杆菌mcr-1基因发现率一般都还很低，小于2%，远低于动物源的肠杆菌的mcr-1基因携带率，这可能与多粘菌素对于人类细菌疾病治疗使用较少有关[15]。研究发现MCR-1阳性菌往往与其他耐药基因同时出现在一个菌株内，由于多种耐抗生素基因同时传播可能会让其他抗生素对mcr-1基因也有选择作用，单一的多粘菌素无法对细菌进行筛选，使得mcr-1基因的扩散问题更加严峻[16]。人源耐多粘菌素细菌的出现，可能与多粘菌素在细菌感染中的大量使用以及医院内耐抗生素菌株的传播有关[22]。

5 mcr-1基因的溯源

研究发现，最早携带mcr-1的菌株是30年前我国鸡体内分离的大肠杆菌，当时，多粘菌素才被在养殖业中使用。此后直到2004～2006年才开始有偶尔出现，2009年出现大爆发。研究人员对500多株产超广谱β-内酰胺酶大肠杆菌（采自2004～2014年间，欧洲牛粪细菌分离样品）进行流行病学检查，发现mcr-1基因出现概率高达21%，从已经公开的包括宏基因组在内的细菌基因数据中追溯该基因，发现1000多份来自全球各地的人类粪便样品中，有3位中国人的肠道细菌的质粒中发现了mcr-1基因[18]。此外，研究者也在24位中国人的肠道细菌中发现mcr-1片段。据考据这部分研究成果都是2011年8月前发表，因此，采集病例至少应该发生在2011年以前[19]。这些研究成果充分说明耐多粘菌素基因已经在国内小规模扩散，且在健康人的肠道中也被发现，因此肠道将成为耐抗生素基因储蓄池和质粒水平传播的潜在场所[20]。从300名5岁以下幼儿大便中分离出常见肠道细菌共300多株，其中有5株大肠埃希菌被检测出抗多粘菌素，即携带mcr-1基因。这些耐药携带者年龄都在3岁以下，最小的只有2个月，户籍所在地都不同，从出生开始没有接触过任何动物，其中有2名婴儿分别是2月龄和10月龄，尚未接触常规食品和食源性微生物，但其肠道细菌中却发现了耐多粘菌素基因，由此次调查结果推断，该耐药基因已经在环境中普遍出现并小规模扩散，通过细菌中的质粒长期寄居于人体肠道内，并可以通过生育传播给子代[21]。有学者通过PCR技术检测20世纪70年代到2014年间中国各地养殖场的鸡源大肠埃希菌是否携带mcr-1基因时发现，并多数大肠杆菌为MCR-1阳性菌。

6 mcr-1的变异体及其特征

mcr-2基因在欧洲被发现，且仅在局部地区流行，其转座机制以及耐药机制尚不清楚[22]。研究人员合成了该基因及周边序列，分析了该基因可能通过两个IS1595类似的插入序列（ISEc69）形成的环状中间体进行传播。研究发现其与mcr-1类似，跨膜区和底物结合位点也是mcr-2介导黏菌素耐药性所必须的区域，而且两个基因都与天然产黏菌素菌株的脂质体A转移酶非常相似，提示mcr-1和mcr-2基因都可能起源于多粘菌素。而且，mcr-1基因的变异体逐步被发现，从mcr-3、mcr-4基因到最新研究的变异体mcr-8，虽然在流行率和引起的耐药性上普遍不及mcr-1，但是从生物学特征上讲，都是mcr-1的变异体，可以使用多重PCR，同时检测多个变异体耐药基因[23]。

7 共携带现象及危害

多粘菌素被认为是治疗鲍氏不动杆菌、铜绿假单胞菌、肺炎克雷伯菌等革兰阴性菌感染的最后防线；多种细菌均能携带mcr-1基因，其能与其他耐药基因共存于质粒上，产生多重耐药，使临床患者难以找到有效的治疗药物，这在全世界来说都是巨大挑战[24]。

8 总结

随着抗生素滥用，细菌耐抗生素问题日益明显。特别是多重耐药革兰阴性菌的感染，对人体健康构成极大威胁，刘健华[1]认为，在对抗细菌的战斗中，多粘菌素曾是最后一张王牌，但如今来看已经沦为笑柄。虽然我们的研究局限于中国大陆，但是并不说明，mcr-1基因没有成为第二个blaNDM-1的可能，演变为世界性抗生素耐药难题[25]。细菌抗药性成为21世纪世界最为关注的的公共健康问题之一。2020年初，世界卫生组织（WHO）发布了“未来十年内全球健康挑战清单”，其中涵盖了13项与公共健康相关的问题。这份清单是在世界卫生组织专家的支持下制定的，其中指出抗菌素耐药性是一项持续而紧迫的挑战，有可能使现代医学退回到几十年前的抗生素时代，对此WHO正在与国家环境、农业和动物部门和国际当局合作，从而减少抗生素耐药性的威胁。而在此过程中耐药基因的筛查成为首当其冲的重要的研究课题。而“后抗生素时代”可能到来，状况不容乐观。这在引起我们担忧的同时，也让我们对抗生素耐药性问题做出了预警。

综上所述，mcr-1是位于质粒上的可水平转移的黏菌素耐药基因，它引起的对多粘菌素耐药性并不强，却可能导致无药可医的地步，对mcr-1基因的研究丰富了人们对耐药性机制的认知，引起了政府社会对于防控抗生素耐药的重视[26]。mcr-1基因新的变异体在世界范围内不断被发现、检测和报道，有利于人们对可移动性多粘菌素耐药基因更好的进行防控，也反映了人类与耐药细菌斗争的长期性和复杂性。细菌耐药性是一个全人类面临的严峻问题，只有全社会共同认识、通力合作、综合防控，才能够有效遏制耐药性的蔓延。