罗三凤，黎四平

（1.广东医科大学，广东 湛江 524000；2.东莞市第八人民医院检验科，广东 东莞 523321）

大肠埃希氏菌是条件致病菌，革兰染色呈阴性，在一定条件下可以引起胃肠道感染、泌尿系感染等。目前临床上多采用β- 内酰胺类抗生素治疗大肠埃希氏菌感染，但随着抗生素的广泛及不合理使用，已经有越来越多的大肠埃希氏菌表现出对β- 内酰胺类抗生素的耐药性，并且总体呈上升趋势，其主要机制为产生超广谱β- 内酰胺酶（Extended spectrum βlactamases，ESBLs）。本文就产ESBLs 大肠埃希氏菌的耐药现状及传播模式进行综述。

1 大肠埃希氏菌感染及耐药现状

根据我国2020 年全国细菌耐药监测报告（简要版）显示：大肠埃氏希菌在全国病原菌分布上占21.11%，排名第一，在革兰阴性杆菌中更是高达29.7%。亚洲腹泻患者中致泻性大肠埃希菌（Diarrheogenic Escherichia coli，DEC）的 总 感 染率 为22.8%（95%CI:16.5 ～29.2）[1]。全 球 肠 道 产ESBLs 的大肠埃希氏菌（2003—2018 年）感染率为16.5%（95%CI 14.3% ～18.7% ；P＜0.001），总 体呈上升趋势[2]。这些研究都表明了大肠埃希氏菌的总体感染率高，而在如此高的感染率下其耐药形势也日趋严峻。目前，我国大肠埃希氏菌对氨苄西林的耐药率为86.3%，对头孢唑林的耐药率为64.8%﹝我国细菌耐药监测网-2020 年全国细菌耐药监测报告（简要版）（carss.cn）﹞；在全球范围内，大肠埃希氏菌是导致细菌性抗生素耐药性（Antimicrobial resistance，AMR）相关性死亡的主要致病菌种[3]。这种耐抗生素大肠埃希氏菌在有记录的发达国家中引起菌血症的比例为27%，估计致死率为12%[4]。目前，全球耐多药（Multi-Drug Resistant，MDR）和产ESBLs DEC 的总体感染率分别为66.3%（95%CI:58.9 ～73.7）和48.6%（95%CI:35.1 ～62.1）[1]。大肠埃希氏菌的耐药机制主要依靠增加主动外排泵、改变细胞膜通透性、形成生物膜、产ESBLs 等实现，其中主要以产ESBLs 的为主。

2 大肠埃希氏菌产ESBLs 基因型

产ESBLs 肠杆菌科的耐药问题已经成为重大的全球公共卫生问题，其基因型主要包括TEM、SHV和CTX-M 型等。过去TEM、SHV 型是ESBLs 的主要家族成员，但在经过了历年的演变后，CTX-M 已经逐渐取代SHV 和TEM 成为ESBLs 最主要的类型，其中CTX-M-15 在世界范围内传播最为广泛，其次是CTX-M-14，它在亚洲特别是在中国、韩国和日本等国家最为常见。最近的研究表明，CTX-M-27 现已逐渐在世界各地区开始流行，特别是在欧洲[5]。

2.1 TEM 型

TEM 型ESBLs 主要分为TEM-1 与TEM-2，是原质粒介导TEM-1 演变来的，它的第一衍生物TEM-2 就是由原来的TEM-1 转变而来。尽管这一变化并没有改变TEM-1 的基本结构，但TEM-2 仍然能够衍生出许多的TEM 变体。在TEM 型酶内发生的氨基酸取代一般发生在有限数量的位置，这些氨基酸变化的组合导致ESBL 表型的各种细微变化，其中一些氨基酸残基对于产生ESBL 表型特别重要，例如：Gly238 →Ser 和Glu240 →Lys 的取代似乎对ESBLs表型的产生影响最大[6]。TEM 型ESBLs 在原来的ESBLs 中占据着重要的比例，但是随着CTX-M 的广泛传播，TEM 已渐渐失去其原本的历史地位，甚至在欧洲地区检测到的产ESBLs 的大肠埃希氏菌和肺炎克雷伯菌中TEM 型已不足1%[7]。

2.2 SHV 型

SHV 型ESBLs 起源于肺炎克雷伯菌中的染色体编码酶[8]，它主要包括SHV-1 和SHV-2，SHV-2 与SHV-1 不同的是在第238 位时，氨基酸Gly 替换为了Ser。它与TEM 相似的是大多数SHV 型ESBLs 在Ambler 位 置238（Gly →Ser）和240（Lys →Glu）有突变。并且研究表明，第238 位的Ser 对头孢噻肟的高效水解至关重要，而 Ser-238 和Lys-240 对头孢他啶的高效水解是必需的[9]。

2.3 CTX-M 型

CTX-M 是一种基因来源于克鲁韦拉菌（Kluyvera）染色体的天然耐药基因[10]。它与TEM型和SHV 型ESBLs 的同源性只有40%，与产酸克雷伯菌产生的染色体介导的头孢菌素酶的同源性较高（75% ～78%）。但新近的研究表明，CTX-M 型ESBLs 与抗坏血酸克吕沃尔菌（Kluyvera ascorbata）产生的染色体介导的AmpC 酶（Klu1 和Klu1-2）的同源性更高，提示CTX-M 型ESBLs 可能起源于这种AmpC 酶。CTX-M 型ESBLs 根据其氨基酸序列的同源性可以大致分为五组：CTX-M-1 组、CTX-M-2 组、CTX-M-8 组、CTX-M-9 组、CTX-M-25 组。经过了历年的演变后，CTX-M 逐渐取代SHV 和TEM 型成为ESBLs 最主要的类型，其中CTX-M-15 在世界范围内传播最为广泛，其次是CTX-M-14，特别是在中国、韩国和日本等国家CTX-M-14 常常占主导地位。最近的研究表明，CTX-M-27 在日本和欧洲等地区逐渐流行开来[5]。鉴于大肠埃希氏菌CTX-M 型ESBLs在全球各地的占比高达95% 以上（如中国郑州医院CTX-M 型ESBLs 高达99.16%[11]），因此特别有必要详细探讨一下CTX-M 的传播方式。

2.4 CTX-M 遗传方面

CTX-M 型的传播不仅涉及细菌代与代之间的垂直性克隆，更涉及细菌与细菌间的水平传播，这种水平传播主要与细菌中的可移动基因元件息息相关。其可移动基因元件主要包括插入序列（Insertion sequence，IS）/ 转座子、整合子、质粒，当然偶尔也会与自身转化和噬菌体转导有关[12]，并且它们彼此之间可以通过基因的插入、重排、扩增、易位来丰富其原有CTX-M 基因的构成和形成新的CTX-M 类型[13]。例如，有通过基因组克隆和测序的研究表明，blaCTX-M-137 就可能是通过一个完整的ISEcp1-blaCTX-M-137-Dorf477 转 座 单 元 携 带，并 插 入到IncI1 质粒骨干中的yagA，从而形成的一个具有blaCTX-M-14 样的n 端和blaCTX-M-15 样c 端的新型嵌合体[14]。同时，当同一宿主/ 环境中可能存在多个CTX-M 型时，这种杂交CTX-M 型就会出现得更加频繁。下面我们将具体阐述这几种移动基因元件的遗传方式。

2.4.1 CTX-M 插入序列 在CTX-M 型所有可移动的基因元件中，最重要的是从染色体转移到质粒的插入序列元件[10]，几乎所有CTX-M 基因都与插入序列相关。它们通过转位机制参与CTX-M 基因的动员，并且灵活地跳跃于DNA 与质粒之间。大肠埃希氏菌的插入序列种类比较丰富，主要涉及ISECP1 和IS26。ISECP1 常涉及的转座子单元为ISEcp1-blaCTX-MDorf477，其中ISECP1 携带blaCTX-M 耐药基因的启动子位于CTX-M 基因开放性阅读框上游42-127bp处，而DOrf477 则位于CTX-M-15 耐药基因的下游[15]。IS26 插入序列比较常见，并且有时可以插入ISEcp1元件内。这些插入序列有时不仅能自身相互进行穿插，而且能穿插于整合子和质粒间，实现更为复杂的水平转移。

2.4.2 CTX-M 质粒传播 质粒不仅常常通过在大肠埃希氏菌之间的获取与失去来实现耐药基因的水平转移，还可以通过聚合形成新的质粒来丰富质粒基因的类型。通过网络分析技术表明质粒的聚合是根据其基因组主干类型，而不是根据其起源、分离器或耐药基因类型进行聚合的[16]。质粒与插入序列/转座子、整合子间，通常还能携带插入序列/ 转座子、整合子，以实现细菌间的基因水平转移[17]。例如，携带有CTX-M、CMY-2 基因的ISEcp1 就主要由IncF（尤其是IncFII）和Incl1 质粒携带[18]；携带有blaCTX-M-15 耐药基因的转座子很喜欢被携带在IncF 质粒上，尤其喜欢被带有tn2-bleTEM-1 转座子的IncF 质粒携带，并且其经常被插入到tn2-bleTEM-1 转座子的热点处[16]。然而有意思的是，尽管质粒常常会携带IS，但IS 对质粒的占比/污染并不普遍。有实验通过对质粒存储库中的47 877 个质粒进行了广泛生物大分子序列对比分析（BLAST 分析）表明，质粒上仅发现1.12%的IS 元件。质粒的这些偶联还会受到一些药物的影响，例如某些抗氧化分子依达拉奉、对香豆酸、N-乙酰半胱氨酸能通过拮抗抗生素质粒偶联速率，来缓解抗生素耐药质粒的传播[19]。

2.4.3 CTX-M 整合子 有大量的整合子在大肠埃希氏菌分离株中被发现，其中大部为Ⅰ类整合子（Int1）[17]。它的启动子中最常见的是PcH1 基因；可变区中最常见的是dfrA17-aadA5 基因[20]，并且以携带CTX-M-14 的整合子可变区基因盒种类和数量最多[11]；保守区中最常见的是对磺胺类药物的抗性基因（sul1 基因），事实也证明在任何情况下sul1 基因都是不能独立于Ⅰ类整合子存在的，Ⅰ类整合子的存在也总是要伴随着磺胺甲噁唑的抗性环境，也就是说这些Ⅰ类整合子与抗叶酸化合物的耐药性密切相关[21]。虽然Ⅰ类整合子常常携带的是CTX-M-9 和CTX-M-2 耐药基因[22]，但是它也能携带多种或不携带任何基因盒[23]。

2.5 感染方式方面

耐 多 药、携 带CTX-M 型ESBLs 的 大 肠 埃 希氏菌容易经医院流传到社区，且这种传播通常与CTX-M-15 密切相关[24]。通过观察密切关系范围内（人类和肉鸡样本、畜牧动物与工人、宠物与主人及社区中人与人）CTX-M 耐药基因的表征后，发现这些密切关系的个体之间总能共享几种相似的抗生素抗性基因（ARGs）和相似的相关可移动遗传元件，表明了大肠埃希氏菌CTX-M 耐药基因和可移动元件能够通过食物链、环境、气溶胶、灰尘在个体间进行蓄积和水平转移[25]。

3 小结

目前大肠埃希氏菌的耐药形势较为严峻，其耐药机制主要为产ESBLs。ESBLs 的耐药基因型以TEM 型、SHV 型、CTX-M 型为主，其中以CTX-M 型占绝对主导地位，它可通过插入序列、转座子、整合子、质粒等可移动基因元件在不同细菌间水平传播并积累。