銅綠假單胞菌感染

meihb 2022-10-09 發(fā)布于江蘇

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作者：王美佳，謝俊剛

單位：華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科

【摘要】 銅綠假單胞菌是引起院內(nèi)感染的常見條件致病菌，常在免疫力低下及重癥患者中引起各種急性和慢性感染，致死率高。隨著廣譜抗菌藥物、腫瘤化療藥物、免疫抑制劑的廣泛應用，銅綠假單胞菌感染發(fā)病率逐年升高。銅綠假單胞菌有極強的環(huán)境適應能力，對多種抗菌藥物耐藥，臨床治療難度大。本文重點著眼于銅綠假單胞菌感染的相關問題，探討銅綠假單胞菌的結(jié)構(gòu)、致病機制、流行病學、耐藥機制、臨床表現(xiàn)、診斷和治療。

銅綠假單胞菌又稱綠膿桿菌，屬假單胞菌屬，是一種常見的條件致病菌，其廣泛分布于自然界，土壤、水、空氣以及動物和人的皮膚、腸道和呼吸道等，是臨床上最常見的引起嚴重院內(nèi)獲得性感染的機會致病菌，多在免疫功能低下狀態(tài)下（如創(chuàng)傷、燒傷、抗生素或免疫抑制劑的大量使用）引起各種急性和慢性感染。

銅綠假單胞菌的結(jié)構(gòu)與致病機制

銅綠假單胞菌的菌體細長且長短不一，呈球桿狀或長線狀，寬0.5～1.0 μm，長1.5～3.0 μm，成對或短鏈狀排列。菌體的一端有單鞭毛，無芽胞。銅綠假單胞菌可以產(chǎn)生多種水溶性色素，如綠膿素（pyocynin）、熒光素（pyoverdin）等，為專性需氧菌，部分菌株能在兼性厭氧條件下生長^[1]。

銅綠假單胞菌感染的致病機制復雜，其毒力主要與鞭毛和菌毛、3型分泌系統(tǒng)、群體感應系統(tǒng)和生物膜、蛋白酶、脂多糖等因素相關^[2]。鞭毛和菌毛是主要的黏附素，菌體可通過鞭毛和菌毛黏附于宿主細胞表面，引起機體炎癥反應。鞭毛還可誘導細菌聚集于感染部位，而菌毛可以保護菌體免受宿主免疫系統(tǒng)和抗生素損害。3型分泌系統(tǒng)是銅綠假單胞菌毒力重要影響因素。細菌與宿主細胞接觸時，通過3型分泌系統(tǒng)可將菌體產(chǎn)生的細胞毒素直接注入宿主細胞，破壞細胞膜的完整性，從而造成宿主細胞死亡。群體感應系統(tǒng)是細菌之間信息交流系統(tǒng)，細菌不斷產(chǎn)生自體誘導分子并分泌到周圍環(huán)境中，來感知周圍細菌的數(shù)量，當它們達到足夠高的閾值濃度時，就作為特定轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子調(diào)控菌體基因的表達使菌體適應環(huán)境變化。生物膜是由菌體產(chǎn)生包裹細菌菌落表面的細胞外聚合物，對細菌具有保護作用，可提高細菌對外界各種理化因素的抵抗力和降低人體免疫監(jiān)視的敏感性，且與細菌耐藥性的形成密切相關。銅綠假單胞菌可產(chǎn)生多種蛋白酶，降解宿主細胞的免疫球蛋白、補體蛋白、纖維蛋白并破壞細胞間的緊密連接。

銅綠假單胞菌在體內(nèi)繁殖時，可產(chǎn)生多種毒性因子，包括內(nèi)毒素、外毒素、致死毒素、腸毒素、溶血素、殺白細胞素等在銅綠假單胞菌感染的致病機制中發(fā)揮重要作用^[3]。其中外毒素是最強的胞外產(chǎn)物，其致病作用是主要通過阻斷核糖體蛋白質(zhì)合成來干擾宿主細胞的蛋白質(zhì)合成，從而引起宿主細胞及組織的壞死^[4]。

銅綠假單胞菌的流行病學及耐藥機制

銅綠假單胞菌是引起慢性感染和醫(yī)院內(nèi)感染的常見病原菌之一。國外流行病學調(diào)查表明銅綠假單胞菌感染占院內(nèi)感染的7.1%～7.3%，且其發(fā)病率尤其是銅綠假單胞菌肺炎的發(fā)病率不斷增加^[5]。國內(nèi)多項大型流行病學調(diào)查顯示我國銅綠假單胞菌感染的嚴重性，中國CHINET細菌耐藥性監(jiān)測顯示2005年至2018年銅綠假單胞菌的臨床分離率均位居前列^[6]。中國13家教學醫(yī)院參與的醫(yī)院內(nèi)獲得性細菌耐藥性分析結(jié)果顯示，2011年銅綠假單胞菌在所有分離細菌中位居第四位，分離率為12.6%。銅綠假單胞菌存在天然耐藥，隨著抗生素的廣泛使用和有創(chuàng)操作等環(huán)境改變使其出現(xiàn)獲得性耐藥和適應性耐藥等復雜的耐藥機制，并且產(chǎn)生多重耐藥甚至泛耐藥菌株^[7]。

銅綠假單胞菌耐藥機制復雜，主要與以下因素有關：

（1）產(chǎn)抗菌藥物滅活酶或鈍化酶：銅綠假單胞菌可產(chǎn)生多種β-內(nèi)酰胺酶和氨基糖苷類鈍化酶^[8]。β-內(nèi)酰胺酶是細菌產(chǎn)生的可水解β-內(nèi)酰胺環(huán)抗生素的酶，可導致細菌對β-內(nèi)酰胺類抗生素耐藥，主要包括AmpC酶、超廣譜β-內(nèi)酰胺酶（ESBLs）和金屬β-內(nèi)酰胺酶（MBLs）。AmpC酶又稱頭孢菌素酶，能水解1～3代頭孢菌素類和頭霉素類抗生素。ESBLs是由質(zhì)粒介導的能水解β-內(nèi)酰胺類和單環(huán)β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物，并可被β-內(nèi)酰胺酶抑制劑所抑制的β-內(nèi)酰胺酶，可滅活幾乎所有青霉素類抗生素、單環(huán)β-內(nèi)酰胺類抗生素和絕大多數(shù)頭孢菌素；MBLs可水解碳青霉烯類抗生素和除單環(huán)β-內(nèi)酰胺類抗生素以外的β-內(nèi)酰胺類抗生素，且其活性不被β-內(nèi)酰胺酶抑制劑抑制。氨基糖苷類鈍化酶催化氨基糖苷類抗生素特定的氨基或羥基，使氨基糖苷類抗菌藥物發(fā)生鈍化，降低或喪失對靶位核糖體的親和力，從而失去抑制蛋白質(zhì)合成的能力，導致細菌耐藥。

（2）外膜通透性下降：銅綠假單胞菌外膜上含有允許小分子蛋白通過的微孔蛋白，允許抗生素通過的孔蛋白包括OprC、OprＤ、OprＥ、OprＦ、OprＧ和OprＨ等^[8]。研究發(fā)現(xiàn)，由于先天性缺乏或基因突變導致菌體細胞膜缺乏外膜蛋白OprF、OprD、OprH等多種抗菌藥物進入菌體的膜通道蛋白，使相應抗菌藥物在菌體內(nèi)無法達到有效抗菌濃度，如OprD突變可導致碳青霉烯類抗生素耐藥^[9]。

（3）生物膜的形成：生物膜是細菌以及自身分泌的多糖基質(zhì)和纖維蛋白原等胞外基質(zhì)組成的黏附于物體表面相互聚集形成的聚合物。生物膜可限制膜內(nèi)外物質(zhì)交流，使被生物膜包裹的細菌處于低代謝狀態(tài)，還可阻止抗菌藥物通過，降低生物膜內(nèi)細菌對抗菌藥物的敏感性，具有極強的耐藥性和抵抗機體免疫系統(tǒng)作用的能力，能加速細菌耐藥性的傳播^[10]。

（4）主動外排機制：銅綠假單胞菌細胞膜上具有藥物外排泵，通過外排泵可以將抗菌藥物排出菌體，從而產(chǎn)生耐藥性。銅綠假單胞菌細胞膜上有7種常見的外排泵，分別為MexAB-OprM、MexXY-OprM、MexCD-OprJ、MexEF-OprN、MexJK-OprM、MexGHI-OpmD和MexVW-OpmM，其中前4種外排泵在銅綠假單胞菌耐藥中發(fā)揮重要作用。MexAB-OprM是銅綠假單胞菌最主要的主動外排系統(tǒng)，該外排泵作用底物廣泛，常見抗生素種類有β-內(nèi)酰胺酶類、β-內(nèi)酰胺酶抑制劑類、大環(huán)內(nèi)酯類、喹諾酮類、氨基糖苷類、四環(huán)素類、磺胺類等，導致銅綠假單胞菌能有效清除除多黏菌素外的所有抗菌藥物，從而出現(xiàn)多重耐藥^[8]。

（5）改變抗菌藥物的作用靶點：銅綠假單胞菌通過改變菌體內(nèi)青霉素結(jié)合蛋白和拓撲異構(gòu)酶的結(jié)構(gòu)，分別對β-內(nèi)酰胺類和喹諾酮類抗生素產(chǎn)生耐藥^[8]。β-內(nèi)酰胺類抗生素的作用靶點是青霉素結(jié)合蛋白（PBP）。當PBP基因發(fā)生突變時可導致PBP與β-內(nèi)酰胺類抗生素結(jié)合能力降低或消失，從而引起細菌耐藥。喹諾酮類抗生素的作用靶點是細菌DNA促旋酶和拓撲異構(gòu)酶Ⅳ。銅綠假單胞菌對喹諾酮類藥物耐藥主要是由于編碼兩類拓撲異構(gòu)酶的基因突變，導致酶結(jié)構(gòu)改變，使藥物不能與酶-DNA復合物穩(wěn)定結(jié)合而失去抗菌效力。

銅綠假單胞菌感染的臨床表現(xiàn)

銅綠假單胞菌為條件致病菌，常在患者體內(nèi)或者醫(yī)院環(huán)境中寄植。當機體免疫功能下降、菌群失調(diào)、正常菌群定位轉(zhuǎn)移時，銅綠假單胞菌可引起包括呼吸道、消化道、泌尿系統(tǒng)、皮膚軟組織、心內(nèi)膜、骨關節(jié)、眼部、中樞神經(jīng)系統(tǒng)及血流等多部位的不同嚴重程度的急慢性機會性感染。銅綠假單胞菌感染臨床表現(xiàn)無特異性，單從臨床表現(xiàn)來看，難以與其他細菌感染相鑒別。

銅綠假單胞菌呼吸道感染常繼發(fā)于宿主免疫功能受損后，尤其易發(fā)于原有慢性肺部疾病基礎上，如慢阻肺、支氣管擴張、氣管切開、氣管插管機械通氣后，表現(xiàn)為發(fā)熱、咳嗽、咳黃色或黃綠色膿性痰、痰液黏稠且伴有氣急或呼吸困難等呼吸道癥狀^[1]。銅綠假單胞菌敗血癥多繼發(fā)于大面積燒傷、白血病、淋巴瘤、惡性腫瘤、氣管切開、靜脈導管、心臟瓣膜置換術及各種嚴重慢性疾病等過程中。其臨床過程與其他革蘭氏陰性桿菌敗血癥相似，可有高熱，常伴休克、急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）或彌散性血管內(nèi)凝血（DIC）等。嚴重全身感染可出現(xiàn)內(nèi)毒素和降鈣素原等炎癥標志物升高^[1]。銅綠假單胞菌心內(nèi)膜炎常發(fā)生于原有心臟病基礎上，尤其是心臟手術、瓣膜置換術后，也可發(fā)生于皮膚感染、外科手術、燒傷或有藥癮患者^[11]。泌尿生殖道器械檢查、導尿、尿路梗阻引流、尿道侵害性藥物治療等均可導致泌尿道銅綠假單胞菌感染。消化道器械檢查、腹膜透析等可導致消化道感染，臨床表現(xiàn)為腹瀉，可伴發(fā)熱、頭痛、玫瑰疹等；白血病患者還可繼發(fā)壞死性腸炎和直腸周圍膿腫。中樞神經(jīng)系統(tǒng)感染以腦膜炎多見，常繼發(fā)于顱腦外傷、頭和頸部腫瘤手術后，或耳、乳突、鼻竇感染擴散蔓延，腰穿術或腦室引流后。銅綠假單胞菌骨關節(jié)感染主要由于血源性或鄰近組織感染蔓延所致，也可發(fā)生于手術、復合性骨折、大面積燒傷及穿透傷后，脊柱、骨盆及胸鎖關節(jié)為好發(fā)部位^[12]。銅綠假單胞菌皮膚軟組織感染常見于長期暴露于水環(huán)境中的人群、糖尿病患者、免疫功能低下以及敗血癥患者，臨床表現(xiàn)為綠甲綜合征、腳趾間感染、手足熱綜合征、耳部感染、壞疽性膿腫、皮下結(jié)節(jié)等^[13]。

銅綠假單胞菌感染的診斷

銅綠假單胞菌感染確診需取感染部位標本進行細菌培養(yǎng)，根據(jù)微生物特性進行鑒定可確立診斷。對于疑似尿路感染或泌尿系感染的患者，應進行尿培養(yǎng)。對于疑似下呼吸道感染的患者，應進行痰培養(yǎng)^[5]。對于疑似皮膚軟組織感染患者，應行血液培養(yǎng)、分泌物培養(yǎng)或皮膚活檢拭子等^[14]。檢測銅綠假單胞菌傳統(tǒng)方法為細菌培養(yǎng)和微生物形態(tài)檢驗等，疑似菌落的鑒定可以使用現(xiàn)代技術快速進行，如基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時間質(zhì)譜（MALDI-TOF-MS）^[14]。

銅綠假單胞菌為條件致病菌，當患者出現(xiàn)細菌感染的臨床表現(xiàn)，同時有銅綠假單胞菌感染的危險因素，如長期應用激素、免疫抑制劑、惡性腫瘤化療、中性粒細胞減低或缺乏等導致患者免疫功能低下，侵入性治療（氣管切開、留置導尿管等），皮膚黏膜破損，慢性肺部疾病、糖尿病、腎功能不全等嚴重基礎疾病^[15,16]，應盡早取感染部位標本以明確診斷。

銅綠假單胞菌感染的治療

銅綠假單胞菌對多種抗生素表現(xiàn)出固有耐藥或獲得耐藥性，因此銅綠假單胞菌感染的治療具有挑戰(zhàn)性。針對銅綠假單胞菌的治療應評估銅綠假單胞菌多重耐藥的可能性，應首先考慮醫(yī)療機構(gòu)微生物的耐藥情況、感染部位以及患者是否存在以下危險因素，包括：重癥監(jiān)護室住院，長期臥床，侵入性操作，廣譜抗生素使用，糖尿病，外科手術，長期住院，耐碳青霉烯銅綠假單胞菌感染史，氣管切開^[17]。

針對銅綠假單胞菌感染的治療最主要的是各種抗生素，首選藥物為β-內(nèi)酰胺類藥物，如酶抑制劑復合制劑（哌拉西林/他唑巴坦、頭孢哌酮/舒巴坦）、頭孢菌素類（頭孢他啶、頭孢吡肟）和碳青霉烯類（美羅培南、亞胺培南）。氟喹諾酮類（有抗銅綠假單胞菌作用的藥物有環(huán)丙沙星和左氧沙星）和氨基糖苷類（常用藥物有阿米卡星、慶大霉素、妥布霉素、異帕米星、奈替米星和依替米星）可在β-內(nèi)酰胺類藥物過敏或其他原因不能使用時采用，或作為聯(lián)合治療用藥。多黏菌素類藥物主要用于泛耐藥菌株的治療，或用于全耐藥菌株的聯(lián)合治療。銅綠假單胞菌感染的治療需要根據(jù)具體情況決定，輕癥或敏感菌感染患者可以采用單藥治療，但應避免選擇近期內(nèi)患者曾經(jīng)使用過的藥物；而重癥或耐藥菌株感染患者常需要聯(lián)合治療^[1]。面對銅綠假單胞菌多重耐藥性的問題，近年來不斷尋找新的治療方法，有研究表明PAβN、CCCP、NMP等多種外排泵抑制劑協(xié)助抗菌藥物治療^[18]。新開發(fā)的抗菌藥物，如頭孢菌素或單環(huán)內(nèi)酰胺與β-內(nèi)酰胺酶抑制劑組合（頭孢地爾、頭孢他啶/阿維巴坦、Ceftolozane/他唑巴坦），碳青霉烯類藥物及復合制劑（多利培南和亞胺培南/瑞來巴坦）和外膜蛋白靶向藥等有望為銅綠假單胞菌感染的治療提供幫助。

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