肺炎克雷伯杆菌感染的临床流行病学、危险因素、防控策略

肺炎克雷伯菌

2021年12月的Front Microbiol对肺炎克雷伯杆菌的感染的临床流行病特征、危险因素及防控进行了综述。

前言

    肺炎克雷伯菌是一种有荚膜，不能活动的兼性厌氧革兰阴性菌。1875年，Edwin Klebs首次在一例肺炎患者的气道分泌物中分离得到，后来1882年由Carl Friedländer首次描述，因此该细菌一度被称为Friedländer菌。克雷伯菌属包括臭鼻克雷伯菌、克雷伯菌鼻硬结亚种、肺炎克雷伯菌，后者是重要的机会性和医源性病原体，具有重要的临床意义。克雷伯氏菌在人类鼻腔和消化道中定植，一般不会引起任何症状性疾病，当宿主免疫无法控制病原体生长时定植菌可能会引起感染，如合并糖尿病、接受糖皮质激素治疗或接受器官移植。该文章将从肺炎克雷伯菌生物学及其发病机制、防控策略等关键问题上进行综述。

流行病学特征

定植和感染

  克雷伯氏菌在自然界大量存在，常见于土壤、水喝其他物体表面。肺炎克雷伯菌在人体中常定植在各种黏膜表面，包括上呼吸道和肠道，定植的比例因人们居住的环境和生活习惯的不同而有很大的差异。最新的研究表明，克雷伯氏菌在亚洲人群中的定植率为18.8-87.7%，在西方国家中的定植率在5-35%。在非医院环境中，克雷伯氏菌在粪便中的携带率在5-38%，在鼻咽部的定植率为1-6%，其极少在皮肤上定植，且大多都是短暂的定植而不长久。而在医院环境中，其在鼻咽部的定植率升高至19%，在胃肠道中可高达77%。因此胃肠道定植肺炎克雷伯菌是细菌传播和感染其他部位的主要感染源。Selden等人的研究表明肺炎克雷伯杆菌感染时胃肠道定植菌的血清型和致病菌相似。最新的研究也证实了肺炎克雷伯菌定植菌和感染致病菌之间的关系。在一项纵向研究中，共纳入1765例胃肠道有克雷伯氏菌的定植的患者，追踪3个月，评估其呼吸道、泌尿道及血流感染情况，结果表明406例患者中有21例（5.3%）发生了感染，而没有定植者中只有1.3%发生了感染。基因测序揭示大部分克雷伯氏菌感染都源自其自身定植菌。

  Gorrie等人在分析498例ICU患者肺炎克雷伯菌定植和感染易感性之间的关系时，同样发现了，定植组患者有16%发生了感染，而没有定植者感染肺炎雷伯菌的比例只有3%。全基因组测序显示，患者的感染致病菌来自定植菌。从基因组的角度来看，这些研究表明胃肠道定植微生物群是医院性肺炎克雷伯菌感染的主要来源，其中80%的感染都是定植菌来源的。从定植到感染，主要是由于潜在疾病或免疫调节障碍引起宿主防御受损。为了支持这一观点，Lee等人在分析101例确诊克雷伯菌血症患者时发现36%合并糖尿病，26%患有恶性肿瘤。

      区分定植和感染一直是困扰临床医生和研究人员的主要问题，这也使得后续的干预策略变得困难，以下列出了几个可区分定植和感染的因素：

01

血培养阳性则提示感染，呼吸道、尿道、消化道相对有菌，可能有肺炎克雷伯菌的定植，但血液是无菌环境；

02

结合患者临床症状、体征、实验室检查、影像学检查。如患者表现为发热、咳嗽、咳痰且血白细胞升高、影像学上有肺炎表现则诊断肺炎克雷伯菌呼吸道感染而非定植

03

患者如基础合并有COPD、糖尿病、心脏疾病、器官移植或近期有激素或抗生素用药史，如肺炎克雷伯培养阳性仍考虑感染可能。总之肺炎克雷伯菌感染大部分来自自身定植菌易位，结合临床表现和病原学结果可鉴别感染还是定植。

高毒力肺炎克雷伯菌

高毒力肺炎克雷伯菌（hvKP）常在社区环境中感染相对健康人群，常表现为多个器官受累。hvKP在台湾一例肺炎并发肝脓肿、脑膜炎及眼内炎的患者被首次报道，该株细菌具有超粘液性表型（拉丝试验> 5 mm）因此也被称为超粘液性肺炎克雷伯菌。可通过质粒上独特的序列将其和普通肺炎克雷伯菌株区分开来。这些菌株的高毒力在一些动物模型中得到描述，如50%致死剂量（LD50）低至103个菌落。超粘液表型是由其中一些菌株中的特异性质粒合成的。据此认为Friedlander在1882年分离出的第一个菌株是hvKP，因其具有高致病性，可感染身体多个部位。然而，随后的研究表明并非所有的hvKP都具有高粘液表型，而且一些普通的肺炎克雷伯菌也可以具有高粘液型，因此提示超粘液表型液可存在于非高毒力的克雷伯菌菌株中。目前，欧洲、亚洲和美国菌右hvKP的病例报道。

      北美首例hvKP感染病例是一名38随非裔美国人，表现为头痛和发热，诊断为hvKP感染的肝脓肿，并发眼内炎和脑膜炎（见表1）。纽约的Elmhurst医院对56例肝脓肿进行回顾分析，其中36%患者由hvKP感染所致，影像学检查、血培养或肝脓肿抽吸液体培养证实。随后出现越来越多hvKP感染报道，且肺炎克雷伯菌感染后的多器官累及（如肝脓肿、菌血症、脑膜炎、眼内炎、坏死性筋膜炎）的报道也越来越多，这些均表明hvKP的患病率很高，亟需全球关注和重视。hvKP感染最早的临床线索包括培养阳性的患者出现肝脓肿、菌血症。因其病死率高，早期诊断早期治疗尤为重要。

碳青霉烯类耐药肺炎克雷伯菌

病原体可通过多种机制对抗生素产生耐药，包括产𝛃内酰胺酶、易感外膜蛋白的丢失、靶点的改变、生物膜形成、外排泵、整合子。病原体暴露在低于致死浓度的抗生素中会产生耐药。除临床滥用抗生素外，人们在日常生活中也会经常接触到多种非医用抗菌药物，包括肉类产品中的家禽接触抗生素导致病原体耐药性增加。在临床和非临床中抗生素的使用增加和临床分离到的耐药菌数量增加有关，包括碳青霉烯类耐药肺炎克雷伯菌（CRKP）。

        近年来，碳青霉烯类抗生素在临床中的广泛应用增加了肺炎克雷伯菌对碳青霉类的耐药性。自20世纪90年代以来，CRKP逐渐在世界范围内流行，且感染病死率很高（见表2）。病原体对碳青霉烯类抗生素耐药是导致院内感染患者死亡的独立危险因素。肺炎克雷伯菌对碳青霉烯类耐药的机制主要是产Ambler A类碳青霉烯酶（即KPC酶）、B类（金属酶NDM、VIM、IMP）和D类（OXA）。

表2. 首次报道的碳青霉烯类耐药肺炎克雷伯菌（CRKP）

        KPC的编码基因为blaKPC，可通过基于Tn3的转座子Tn4401由质粒在不同肺炎克雷伯菌中转移，blaKPC也可以传播给其他细菌，如肠杆菌和铜绿假单胞菌。携带blaKPC的肺炎克雷伯菌近年来在全球范围内均有被分离到。1996年，第一株blaKPC肺炎克雷伯菌在卡罗莱纳州北部的一家医院被分离出来，并通过ICARE计划提交给CDC。2005年法国报道了首例CRKP，即一例80岁患者前列腺癌转移的患者。这些病例都表明blaKPC-肺炎克雷伯菌在全球各大洲间传播。

  新德里金属-β-内酰胺酶 1 (NDM-1) 肺炎克雷伯菌是一种新出现的高度耐药细菌，可产NDM-1酶分解β-内酰胺类抗生素，属于Ambler B类碳青霉烯酶。携带NDM-1基因的病原体被认为是“超级细菌”，因为它们对几乎所有已知抗生素耐药。而且耐药基因不仅存在细菌基因组中，还存在在质粒中。因此最初敏感菌株可能会迅速通过基因水平转移传产生耐药。首例NDM-1肺炎克雷伯菌在一例患有II型糖尿病、多次卒中的59岁印度男性中分离得到，该患者是一名瑞典居民曾多次到访印度。2008/1/9首次在尿液样本中分离到此菌，当时患者没有明显的尿路感染症状。迄今为止，包括中国、澳大利亚、美国、加拿大、欧洲和非洲在内的世界各地菌有NDM-1肺炎克雷伯菌的报道。

    OXA-48是一种blaOXA-48基因编码的Ambler D类碳青霉烯酶，近年来在肠杆菌科细菌中的报道也越累越多。这种酶虽然对β-内酰胺酶活性较弱，但能水解青霉素，不能被β-内酰胺酶抑制剂抑制。它可通过基于Tb199的质粒在细菌中广泛传播，该质粒包含blaOXA-48基因，两侧是IS1999序列。2001年OXA-48首次在土耳其的肺炎克雷伯菌中被发现，其对几乎所有β-内酰胺类药物耐药，包括青霉素、头孢菌素、单环内酰胺类和碳青霉烯类抗生素。进一步分析表明，SHV-2a、TEM-1、OXA-47的表达使对抗生素敏感的细胞外膜蛋白消失，从而导致它们对各类抗生素产生耐药。随后OXA-48菌株在土耳其的不同地区爆发。除土耳其外，其他欧洲国家、美洲、亚洲、大洋洲、非洲也有OXA-48菌株的报道。值得注意的是，表达OXA-48的菌株对碳青霉烯类抗生素产生低水平耐药性，因此很难识别OXA-48酶的存在，从而可能低估其实际分离率。

        外排泵的过表达、外膜蛋白的通透性降低以及β-内酰胺酶的产生也是CRKP重要的耐药机制。碳青霉烯类抗生素被认为是对抗耐药菌的最后一道防线，但可怕的是CRKP可通过各种方式来进行基因水平转移将耐药性传递给其他细菌导致其产生耐药。特别是名为ST11 CR-HvKP菌株，其高毒力、对碳青霉烯类耐药，对我们控制肺炎克雷伯菌提出了重大挑战。ST11 CR-HvKP感染肺部引起肺炎，入侵血液和其他器官，可在相对健康的患者中引起无法治愈甚至致命的感染。

危险因素

  感染肺炎克雷伯菌的危险因素由多种因素决定，包括病原体因素（如毒力因子、耐药性）、宿主因素（如遗传、年龄、免疫状态）、外在因素（如抗生素使用、环境暴露、营养状况、酗酒情况）及其他。

    各种毒力因子已被证明可协助肺炎克雷伯菌的传播，包括荚膜、脂多糖、粘附素、铁载体，这些毒力因子在CRKP或hvKP中更常见，可引起多种免疫反应，且和hvKP的相关表型有关。

     宿主为细菌提供营养和庇护，同时有效的免疫系统可控制细菌繁殖防止感染发生。可使易感性增加的有关宿主因素包括遗传、年龄、基础疾病。Vered等人采用数量性状基因座（QTL）和协同交叉（CC）小鼠来研究宿主对肺炎克雷伯菌的易感性，并且确定了肺炎克雷伯菌的宿主候选基因，包括Ctnnal1、Actl7a、Actl7b 和 Bag4。新生儿因免疫系统不发达、胃肠道黏膜屏障不成熟，尤其是早产儿或在ICU出生的新生儿，其感染的风险增加。另一方面，老年患者感染肺炎克雷伯菌后病死率最高。据统计，老年肺炎克雷伯菌死亡病例中30%是由于口咽部菌群误吸所致。中位年龄在60岁以上的患者研究显示约17.4%的社区肺炎和6.5-11.6%院内肺炎都是肺炎克雷伯菌感染所致。此外，糖尿病、恶性肿瘤、肝胆系统疾病、COPD、肾功能衰竭、营养状况均是感染的危险因素，这些因素通常在老年患者中常见，使老年患者感染风险增高。

    外部因素包括糖皮质激素和抗生素、化疗药物、移植、血液透析、住院、ICU住院、个体习惯、有创医疗操作（包括内窥镜、皮下注射、经皮手术、植入手术）。这些操作中许多都可能破坏定植菌所在部分的粘膜屏障的完整性从而导致病原体易位引起感染，或者也可能直接将病原体带入体内，如气管插管。

防控策略

感染源控制

  识别和清除肺炎克雷伯菌感染源可有效避免感染发生，然而感染源的识别和清除仍非常具有挑战。目前大多数医院筛查肺炎克雷伯菌的主要方法仍是标本培养。目前已有一些分子学检测方法的报道，如通过多重PCR的方法来鉴定染色体基因如blaSHV、blaLEN、blaOKP及其侧链基因（deoR）。控制hvKP和CRKP的来源至关重要。Carb NP检测和分子鉴定方法已用于筛查产糖酶的肠杆菌科细菌，尤其是无症状的CKPK携带者。

   普及筛查、鉴定、教育和多因素干预对从源头控制肺炎克雷伯菌传播至关重要（见图1）。应通过及时识别感染患者并遵循标准预防措施进行接触防护，包括防护服、手套、口罩等个人防护用品。应尽可能追踪，以尽量减少在医院和社区环境中与未感染对象的进一步接触。手卫生教育对医务人员也很重要。应根据指南和原则严格规范使用抗生素，特别是初始经验治疗。hvKP和CRKP的治疗应遵循特定的治疗指南。应尽可能遵循合理和规范的抗生素使用，包括适应症、剂量足、疗程足、谨慎更换抗生素以及其他干预措施（如手术引流和植入物移除）。此外，应尽量减少在医疗环境和牲畜饲养过程的抗生素滥用。在非人类环境中控制抗生素的使用有助于限制 CRKP的来源。

图1. 危险因素和防控措施

    如上所述，洗手是预防病原体传播最关键和最实用的措施。在医护人员身上可分离到克雷伯氏菌、金黄色葡萄球菌、艰难梭菌和其他革兰阴性菌。医护人员的手可能因接触患者或医院环境无力表面而被污染。

    应尽量避免或减少侵入性手术及留置操作（包括中心静脉导管、气管插管），或者尽可能缩短留置时间。

       对于置管患者，应筛查置管部位如皮肤、尿液、痰液及伤口分泌物中是否存在细菌病原体。通过监测接触隔离依从性及标本培养结果来阻断患者之间病原体的传播，应与医务人员积沟通以便其在意外传播的情况下作出恰当及时的决定。对CRKP或HvKP应采取接触隔离，尤其是高风险人群及和感染者密接人群。高危患者应在入院时进行筛查，住院期间也应定期筛查hvKP及CRKP。对于传播风险低的患者、和CRKP/hvKP有密接的人，应采取标准接触预防措施。对于监测结果尚未确定的情况，可采取先发制人的接触预防措施，尤其是从已知有HvKP或CRE的医院转院来的患者。

宿主防御和易感人群保护

 肺炎克雷伯菌胞外有多糖覆盖，包括荚膜和脂多糖（LPS），是疫苗及宿主免疫的理想候选抗原。针对荚膜多糖的抗体和疫苗正在研发中，但目前面临的困难是肺炎克雷伯菌有77种不同的荚膜和9种不同的LPS血清型。筛选高度保守的抗原开发具有全面覆盖、对不同菌株具有广泛保护作用的抗体或疫苗至关重要。

    其他提高免疫力的方法包括维持健康的生活方式，包括定期锻炼、保证足够的睡眠、戒烟、健康饮食（包括水果和蔬菜的摄入）。因其高度耐药，应探索其他替代疗法，噬菌体疗法是一种新的治疗方法可替代或辅助传统的抗生素疗法。目前的阶段治疗已显出了许多优势，包括特异性高、效率高、副作用少、成本低。

    肺炎克雷伯菌的抗生素方案通常取决于细菌培养和药敏结果。对于有坏疽、脓肿、脓胸的患者，应行手术或介入治疗。对于社区获得性肺炎，经验抗菌治疗应覆盖可能的革兰阴性菌，单用三代头孢菌素或喹诺酮类药物，或与氨基糖苷类联合使用至少2周。对于院内获得性肺炎克雷伯菌感染，应单用或联合选用适当的抗生素治疗14天，包括亚胺培南、三代头孢菌素、喹诺酮类药物或氨基糖苷类抗生素。如患者疗效反应迅速可静脉使用喹诺酮类。对于产超广谱𝛃内酰胺类（ESBL）菌株可考虑碳青霉烯类抗生素，对于产碳青霉烯类菌株可选用粘菌素、替加环素、静脉应用磷霉素。

结语

  总之，肺炎克雷伯菌是呼吸道感染的重要病原体，通常会引起严重肺炎及多器官感染，包括尿路感染、脑膜炎、脓毒症、胆道感染，病原体通过污染呼吸器、雾化器或导管等各类管路进入体内，还有一部分定植菌易位。近年来，hvKP和CRKP的出现已成为临床实践中的一大挑战，未来需要进一步研究来探索毒力、耐药的决定因素、遗传谱系信息、传播机制、有效的诊断方法、潜在的抗菌治疗靶点、预防措施，从而减少肺炎克雷伯菌感染的发生、传播，降低其发病率和死亡率。