百日咳病原新认识及其抗感染策略

本文作者：华春珍¹ 王传清² 杨章女³ 黄丽素¹

作者单位：1. 浙江大学医学院附属儿童医院感染科 国家儿童健康与疾病临床研究中心（浙江杭州 310052）；2. 复旦大学附属儿科医院医院感染控制科，临床检验中心细菌室（上海 201102）；3. 浙江省疾病预防控制中心微生物检验所（浙江杭州 310052）

本文发表于《临床儿科杂志》2024年第42卷第6期

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华春珍, 王传清, 杨章女, 黄丽素. 百日咳病原新认识及其抗感染策略[J]. 临床儿科杂志, 2024, 42(6): 480-484 DOI:10.12372/jcp.2024.24e0513

HUA Chunzhen, WANG Chuanqing, YANG Zhangnyu, HUANG Lisu. New insights into the pathogen of pertussis and strategies for antibacterial infection[J]. Journal of Clinical Pediatrics, 2024, 42(6): 480-484 DOI:10.12372/ jcp.2024.24e0513

摘要：百日咳是由百日咳鲍特菌感染引起的急性呼吸道传染病，本病历史悠久，任何年龄段的人群均可感染发病。百日咳再现已成为引起高度关注的全球性问题，包括我国在内。2022年起至今，我国报告百日咳病例数上升迅猛。当前百日咳鲍特菌流行株的主要抗原（百日咳毒素）的基因型已发生改变，相应抗原与疫苗株不同而产生免疫逃逸，是当前百日咳再现的重要原因之一。百日咳鲍特菌目前普遍对大环内酯类抗生素耐药是临床治疗失败的重要原因，因此不再推荐其作为百日咳抗感染治疗的首选用药。2月龄以上无磺胺禁忌症的患儿，百日咳卡他期和痉咳期推荐复方磺胺甲噁唑口服作为首选抗感染方案；对2月龄以下或症状危重的患儿，推荐哌拉西林或头孢哌酮-舒巴坦静滴治疗。改良或研发与流行株抗原一致的新一代百日咳疫苗将是提升易感人群免疫保护力、控制本病流行的长远策略。

关键词：百日咳；再现；免疫逃逸；大环内酯类抗生素；疫苗

百日咳是由百日咳鲍特菌感染引起的急性呼吸道传染病，本病历史悠久，任何年龄段的人群均可感染发病。儿童患病后咳嗽剧烈持久，危害性最大，典型的临床表现为进行性加重的阵发性痉挛性咳嗽，伴咳嗽末深长的吸气性吼声，咳嗽日轻夜重，未经治疗者可迁延不愈达百天，故称“百日咳”。小婴儿和新生儿临床症状可以不典型，且容易发展成危急重症，甚至引起死亡^[1]。

1   百日咳在全球的流行概况

本病在全球疾病负担沉重。百日咳疫苗使用前，全球每年报告百日咳病例数3000~4000万例，其中死亡儿童超过300万例^[2-3]。全球推广百日咳疫苗接种后，到20世纪90年代初，百日咳年报告病例数下降至最低的20万例左右^[4]，之后全球百日咳发病率一度维持在很低水平。然而，从20世纪90年代末开始，一些国家陆续出现百日咳发病率的再次上升，甚至暴发流行的现象，被称为“百日咳再现”。1993年美国首次报道百日咳再现问题^[5]，到2012年美国报告该年度百日咳病例数达48277例，发病率超过10/10万，达到美国近50年的最高报告水平。其他国家和地区也相继报道百日咳疫情回升。世界卫生组织在2017年的研究数据显示，全球每年5岁以下儿童罹患百日咳者估计高达2410万例，死亡16.07万例^[6]，百日咳再现已成为引起高度关注的全球性问题。我国百日咳的流行特点与国外类似，疫苗使用前，我国报告百日咳年发病率在100/10万以上，高发年份每年病例超过200万例，年度报告死亡约1万例^[7]。1978年我国开始在全国范围内广泛接种百日咳疫苗，之后百日咳报告病例大幅下降，到20世纪90年代末发病率已降至1/10万以下。2006—2013年全国报告病例数每年都不到3000例，2013年全国百日咳发病率为0.13/10万，之后缓慢上升，到2019年发病率达2.15/10万，增幅超过2013年的15倍^[8]。2020—2021年受新冠疫情冲击百日咳病例数回落明显，但2022年后百日咳发病率再次回升至疫情前状态，且自2023年底至今，中国报告百日咳病例数上升迅猛，仅2024年1~3月我国病例数高达58990例，较2023年同期上升数10倍^[9]。

2  病原菌及其抗原变异

百日咳鲍特菌是革兰阴性、专性需氧的小球杆菌，无鞭毛，在体外对物理和化学因素的抵抗力较弱，对紫外线和一般消毒剂很敏感。56℃条件下30分钟灭活，在阳光下曝晒1小时或干燥环境3~5小时可致其死亡。该菌在体外生存能力较弱，在医疗机构的病区，由于有正规消毒措施，病原菌相对容易控制，规范管理能有效避免院内感染或交叉感染。近距离接触时佩戴口罩也有助于防范病原菌在个体间传播。棉签等天然材质可抑制百日咳鲍特菌生长，采集标本时应选择藻酸钙拭子，标本采集后尽量在2小时内完成接种，有助于提高培养阳性率。该菌属于可养菌，对营养要求高，在普通培养基上不生长，需用碳琼脂选择性培养基才能成功培养。百日咳鲍特菌生长相对缓慢，培养通常需要3~5d，而经过抗菌药物治疗的患者，原始标本初始培养至肉眼可见的菌落需要更长时间。

百日咳鲍特菌产生多种毒力因子，包括大量毒素和生物活性产物，在其发病机制和免疫反应中起着至关重要的作用。最重要的毒力因子是百日咳毒素（pertussis toxin，PTx），它是一种可溶性复杂蛋白毒素，通过促进百日咳鲍特菌在呼吸道黏膜定植、加重气道炎症反应并延长炎症持续时间、抑制缓激肽受体而促进阵发性痉挛性咳嗽发作、诱导循环淋巴细胞增多导致高淋巴细胞血症等机制致病^[10-11]。PTx由1个活性亚基A和5个结合亚基B组成，是百日咳疫苗的重要抗原。当前国内外普遍应用的无细胞百日咳疫苗是由数种纯化的百日咳鲍特菌抗原，包括PTx、丝状血凝素（FHA）、百日咳黏附素（Prn）和菌毛蛋白等以不同浓度吸附于不同的佐剂上制成，疫苗株的基因型为ptxA2-ptxP1-prn1-fhaB。但是随着百日咳疫苗的广泛接种，特别是在使用无细胞疫苗的国家，在疫苗的选择性压力下百日咳鲍特菌流行株发生进化，与疫苗株的抗原出现较大差异。目前研究发现，多数流行株PTx的A亚基为非疫苗型等位基因ptxA1^[12]，启动子ptxP3逐渐占优势^[13-15]。此外，在使用无细胞疫苗的特定人群中还出现了prn缺陷菌株流行^[16]。这些主要抗原基因的变化可能是百日咳鲍特菌在疫苗压力下产生免疫逃逸的主要途径。

3  百日咳鲍特菌的耐药问题

通常认为，百日咳鲍特菌对红霉素等大环内酯类抗生素高度敏感，罕有耐药发生。大环内酯类抗生素被国内外各种指南推荐为治疗百日咳的当然首选药物。长期以来，百日咳的抗感染策略已经在临床医师中形成思维定势，即百日咳的治疗必须用大环内酯类抗生素。1994年美国首次报道了对大环内酯类耐药的百日咳鲍特菌感染病例^[17]，但这种耐药属于个案，之后数十年欧美地区百日咳鲍特菌对大环内酯类药物仍保持较高敏感性^[18]。有研究回顾性分析我国20世纪50年代至 2008年临床分离的百日咳鲍特菌，也未发现对大环内酯类耐药的菌株^[19]。可见，中国大环内酯类耐药百日咳鲍特菌是后来在抗生素选择性压力下形成的。2011年国内首次在无症状学龄儿童中发现大环内酯类耐药百日咳鲍特菌^[20]，随后国内关于百日咳鲍特菌耐药性的研究，均提示菌株对红霉素等大环内酯类抗生素呈较高水平耐药，不同地区研究中耐药率为36.4%~90%不等，且大环内酯类耐药株同时对克林霉素交叉耐药^[21-24]。关于百日咳鲍特菌药敏试验，目前尚未建立标准化的操作指南，参考其他细菌的操作方法，多采用纸片扩散法和E-test法，培养基选择不加头孢氨苄的炭琼脂培养基，培养72小时读取不同药物最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration，MIC）或抑菌圈直径。结果判读尚无公认的折点值标准，目前多数研究建议将红霉素纸片扩散法的抑菌圈直径>22mm、MIC≤0.5mg/L判定为对红霉素敏感^[25-26]。中国的菌株体外E-test法药敏结果提示大环内酯类抗生素对百日咳鲍特菌有 MIC>256mg/L 和MIC≤0.5mg/L两种状态，罕有MIC值处于1~128mg/L的中间状态，判为体外耐药的菌株实际上是纸片扩散法无抑菌圈或MIC>256mg/L的菌株^{[13,19,21-23]}。百日咳鲍特菌对第一代头孢菌素耐药，所以该菌的选择性培养基以头孢氨苄为添加剂。文献建议^[25-26]，该菌对大多数β内酰胺类抗生素的折点值：MIC<1mg/L为敏感，MIC1~4mg/L为中介，MIC>4mg/L为耐药。对于复方磺胺甲噁唑，MIC<1mg/L（以甲氧苄啶的等效浓度计算）或纸片扩散法的抑菌圈直径>27mm时，可判定为敏感^[25-26]。但上述推荐折点值对临床用药的指导价值有待进一步研究。国内华春珍等^[21]比较多种抗生素对百日咳鲍特菌的体外抗菌活性，发现哌拉西林对126株菌株的MIC均<0.016mg/L，复方磺胺甲噁唑、氨苄西林、氨苄西林-舒巴坦、头孢呋辛、头孢曲松和头孢哌酮-舒巴坦的MIC90分别为0.38、0.25、0.19、12、0.19和0.047mg/L，按照推荐的折点值，除外头孢呋辛，其他几种抗生素都应对百日咳鲍特菌敏感，但临床治疗研究发现，哌拉西林和头孢哌酮-舒巴坦对体内鼻咽部的百日咳鲍特菌有很好的清除作用，但其他β内酰胺类抗生素的效果相对较差^[27]。建议临床研究抗生素对百日咳鲍特菌体外药敏结果时以MIC50和MIC90数值描述更为客观。例如浙大儿院对后续近1200株百日咳鲍特菌进行体外药敏试验，发现哌拉西林对几乎所有菌株的MIC均<0.016mg/L（资料尚未发表），该结果比敏感率100%更能说明该抗生素对该菌的抗菌活性强大。总之，上述抗生素对百日咳鲍特菌药敏试验标准折点值的界定仍有待研究和完善。

百日咳鲍特菌对大环内酯类抗生素耐药的机制，主要是其23S rRNA基因中心环V结构域发生A2047G突变导致大环内酯类抗菌药物与作用位点亲和力下降^[28]。百日咳鲍特菌培养相对较难，在未掌握分离培养技术的实验室可采取直接检测疑似感染患者鼻咽拭子中百日咳鲍特菌特异性基因及23s rRNA基因2047位点等位基因，来快速诊断患儿是否受大环内酯类耐药鲍特菌感染^[29]。

4  抗感染治疗策略

临床诊断或病原学诊断为百日咳的所有卡他期和痉咳期患儿，均需要抗菌药物治疗，目的是清除患儿鼻咽部的细菌，消灭传染源；疾病早中期治疗能明显减轻患儿的临床症状，缩短百日咳病程^[21]。因此对病程3周内疑似百日咳的患儿，尤其是重症高风险人群，应在权衡利弊和充分沟通的基础上决策抗菌药物治疗。

4.1 抗菌药物治疗选择

4.1.1 复方磺胺甲噁唑 对百日咳鲍特菌具有良好的体内外抗菌活性，可作为2月龄以上患儿口服治疗的首选用药。剂量25mg/(kg·次)，每12小时口服1次，疗程一般14d。服药期间警惕肾损伤，建议多喝水，治疗期间或结束随访尿常规，必要时评估肾功能。复方磺胺甲噁唑使用过程中皮疹的发生率较高，出现较严重皮疹应予停用。本药禁用于G-6-PD酶缺乏、肾损伤、对磺胺甲噁唑-甲氧苄啶严重过敏的个体。

4.1.2 β内酰胺类抗生素 重症百日咳和2月龄以下小婴儿的静脉抗感染治疗，推荐哌拉西林和头孢哌酮舒巴坦。哌拉西林推荐剂量50mg/(kg ·次)，q8h使用，该药可同时覆盖儿童百日咳容易混合的细菌感染，如肺炎链球菌、流感嗜血杆菌、卡他莫拉菌感染。疗程1~2周，病情好转和年龄达到2月龄后可考虑复方磺胺甲噁唑口服。头孢哌酮 -舒巴坦推荐剂量为40~50mg/(kg·次)，q12h使用。

4.1.3 大环内酯类抗生素 红霉素、阿奇霉素等大环内酯类抗生素曾经是治疗百日咳历史沿袭的首选药物，但近年中国的百日咳临床株对大环内酯类抗生素高水平耐药，且大量接受过1周以上红霉素、阿奇霉素治疗的患儿依旧从鼻咽部培养到百日咳鲍德特菌，因此不再推荐其作为首选用药。《中国百日咳诊疗和预防指南（2024版）》也首次不再强调大环内酯类抗生素在百日咳治疗中的首选地位^[30]。临床经验表明，即便进入痉咳期的患儿，敏感抗生素治疗仍能减轻大多数患儿的症状^[21]，多数在治疗后3~5d症状改善，若大环内酯类初始治疗过程中病情明显进展或3~5d后症状无明显改善，或治疗1周以上百日咳鲍特菌培养依旧阳性，应调整抗生素。如果明确是大环内酯类抗生素敏感的百日咳鲍特菌感染，或红霉素、阿奇霉素、克拉霉素经验治疗有效者可继续选择同种大环内酯类抗生素治疗，疗程通常需要2周^[26]。不同大环内酯类抗生素对百日咳鲍特菌体外药敏结果高度一致，临床可根据药物的可及性、患儿的依从性酌情选择1种。指南优先推荐阿奇霉素^[30]。阿奇霉素优先选择口服给药，口服不能耐受，选择静脉给药 ；剂量10mg/(kg·d)，疗程5d，第2疗程可停药3~4d后续用，连用3d^[27]。儿童红霉素剂量10~15 mg/(kg·次)，最大剂量不超过2g/d，3次/d。克拉霉素（口服）：≥1月龄儿童7.5mg/(kg·次)，最大剂量不超过1g/d，疗程7~14d，不推荐用于新生儿。

4.2 抗感染疗程

百日咳鲍特菌属于分裂增殖较缓慢的细菌，有效抗感染疗程一般需2周，过早停药可致百日咳复燃。治疗过程中建议每隔5~7天做DNA检测或细菌培养，病原学检测阴性复学或解除隔离更为安全。若有效抗生素治疗7天以上、临床症状明显好转、病原学检测依旧阳性者，复学时建议佩戴口罩并继续抗感染治疗。经抗感染治疗后鼻咽部分泌物百日咳鲍特菌培养依旧阳性的患者，其传播疾病的能力有待进一步研究。抗体IgG检测有助于了解患儿感染后是否产生免疫保护，不作为疗效评价的依据。今后若能研发基于胶体金法的百日咳抗原快速检测试剂盒，将会使百日咳的病原检测、监测和疗效评价更为便利。

4.3 密切接触者的抗菌治疗

百日咳是一个家庭成员聚集发病的疾病^[31]，成人感染症状较轻，容易被忽略。新生儿和小婴儿患者治疗时，应对家庭成员同时进行病原检测，病原学阳性者同步进行治疗。推荐复方磺胺甲噁唑口服作为首选方案，对复方磺胺高度过敏的个体可考虑氟喹诺酮类。对于与百日咳患者有密切接触、具有重症百日咳高风险因素的婴儿，应密切关注，必要时及时使用敏感抗菌药物进行预防，用药和疗程同治疗。

总之，百日咳再现是我国儿童感染领域面临的严峻问题。百日咳鲍特菌目前普遍对大环内酯类抗生素耐药是临床治疗失败的重要原因，因此不再推荐其作为百日咳抗感染治疗的首选用药。2月龄以上无磺胺禁忌症的患儿，百日咳卡他期和痉咳期推荐复方磺胺甲噁唑口服作为首选抗感染方案。对2月龄以下或症状危重的患儿，推荐哌拉西林或头孢哌酮-舒巴坦静滴治疗。当前百日咳鲍特菌流行株的主要抗原PTx基因型已发生改变，相应抗原与疫苗株不同而产生免疫逃逸，是当前百日咳再现的重要原因之一，改良或研发与流行株抗原一致的新一代百日咳疫苗将是提升易感人群免疫保护力、控制本病流行的长远策略。

参考文献：略。