不动杆菌生物膜耐药机制及防治进展

中华临床医师杂志(电子版)2014年3月第8卷第5期ChinJClinicians(ElectronicEdition),March1,2014,Vol.8,No.5·970··综述·鲍曼不动杆菌生物膜耐药机制及防治进展王丽英王凌峰【摘要】目前，鲍曼不动杆菌的多重耐药性在世界范围内暴发流行并有愈演愈烈的趋势，尤其在重症监护病房及烧伤病房，泛耐药鲍曼不动杆菌被称为21世纪革兰阴性菌的“MRSA”、“超级细菌”，近几年研究表明这与致病菌形成生物膜有关。本文对近几年鲍曼不动杆菌感染现状、生物膜形成、耐药机制及其防治等方面的研究现状进行综述。【关键词】鲍氏不动杆菌；生物膜；耐药机制AcinetobacterbaumanniibiofilmresistancemechanismsandpreventionandcontrolofprogressWangLiying,WangLingfeng.DepartmentofBurn,TheThirdAffiliatedHospitalofInnerMongoliaMedicalUniversity,Baotou010110,ChinaCorrespondingauthor:WangLingfeng,Email:[e-mail]【Abstract】Atpresent,themultipledrugresistanceofacinetobacterbaumanniioutbreakworldwideandhasintensifiedthetrend,especiallyintheintensivecareunitandburnward,genericdrugresistantacinetobacterbaumanniiknownasthe21stcenturygram-negativebacteriumMRSA,uperbugs，inrecentyears,researcheshaveshownthatthisisassociatedwithpathogenicbacteriatoformbiofilms.Inthispaper,thestatusofacinetobacterbaumanniiinfectioninrecentyears,biofilmformation,resistancemechanismandsummarizedtheresearchstatusofpreventionandcure.【Keywords】Acinetobacterbaumannii;Biofilms;Resistancemechanisms鲍曼不动杆菌（Acinetobacterbaumannii，Ab）是非发酵糖的革兰阴性杆菌，普遍存在于自然界和人体，是医院感染最常见的机会致病菌之一。近年来在临床分离的致病菌中鲍曼不动杆菌逐年增多，在烧伤病房高达90%，且多重耐药菌株增多[1]。对常用抗生素的耐药率达84.96%[2]，鲍曼不动杆菌感染后死亡率逐年增高，在ICU患者中的死亡率达10%～43%[3]。美国疾病控制和预防中心的专家估计，65%的人类感染都与生物膜细菌感染有关。临床监测出42%的菌株能形成生物膜，其中73%鲍曼不动杆菌显示多药耐药性[4]。细菌在生长过程中为适应生存环境吸附于惰性或活性材料表面形成细菌生物膜[5]（bacterialbiofilm，BBF），生物膜是细菌与浮游状态相对应的生长方式，其生物学特性与浮游菌显著不同，其一、鲍曼不动杆菌生物膜的形成及耐药机制DOI:10.3877/cma.j.issn.1674-0785.2014.05.035作者单位：010110包头，内蒙古医科大学第三附属医院烧伤科内蒙古烧伤研究所[王丽英（2011级在读研究生）、王凌峰]通讯作者：王凌峰，Email:[e-mail]生长方式具有结构性、协调性和功能性，保护膜内的细菌，使抗菌药物难以发挥作用，从而造成感染慢性化或反复发作，难以治愈，甚至发展成脓毒症[6]。BBF的形成是一个动态过程，细菌首先要黏附于人体组织或物体表面，然后通过“酰化同丝氨酸内酯”[7]分子进行相互间的信息交流，引来同类细菌聚集，同时细菌分泌胞外多糖（extracellularpolysaccharide，EPS）形成微菌落，多个微菌落互相融合，形成彼此之间有液体通道相连的成熟的生物膜，成熟的生物膜部分脱落或释放浮游细菌，这些浮游菌遇适宜环境继续附着、成熟，形成生物膜。Feng等[8]使用一个自动流细胞系统与微流控通道连接到一个成像系统，清楚地观察到鲍曼不动杆菌生物膜在玻璃上的循环过程。上述阶段反复循环，造成反复感染。1.生物膜内细菌独特基因的表达：鲍曼不动杆菌生物膜内细菌有50%以上能表达与浮游细菌不同的特异性蛋白产物，产生生物膜独特表型。鲍曼不动杆菌的生物膜形成与金属离子、质粒、转座子和整合子等基因以及外膜蛋白的表达水平上调有关[9]，有报道称在生物膜的密闭系统中，生物信号诱导的基因表达水平可以提高20倍。鲍曼不动杆中华临床医师杂志(电子版)2014年3月第8卷第5期ChinJClinicians(ElectronicEdition),March1,2014,Vol.8,No.5·971·菌在生物膜状态下intI1mRNA的表达上调，Ⅰ类整合子与16SrRNA甲基化酶基因共同促进基因的移动、传播，使细菌高表达生物膜相关基因序列；鲍曼不动杆菌的基因csuC、csuD、csuE、ompA、blaPER-1、abaI[10]、菌毛合成系统的全部6个基因[11]、新的基因型ST25和ST78[12]在鲍曼不动杆菌生物膜黏附及形成起重要作用；向军等[13]提出鲍曼不动杆菌临床菌株生物膜形成能力和厚度增加可能与pgaB转录水平增高有关，且群体感应基因abal的表达可能提高pgaB基因的表达，从而导致细胞外基质和生物膜的形成，提高鲍曼不动杆菌耐药性；但有学者认为AbaI基因广泛存在于鲍曼不动杆菌临床菌株中，不是鲍曼不动杆菌生物膜形成的唯一决定因素[14]。膜蛋白Bap[15]的表达，其主要维持外膜的完整性；核糖核酸酶T2蛋白家族能促进鲍曼不动杆菌的黏附和能动性，促进生物膜的形成[16]。有人认为鲍曼不动杆菌生物膜形成能力与基因型之间无明显相关性，生物被膜的形成可能受其他遗传因素或环境因素调控[17]。鲍曼不动杆菌生物膜耐药机制产生的基因原因及与基因的关系，目前仍无最终结论，有待进一步研究。2.生物膜渗透屏障作用：EPS在生物膜的形成和发病机制起着重要作用，其主要成分藻酸盐与固定在生物膜上的抗生素水解酶共同作用，阻碍抗菌药物进入细菌内膜靶点，降低抗生素的抗菌作用[18]。EPS大多带负电荷，会吸收多肽链中带正电荷的氨基侧链，阻碍了亲水性的抗生素渗透入菌体，杀菌能力显著降低，这也是细菌形成生物膜后细菌不易被清除的原因。多重耐药菌株鲍曼不动杆菌存在O-糖基化（O-glycosylation）系统和胶囊合成，其在生物膜的形成，抵制抗生素至关重要，若PglC诱变，初始糖基转移酶阻止糖蛋白和胶囊的合成，导致异常的小鼠的生物膜结构和毒力减轻各菌体之前可以通过共享多糖来降低了细菌细胞的遗传和代谢负担，增强细菌活性[19-20]。3.生物膜内部生存环境改变：生物膜的典型特点就是营养物质浓度的微阶梯梯度，此特点同其抗药性息息相关。不少研究显示，鲍曼不动杆菌由于生物膜的存在，膜内缺乏营养和氧，致膜内外细菌生长速度不同，在使用抗生素治疗时，膜外生长快速的细菌最敏感，首先被杀死，膜内生长缓慢者敏感性下降，进入“冬眠”状态[21]，待药物停止作用后，残存细菌利用死亡细菌作为营养源迅速繁殖形成新的生物膜，使感染反复发作。另外，膜内外pH值也有显著差异，其主要原因是酸性代谢产物的积聚使药物的敏感性降低，渗透压的改变使细菌外膜蛋白的比例改变，致生物膜对抗生素的渗透性降低[22]。这些因素都可能是鲍曼不动杆菌导致多重耐药的重要原因。4.生物膜传感效应：细菌通过分泌一种或者几种小分子量的化学信号分子相互交流、感应、转运、协调群体行为，这一系列行为被称为群体感应（QuorumSensing，QS）。QS系统广泛分布于细菌中，呈现出多样性和复杂性。鲍曼不动杆菌生物膜的形成受由乙酰丝氨酸（N-acyl-homoserinelactones，AHLs）分子所诱导的QS系统的调节，通过单个细菌产生的AHL分子进行细菌间的信息交流，引起同类细菌的大量聚集。当细菌数达到临界水平，AHL成为有效的感应信号，促使大量多糖细胞间黏附素的产生，将微菌落包埋其中就形成了生物膜[23]。而Stacy等[24]证实鲍曼不动杆菌在衰减的群体感应中使用的是非N-酰基丝氨酸内酯，细菌通过QS系统可以在同种间进行相互协调，也能感知其他种间细菌数量来调控自身行为，不同菌种间相互影响，造成多重感染。Liou等[25]证实传感器激酶BfmS也与生物膜形成相关，当传感器激酶BfmS缺乏时，生物膜的形成明显减少，这为进一步研究防治生物膜提供了一个新的理论。5.免疫逃避：鲍曼不动杆菌形成生物膜后可以逃避机体的免疫作用，表现在其形成生物膜后由它诱导的补体转化、中性粒细胞呼吸、巨噬细胞吞噬作用都显著地降低[26]，使生物膜中鲍曼不动杆菌得以在藻酸盐的庇护下生长而不易被清除；同时生物膜细菌可刺激机体产生更多的抗体，易与相应的可溶性抗原形成免疫复合物来损伤周围的机体组织，使损伤加重。总之，鲍曼不动杆菌生物膜耐药性不是单一的，而是由多种机制综合形成的，目前尚未完全阐明，随着相关研究的进一步深入，生被膜耐药性机制将更为清晰。二、鲍曼不动杆菌生物膜耐药机制的防治随着鲍曼不动杆菌检出率和耐药率的增高，鲍曼不动杆菌生物膜越来越受到学者的关注，如何解决其生物膜的耐药问题成为目前研究的热点，有学者认为抑制细菌信号传递系统和调控相关的活化基因[23]，防治生物膜形成是消灭鲍曼不动杆菌生物中华临床医师杂志(电子版)2014年3月第8卷第5期ChinJClinicians(ElectronicEdition),March1,2014,Vol.8,No.5·972·膜最有希望的突破口，对已形成的生物膜应及时破坏。1.抑制鲍曼不动杆菌生物膜的形成：鲍曼不动杆菌生物膜的形成与成熟离不开微生物对载体表面的黏附以及微生物之间的共聚，所以抑制细菌的初始黏附和聚集比较关键。应用新型材料如亲水的高分子材料及导管表面涂覆银离子、氯己定[27]、二氧化钛纳米颗粒、水凝胶涂覆离子型氟塑料等抑制鲍曼不动杆菌的定值，防治其生物膜的形成[28]；以鲍曼不动杆菌的EPS为抗原制备单克隆抗体，破坏EPS，可以减低细菌的黏附能力，还能增加抗生素对生物膜的渗透性；削弱或者摧毁鲍曼不动杆菌的QS系统不会影响鲍曼不动杆菌的个体生长，却能阻断鲍曼不动杆菌之间的群体交流，使鲍曼不动杆菌不能作为一个群体来调控生物膜的形成，有效提高抗生素和免疫系统对的杀灭和清除作用，氯氰碘柳胺、青霉素次级代谢产物棒曲霉素和青霉酸、卤代呋喃酮、甲基链烷酸盐、大蒜提取物、红藻、葡萄柚汁等能通过不同机制破坏QS系统[28-29]；研究发现c-di-GMP是鲍曼不动杆菌信号转导过程中重要的第二信使，在生物膜的形成过程中发挥重要作用，低浓度的外源性c-di-GMP有助于运动性和毒性因子的产生，防止细菌黏附，抑制鲍曼不动杆菌生物膜的形成能力[30]，但高浓度的c-di-GMP能促进生物膜形成[31]，c-di-GMP对鲍曼不动杆菌生物膜的作用，需要更深层次的研究。气态一氧化氮（gNO）在应用24h后能有效抑制鲍曼不动杆菌生物膜的形成，gNO释放的作用依赖时间和速度，比其他当前使用的抗菌药物更有效[32]；抗菌肽Kappacin、抗菌肽LL-37及片段[33]、生物膜退化酶、丝氨酸蛋白酶PKF[34]、quorum-quenching内酯酶[35]可清除鲍曼不动杆菌生物膜基质的同时并杀死膜内细菌。在急性感染时，应用不同方式抑制鲍曼不动杆菌生物膜的同时，应根据细菌的药物敏感