新型CMY AmpC β-内酰胺酶导致产KPC肺炎克雷伯菌的头孢他啶-阿维巴坦耐药

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2023-11-23 11:24:27
原创

文章标题：Emergence of transferable ceftazidime-avibactam resistance in KPC-producing Klebsiella pneumoniae due to a novel CMY AmpC β-lactamase in China

文章链接：10.1016/j.cmi.2021.05.026

发表时间：2022.1

发表期刊：Clin Microbiol Infect

IF：14.2

研究背景：阿维巴坦是一种新型β-内酰胺酶抑制剂，对大多数丝氨酸β-内酰胺酶具有抑制活性，包括A类超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）、C类头孢菌素酶和KPCs。头孢他啶/阿维巴坦（CAZ/AVI）联合用药可降低产KPC的碳青霉烯耐药肠杆菌（CRE）患者的医院死亡率。然而现已发现KPC-Kp菌株表现出对CAZ/AVI的抗性，其耐药机制通常与bla_KPC-2/ bla_KPC-3的突变有关。此外，孔蛋白OmpK35/36的改变、bla_KPC的表达量增加，以及新出现的越南广谱β-内酰胺酶（VEB）-259也被证明是KPC-Kp对CAZ/AVI耐药的原因。CMY是一种质粒介导的C类头孢菌素酶，对扩展谱的氧亚胺类头孢菌素和丢失外膜孔蛋白的碳青霉烯类具有抗性。

研究对象：携带bla_CMY基因的头孢他啶/阿维巴坦（CAZ/AVI）耐药的碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌（CRKP）

研究方法：抗菌药物敏感性试验、转化试验、接合试验、S1-PFGE和Southern杂交、PCR鉴定、全基因组测序、ST型和荚膜分型预测、蛋白序列比对、比较基因组圈图、比较基因簇分析

主要研究内容及结果：

菌株来源和药敏试验

本文章为临床肺炎克雷伯菌分离株头孢他啶/阿维巴坦（CAZ/AVI）耐药的回顾性研究。自2014.7至2018.8，浙江大学医学院第一附属医院收集了临床碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌（CRKP）662株。其中11株对CAZ/AVI耐药（命名为KPCZA01~KPCZA11），且其均不携带金属β-内酰胺酶（MBLs）基因。全基因组测序（WGS）在6个菌株（KPCZA01~KPCZA06）中鉴定出一种新的bla_CMY基因。于是研究者针对这6个菌株展开了进一步的微生物学实验和临床回顾性分析。在耐药表型上，这6个菌株除具有较高的CAZ/AVI MIC（128/4 mg/L）外，对碳青霉烯类、氨基糖苷类和氟喹诺酮类均耐药(表1)。

表1 各分离菌的β-内酰胺类抗性基因和MICs

全基因组测序分析

6个菌株（KPCZA01 ~ KPCZA06）均为ST11序列分型和KL47荚膜分型（wzi-209）。且其单核苷酸多态性（SNPs）数目为4 ~ 19个，提示可能为同一克隆的院内传播。此外，这6个菌株除了携带丝氨酸β-内酰胺酶基因bla_KPC-2、bla_TEM-1B和bla_CTX-M-65外，还被发现携带C类β-内酰胺酶CMY基因的新变体，命名为bla_CMY-172（GenBank登录号:MT752965）。与CMY-2相比，CMY-172在290位（Lys）、291位（Val）和292位（Ala）缺失了三个连续的氨基酸，在346位（Asn³⁴⁶Ile）上存在一个非同义氨基酸的取代。同时在所有6个菌株中均发现了一个16S rRNA甲基化酶基因rmtB，该基因可介导对多种氨基糖苷类药物的高水平抗性。在所有6株菌中，OmpK35均由于移码突变（AA89-STOP）被截短。

CAZ/AVI抗性的转移性及bla_CMY-172的作用

S1-PFGE和Southern杂交证实bla_CMY-172和bla_KPC-2由两个不同的质粒携带。转化实验显示获得bla_CMY-172质粒的大肠杆菌DH5α的CAZ/AVI MIC从≤ 0.25 mg/L增加到16mg /L，而获得bla_KPC-2质粒的DH5α不受影响。接合实验表明，KPCZA02能够将其CAZ/AVI抗性转移到耐叠氮化钠的大肠杆菌J53上，且PCR和测序证实了bla_CMY-172在转接合子中的存在。这表明该bla_CMY-172基因是由接合质粒携带的。

bla_CMY-172携带质粒的结构

KPCZA02基因组由一条5,380,741 bp的染色体和4个环形质粒组成。其中bla_CMY-172是pKPCZA02_4唯一的耐药基因，且该质粒属于不相容组I1 (IncI1)，含有一个完整的接合转移区（图1）。bla_CMY-172基因具有独特的分子遗传环境，“ IS1294-ΔISEcp1-bla_CMY-172-blc-sugE-ecnR”。该片段完全插入colicin基因cia，且两侧分别有CTTG和GTTC序列，这是IS91家族插入的典型靶位点（图2）。从blastn比对结果上看，该片段周围结构与pGM351-2质粒非常相似，因此这种模式很可能是其插入pGM351-2样质粒的cia基因形成的。此外，pKPCZA02_4的bla_CMY-172遗传环境与沙门菌质粒pS10584几乎相同。

抗生素或抗菌药物，比如服用的片剂、注射的针剂、涂抹的药膏等，经常被用于治疗各种细菌感染。但需要注意的是这两个词虽然常被混用，但它们的含义并不完全相同。抗生素（antibiotics）主要是指微生物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的次级代谢产物；而抗菌药物（antibacterial agents）是指具有杀菌或抑菌活性的药物，既包括抗生素，也包括各种化学合成药物。所以从概念上来说抗菌药物定义的范围比抗生素更为广泛。

而与抗生素和抗菌药物相对应的是，在形容细菌的耐药性时，也有两个词经常会被混用，即抗生素耐药（antibiotic resistance, AR）和抗微生物药物耐药（antimicrobial resistance, AMR）。在综述“Antimicrobial resistance: A global emerging threat to public health systems”（doi: 10.1080/10408398.2015.1077192）中曾这么形容“antimicrobial”与“antibiotic”的关系：‘The term “antibiotic” has a more limited meaning compared to antimicrobial. In fact, the latter includes substances that act against all micro-organisms (bacteria, viruses, parasites, and fungi).’也就是说“antimicrobial”相较于“antibiotic”一词，在表示微生物耐药性时所涉及的范围更为广泛，而“antibiotic”更偏向于特指使用抗生素产生的耐药。因此，在细菌的耐药性研究中，我们一般更多地使用antimicrobial resistance而不是antibiotic resistance。

文章结论

新变体bla_CMY-172与产KPC的肺炎克雷伯菌CAZ/AVI高水平耐药相关。且与bla_KPC-2/ bla_KPC-3基因突变通常引起菌株碳青霉烯类药物敏感不同，bla_CMY-172可以使得菌株兼具碳青霉烯耐药和CAZ/AVI耐药，从而进一步缩小抗生素的可选择范围。

参考文献

Xu M, Zhao J, Xu L, et al. Emergence of transferable ceftazidime–avibactam resistance in KPC-producing Klebsiella pneumoniae due to a novel CMY AmpC β-lactamase in China [J]. Clinical Microbiology and Infection, 2022, 28(1): 136.e1-.e6.

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