文献速览 | CRKP多粘菌素B异质性耐药的临床相关性、机制和进化

文章题目：Clinical relevance, mechanisms, and evolution of polymyxin B heteroresistance carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae: A genomic, retrospective cohort study

文章链接：doi: 10.1016/j.cmi.2024.01.014

发表时间：2024.4

期刊：Clinical microbiology and infection

影响因子：10.9

简述

一项对于新型多粘菌素B (POLB) 异质性耐药 (PHR) 的碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌 (CRKP) 的临床相关性、机制和进化进行的基因组学回顾性队列研究。

将来自154名接受POLB治疗的患者的544个CRKP分离株分为PHR组和非PHR组，统计分析比较其临床意义和治疗反应。利用全基因组测序、生物信息学和PCR研究了PHR背后的分子流行病学机制以及其进化为完全耐药的过程。

研究发现，有相当一部分临床上未被发现的PHR菌株会在POLB治疗后进化为完全耐药（FR）的菌株。

知识点

异质性耐药（heteroresistance）：指在微生物群体中对同一种药物整体表现为敏感性的同时存在部分亚种群表现为耐药性的现象。随着药物治疗，这些耐药亚群的比例可能上升，并发展为完全耐药。

研究结果

1、POLB暴露前未检测到的PHR-CRKP比例很高

在154名患者中，有118名（76.62%）在POLB治疗前就存在PHR-CRKP。42 名 (27.27%) 患者在 POLB 治疗后产生了 FR-CRKP，其中包括 33 名在 POLB 治疗前感染了 PHR-CRKP 的患者。92.86%的患者在检测到FR之前存在PHR分离株，表明PHR是CRKP从敏感菌株发展为完全耐药菌株的中间阶段。

2、POLB治疗CRKP感染患者的临床特征

两组患者在基线特征、疾病严重程度和治疗方案上没有显著差异。PHR组的临床成功率略低于NHR组（66.95% vs. 72.22%），但30天全因死亡率在两组之间没有显著差异（33.05% vs. 30.56%）。

3、POLB治疗前PHR-CRKP的分子流行病学

大多数分离株属于ST11型（85.53%），其次是ST15型（5.26%）。ST15型的PHR率显著低于其他ST型（12.5% vs. 81.25%，p<0.01）。耐药亚群（RS）的比例在10^-8到10^-6之间，超过一半的PHR分离株（57.63%）在没有POLB压力的情况下保持稳定。稳定的PHR-CRKP菌株比不稳定的菌株更容易发展为FR（30.88% vs. 24%），但差异不显著（p=0.410）。所有分离株都携带多种抗生素耐药基因，但未检测到mcr基因（与多粘菌素耐药相关的基因）。

图1：POLB处理前分离的152个CRKP分离株的系统发育树（从内往外，分别是group、ST11、ST15、other STs、KL、evolution、carbapenemase genes、Stability、Instability&NA 以及mutation in mgrB )

4、mgrB的内源性插入失活对PHR-CRKP耐药亚群的POLB抗性影响最大

75%的RS分离株的mgrB基因发生了改变，其中82株由插入序列（IS）引起，2株发生了氨基酸替换。在 mgrB ISs 中，ISKpn26 占主导地位 (43.90%)，其次是 ISKpn14 (32.93%)，ISKpn18、IS903B 和 ISKpn72，其中mgrB的70 bp是 ISKpn26 元件的突变热点。mgrB 插入失活在 ST11 PHR 的 RS 中显著高于其他 STs。而除了mgrB，RS中还发现了PmrAB和PhoPQ基因的突变，但突变率较低（分别为1.79%和3.57%）。另外，LamB和YciC基因的突变率较高（分别为42.86%和17.86%），可能也参与了POLB耐药。

图2：mgrB在PHR亚群（A）和FR分离株（B）中插入ISs的情况。横轴表示mgrB的启动子区和编码区序列位点。

5、PHR-CRKP 演变为 FR-CRKP 受亚群动态和超突变性赋予的遗传适应性的影响

9 名感染 NHR-CRKP 并发展为 FR 的患者中有 6 名在 POLB 治疗后的连续分离株中发现 PHR-CRKP 菌株。基因组的成对分析表明，来自同一患者的菌株的基因组显示出密切的遗传关系。大约 35.71% (15/42) 的 FR 菌株获得了由 ISs 引起的 mgrB 基因的插入失活，这一比例显著低于RS分离株（75%）。在6对RS和FR分离株中，只有2对的mgrB突变完全相同，表明mgrB插入失活可能部分不稳定。FR 菌株获得了 PmrAB 和 PhoPQ 的错义突变，PmrAB突变率显著高于RS分离株（19.05% vs. 1.79%，p<0.01）。LamB和YciC基因的突变在FR分离株中也很常见（分别为33.33%和23.81%）。脂质A的质谱分析显示，RS和FR分离株中脂质A的结构发生了变化，包括4-氨基-4-脱氧-L-阿拉伯糖（L-Ara4N）的添加和磷酸基团的丢失。随机选择的RS单菌落中，mgrB插入突变率很高（70.83%和72%），但未发现PmrAB或PhoPQ突变，表明这些基因的突变率显著低于mgrB。

图3 POLB异质性耐药（A）和耐药（B）的突变谱组合热图

图4 敏感、耐药亚群和完全耐药株的脂质A质谱和化学结构

总结

1、PHR是CRKP发展为完全耐药的关键中间阶段；

2、mgrB插入失活是PHR-CRKP黏菌素完全耐药的主要机制；

3、亚群动态和基因适应性在PHR向FR的耐药性进化中起重要作用。

参考文献

Luo Q, Xu L, Wang Y, et al. Clinical relevance, mechanisms, and evolution of polymyxin B heteroresistance carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae: A genomic, retrospective cohort study [J]. Clinical Microbiology and Infection, 2024, 30(4): 507-14.