沙门氏菌耐药性的研究进展

Research Progress on Antimicrobial Resistance of Salmonella

摘要: 沙门氏菌是最常见的食源性致病菌之一，对公共卫生构成了严重威胁。近年来沙门氏菌耐药性呈上升趋势，同时多重耐药菌株的增加也给临床治疗带来了巨大困难，这已成为全球公共卫生面临的一个重大挑战。本文综述了沙门氏菌的耐药机制、耐药性的分布和趋势，以及耐药性的防控策略，旨在增强对沙门氏菌耐药性问题的认识，为控制感染、防止耐药菌的传播以及制定合适的治疗方案提供科学依据。

Abstract: Salmonella is one of the most common foodborne pathogens, posing a severe threat to public health. In recent years, the antimicrobial resistance of Salmonella has been increasing, and the rise in multidrug-resistant strains has also posed significant challenges to clinical treatment. This has become a major challenge facing global public health. This article reviews the mechanisms of drug resistance in Salmonella, the distribution and trends of antimicrobial resistance, and strategies for the prevention and control of antimicrobial resistance in salmonella. It aims to enhance the understanding of the issue of Salmonella resistance and provide a scientific basis for controlling infections, preventing the spread of resistant strains, and developing appropriate treatment plans.

1. 引言

沙门氏菌是引起食源性中毒的常见病原体之一，被世界卫生组织列为导致疾病和死亡的重要原因[1]。沙门氏菌属包括肠道沙门氏菌和邦戈里沙门氏菌两种，以及2600多种血清型[2]。其中，非伤寒肠道沙门氏菌(Nontyphoidal Salmonella, NTS)主要导致99%的人类和动物沙门氏菌病例[3]。这些细菌主要通过摄入受污染的动物源性食物传播给人类。NTS感染通常引起急性腹泻，与其他胃肠道病原体引起的肠胃炎难以区分，但这一般是自限性的。然而，感染也可能导致侵袭性或肠外疾病，这尤其可能发生在老年人、婴儿和免疫功能低下的人群[4]。目前对沙门氏菌的预防和治疗主要是依赖抗生素，常规药物为头孢菌素类和氟喹诺酮类药物。随着抗生素使用的增加，沙门氏菌对不同抗生素的耐药性不断增加，并出现多重耐药(multidrug resistance, MDR)菌株，这种抗生素耐药性(antimicrobial resistance, AMR)的增加和药物敏感性的降低，包括氟喹诺酮类药物、广谱头孢菌素(用于治疗肠道沙门氏菌侵袭性感染) [5]和碳青霉烯类，可能会影响治疗的有效性，给临床治疗带来了巨大困难。尤其是碳青霉烯类耐药性，从人类、动物和食品样本中分离出耐碳青霉烯类沙门氏菌的情况很少。但耐碳青霉烯沙门氏菌的出现和增加使沙门氏菌感染的管理更具挑战性，同时也带来了巨大威胁。如今，AMR是全世界的主要死亡原因[6]，2019年估计有495万人死于细菌性抗生素耐药性，其中资源匮乏地区的负担最高。在世界许多地区，对不同抗生素具有耐药性的沙门氏菌的传播已经成为一个潜在威胁[7]。本综述总结了沙门氏菌对抗菌药物的耐药机制、耐药性和控制沙门氏菌病的潜在策略，为预防感染和控制耐药传播提供一定的参考。

2. 沙门氏菌耐药机制

2.1. β-内酰胺类

对β-内酰胺类药物的耐药性主要是由于产生头孢菌素酶，这些酶能够水解广泛的β-内酰胺类药物，包括头孢菌素和青霉素类药物。其中大多数是广谱β-内酰胺酶(ESBL)，编码ESBL的blaTEM、blaSHV、blaCMY、blaCTX-M和blaOXA等基因参与沙门氏菌对头孢类药物的耐药[8]。还可以通过质粒介导的耐药性基因传递来获得耐药性。同时，药物敏感的沙门氏菌在体内可能获得来自肠道内其他病原体的耐药质粒而产生耐药性。已有研究表明[9] β-内酰胺类耐药基因，如blaTEM-1B、blaOXA-1、blaCTX-M-14等呈现增加趋势。

2.2. 氟喹诺酮类

对氟喹诺酮类药物的耐药性主要是由于细菌的DNA旋转酶(GyrA和GyrB)和拓扑异构酶IV (ParC和ParE)发生突变[10]-[13]。喹诺酮类药物抑制这些酶，导致染色体复制中断和细菌快速死亡。其次，质粒介导的喹诺酮类药物耐药(PMQR)涉及qnr基因(qnrA, qnrB, qnrS, qnrC, qnrD)，这些基因编码拓扑异构酶结合蛋白，保护DNA旋转酶和拓扑异构酶IV不受喹诺酮类药物的影响。另外，主动外排和外膜通透性降低也是氟喹诺酮耐药的机制[14]。这些机制可以单独作用，也可以相互作用，共同导致高水平的耐药性。

2.3. 碳青霉烯类

对碳青霉烯类耐药的机制[15] [16]包括碳青霉烯酶的产生，以及广谱或AmpC β-内酰胺酶结合孔蛋白丢失导致的碳青霉烯耐药性。在大肠杆菌和肺炎克雷伯菌中孔蛋白丢失导致的耐药性很常见[17] [18]，但在沙门氏菌中很少有报道。目前已报道的碳青霉烯耐药沙门氏菌主要还是由于产碳青霉烯酶，包括A类、B类和D类[19]。同时，碳青霉烯酶编码基因在医院内肠道细菌(特别是肺炎克雷伯菌和大肠杆菌)中传播的增加促使了耐药基因有传播到沙门氏的可能性，并且基因大多位于可移动遗传元件上，可以有效地促进其传播[20] [21]。

3. 全球耐药性分布和趋势

沙门氏菌的抗生素耐药率因国家而异，并受抗菌药物的使用以及沙门氏菌流行病学和沙门氏菌血清型的地理区域差异的影响。耐多药沙门氏菌的比例在不同国家和来源之间差异很大。全球监测显示，沙门氏菌在食品动物中的耐药性在低收入和中等收入国家中有所分布。特别是在中国东北部、中亚、印度北部、巴西北部和智利预测为NTS耐药性热点区域。自1988年以来，在北非和西非、南美洲、中东、东欧和东亚以及俄罗斯、印度、土耳其、希腊和美国等国家报告了对广谱β-内酰胺酶具有耐药性的非伤寒沙门氏菌分离株。自1990年以来，在许多发达国家，MDR沙门氏菌株的发病率急剧上升。在2000年欧洲的一项监测研究中[22]，36%的维尔肖沙门氏菌株和37%的哈达尔沙门氏菌株对四种及四种以上的抗生素具有耐药性。从2004~2016年，美国沙门氏菌分离株的MDR为10.3%。对来自10个欧盟成员国的沙门氏菌分离株进行了9类抗菌剂的检测，总体多重耐药率较高(26%)。此外，在撒哈拉以南非洲地区出现并广泛传播了新型鼠伤寒沙门氏菌，引起脓毒症而不伴有胃肠炎，其特征是多重耐药、产ESBL和阿奇霉素耐药性，这种高度耐药分离株的增加可归因于抗生素的持续使用[23]。与其他国家相比，中国的MDR沙门氏菌发病率显著升高[24]。2017~2018年期间，台湾地区分离出来的NTS菌株中47.3%为MDR。2020年海南省人源沙门氏菌耐药性及携带耐药基因分析显示[25]，63株沙门氏菌中对三代头孢的耐药率达15.00%以上，多重耐药率达44.44%。一项针对杭州地区的研究表明[26]，69.03%的沙门氏菌分离株表现出多重耐药性。2013~2018年贵州省临床沙门氏菌分离株的AMR变化显示[27]，在363株沙门氏菌分离株中，301株(82.9%)沙门氏菌分离株显示多重耐药。我国最近22年的时间跨度中[28]，AMR呈上升趋势，并且与某些血清型对重要抗菌素的耐药性呈正相关。值得注意的是，自2010年以来，来自环境的沙门氏菌AMR趋势出现了惊人的上升。

沙门氏菌的不同血清型在耐药性方面也存在显著差异。一项10年的荟萃分析[29]显示，不同沙门氏菌血清型的耐药性率存在显著差异。例如，鸡白痢沙门氏菌的耐药性率高达90.06%，而肠炎沙门氏菌的耐药性率为86.26%。对于较少见的血清型，如韦他太夫雷登沙门氏菌、巴雷利沙门氏菌、斯坦利沙门氏菌、华盛顿沙门氏菌和豪顿沙门氏菌，由于研究数量有限，耐药性率为0.00%。在人类病例中，维尔肖沙门氏菌具有高水平的耐药性。在动物中，鸡白痢沙门氏菌的耐药率高达100%。此外，在常用抗生素类别中，沙门氏菌对氟喹诺酮类药物的耐药性逐渐升高。丹麦肠炎分离株对喹诺酮类药物的耐药性从1995年的0.8%上升到2000年的8.5%。在亚太地区最近的一项调查中，从人类分离出的非伤寒血清型中平均有14.3%的人存在低水平环丙沙星耐药性，范围从3.9%到27.4%不等。研究[30]表明2018~2023年收集的185株婴儿沙门氏菌对常用的氟喹诺酮类药物、氨苄西林和四环素表现出高度耐药性。由于耐药性的增加，WHO已将耐氟喹诺酮类沙门氏菌列入重点病原体清单[31]。

4. 碳青霉烯耐药沙门氏菌的出现和传播

值得关注的是对碳青霉烯类这种“最后手段”抗生素的耐药性，与其他病原体(如肺炎克雷伯菌、大肠杆菌)相比，碳青霉烯耐药性在沙门氏菌中仍然非常罕见。然而，已经从来自人类、动物和食物中分离株发现了碳青霉烯耐药沙门氏菌。碳青霉烯酶的产生在人类临床样本的多种沙门氏菌血清型中被检测到。最早发现的碳青霉烯酶基因是blaKPC-2 [32]，它于1998年在美国从古巴链球菌的临床分离物中被检测到。VIM-2 [33]作为最常见的B类金属β-内酰胺酶，于2010年在摩洛哥的5株肯塔基沙门氏菌临床分离株中被发现。另一种B类金属β-内酰胺酶IMP-4 [34]位于I类整合子中。在中国[35]、英国[36]和巴基斯坦[37]人类临床分离株中，检测到了blaNDM-1基因，该基因使细菌对除单环β-内酰胺类药物以外的β-内酰胺类药物产生耐药性。此外，携带blaNDM-5 [38]的IncFII质粒在耐碳青霉烯类鼠伤寒沙门氏菌血清型中被发现，该质粒具有共轭转移性，介导对多种抗生素的耐药性。同时，从动物和食品中也分离出了产碳青霉烯酶的沙门氏菌株。2013年，在德国首次从牲畜中发现产碳青霉烯酶VIM-1的婴儿沙门氏菌[39]，随后又有报道同样产VIM-1的婴儿沙门氏菌。迄今为止在食品中检测到的唯一一种耐碳青霉烯肠道沙门氏菌是从中国屠宰厂的鸡肉中培养出的印第安纳沙门氏菌[40]，该分离株的全基因组测序显示blaNDM-1基因位于一个质粒上。除了家畜，野生动物也可以作为产碳青霉烯酶细菌的宿主。从德国的一只野生鸟类中分离出携带blaNDM-1的肠道沙门氏菌株[41]，该菌株可能起源于亚洲地区，并通过迁徙路线转移到德国。这些发现凸显了全球范围内沙门氏菌对碳青霉烯类抗生素耐药性的严重性。虽然碳青霉烯类药物不是治疗沙门氏菌感染的首选药物，但人畜共患病原体中出现的这种耐药性对公共卫生构成了紧迫的威胁，因为它们可能通过食物链转移给人类。在人类中，除了引起疾病外，沙门氏菌还可能作为载体，将抗性编码基因传播给其他致病菌和内源性微生物群细菌。

5. 沙门氏菌耐药性的防控措施

5.1. 公共卫生

在全世界所有食用动物中，广谱β-内酰胺类药物被广泛使用。这些药物原本应该仅用于特殊用途，与人类医学中的高级版抗生素相似，但这种广泛使用不仅会导致对广谱头孢菌素的耐药性产生，还可能进一步导致对碳青霉烯类药物产生耐药性[42]。正是由于抗生素在动物中的过度和不当使用，现在已经成为传播耐药性的重要因素。欧盟已经对不同成员国食用动物及其衍生食品中碳青霉烯类(美罗培南、厄他培南和亚胺培南)的耐药性和推定产生碳青霉烯类酶的沙门氏菌和大肠杆菌进行了监测，并将其纳入立法。这表明了对这一问题的重视和应对措施的采取。

按照WHO的建议，谨慎使用抗生素对于控制耐药性的传播至关重要。因此，为了有效控制耐药性的传播，需要在人类中谨慎使用抗生素、停止在食用动物中过度使用和滥用抗生素、在医院充分控制感染，改善受影响地区的食品卫生和提供清洁水和卫生设施。同时，应在沙门氏菌的常规药敏试验中纳入适当的广谱头孢菌素筛选试验。

5.2. 疫苗接种

针对沙门氏菌的疫苗研究和开发已经取得一些进展，如活减毒疫苗、基于蛋白的疫苗和GMMA疫苗。目前开发了鼠伤寒沙门氏菌[43]、肠炎沙门氏菌和纽波特沙门氏菌[44]疫苗。来自其他群体的NTS减毒活疫苗机制包括aroA、ssaV、crp、cdt、phoPQ、purB、dam、Lon蛋白酶和hfq等许多其他基因的缺[45] [46]。已进入临床试验的候选疫苗是鼠伤寒沙门氏菌LH1160疫苗[47]，该疫苗在毒力基因phoP、phoQ和purB中缺失，以消除嘌呤的生物合成，并从质粒中表达幽门螺杆菌脲酶。志愿者接受单剂量这种疫苗产生的针对沙门氏菌LPS和鞭毛蛋白的IgA和IgG抗体反应，以及可检测到的针对幽门螺杆菌脲酶的反应。虽然减毒沙门氏菌活疫苗具有高度免疫原性且易于使用，但需要解决监管问题，也需要进一步的研究来确定减毒沙门氏菌活疫苗对艾滋病毒感染者或其他免疫功能低下的人群是否安全，同时还要具有免疫原性。

由于AMR的增加，沙门氏菌的全球负担仍然令人担忧。在一线和二线抗菌治疗方案不再有效且缺乏新的抗菌药物或价格太高的情况下，正在开发的沙门氏菌疫苗方法的多样性为减轻侵袭性NTS疾病的负担提供了希望，表明这种负担将在未来最小化。目前获得许可的疫苗仅适用于伤寒沙门氏菌血清型，也没有针对侵袭性NTS疾病的预防性疫苗。当下正在开发的疫苗[48]是针对肠炎沙门氏菌和鼠伤寒沙门氏菌血清型的O抗原，这种针对O抗原的抗体的增加与环境中疾病发病率的降低有相关性，并且已在体外被证明具有杀菌作用，在动物模型中具有保护作用。沙门氏菌疫苗实施的最大障碍是缺乏传统的商业激励措施来弥补发展风险，再加上资源有限地区的许多其他公共卫生需求。多种证据表明，需要一种适合现有公共卫生免疫计划的NTS疾病疫苗。为了实现这一目标，需要加快正在研发的候选疫苗的临床开发和受控人类感染试验模型的开发。疫苗制造商应继续关注适用于低收入和中等收入国家的疫苗技术，并且符合WHO的规划适用性标准。

6. 总结与展望

沙门氏菌在全球范围内对多种抗生素存在耐药性，尤其是对氟喹诺酮类药物、三、四代头孢菌素和碳青霉烯类药物的耐药性问题较为突出。这些耐药性情况对疾病的治疗和公共卫生构成了重大挑战。由于细菌是具有多因素传播的复杂病原体，抗生素耐药性在不同血清型、分离源或地区有显著差异。多重耐药质粒的水平转移是耐药性传播的一个重要因素。因此，国家和国际监测规划是监测耐药性程度和传播的重要工具，必须对沙门氏菌耐药性和抗生素的使用进行持续的全球监测，以建立可能的耐药性联系，并限制编码基因在沙门氏菌和其他细菌之间的转移。同时提出了针对沙门氏菌耐药性的防控策略，包括加强抗生素管理和开发疫苗等。未来需要使用全基因组测序进行研究，以阐明沙门氏菌对关键抗生素的多重耐药的机制。

NOTES

^*通讯作者。