牛源耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的分子流行特征和耐藥性研究進展

李澤坤，徐士新，王鶴佳，宋立，鄒明，崔明全*

(1. 中國獸醫藥品監察所，北京 100081；2. 青島農業大學動物醫學院，山東 青島 266109)

金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)可定植于人與動物的皮膚和黏膜，引發多種不同程度的感染，也是引起奶牛乳腺炎的重要病原菌之一[1]。青霉素和頭孢菌素等β-內酰胺類藥物是治療奶牛乳腺炎的重要抗菌藥物，因其在奶牛的廣泛使用造成的選擇性性壓力，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillin resistantStaphylococcusaureus, MRSA)的分離率越來越高，使得牛群成為MRSA流行的天然宿主庫而備受關注[2]。家畜相關耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(livestock-associated MRSA, LA-MRSA)最早于1972年在奶牛乳腺炎病例中被發現[3]。位于葡萄球菌染色體mec基因盒元件(Staphylococcuscassette chromosomemec, SCCmec)上的甲氧西林耐藥決定因子mecA基因，是介導MRSA對β-內酰胺類藥物產生耐藥的主要基因。隨后，mecA基因同源物LGA251也首次在奶牛源MRSA中被發現，后被命名為mecC基因，該基因在歐洲的多個國家均有報道，而在美洲和亞洲國家則鮮有檢出[4-5]。SCCmec作為一種可移動遺傳元件(mobile genetic element, MGE)，能攜帶多種耐藥基因并在葡萄球菌屬之間發生水平轉移，最終介導葡萄球菌產生多重耐藥現象[1]。

分子分型檢測技術作為探究MRSA流行傳播和遺傳進化的重要工具，包括SCCmec分型、多位點序列分型(multilocus sequence typing, MLST)和金黃色葡萄球菌A蛋白(staphylococcal protein A, SPA)分型等技術。其中，5個或5個以上MLST等位基因相同的菌株歸為同一克隆復合型(clonal complex, CC)。與脈沖場凝膠電泳等基于圖譜進行分析的分型方法相比，MLST方法可以實現不同時間、空間或宿主來源的金黃色葡萄球菌遺傳進化研究，被廣泛應用于MRSA的分子流行病學研究。目前牛群中MRSA的流行現象已十分普遍，不僅對畜牧業造成了不小的經濟損失，也對人的健康產生安全隱患。尤其是近年來人感染LA-MRSA病例的不斷報道，引起人們對LA-MRSA分子流行病學研究的重視[6-7]。因此，本文主要圍繞歐美和亞洲國家牛源MRSA的分子流行特征和耐藥現狀展開綜述，以期為我國防控牛源MRSA的流行和傳播提供參考依據。

1 牛源MRSA分子流行特征

歐洲和美洲牛源MRSA分子分型以ST1、ST8、ST97和ST398為主，ST5、CC22、ST130和ST425也有所檢出(表1)。荷蘭、德國、比利時、西班牙和意大利等國豬群中ST398的流行現象尤為普遍，引起了歐洲國家對LA-MRSA監控的高度重視[8]。隨后，瑞士、德國、荷蘭、比利時和捷克的牛源MRSA相關報道也均以ST398的檢出為主，意大利、英國和巴西的牛源MRSA中同樣存在ST398的少量檢出[2,9-15]。對于牛群中MRSA ST398的廣泛傳播，有研究認為可能與養牛場周邊的高密度豬群中MRSA ST398的流行傳播有關。根據意大利北部相鄰2個養殖場中MRSA的流行調查顯示，在奶牛、豬和工作人員的相關樣品中均存在MRSA CC398的流行檢出，SPA分型均為t899[16]。最近，丹麥也報道了豬群中MRSA ST398流行傳播的溢出性現象[17]。豬群作為MRSA ST398最為主要的宿主來源，可能是引起人和其他動物中MRSA ST398流行的重要原因。

亞洲牛源MRSA菌株的MLST分型以ST5、ST8、ST72和ST239最為常見，相關報道主要來源于日本和韓國，其他亞洲國家對牛源MRSA的分子流行情況也有少量報道。例如，伊朗的奶牛乳腺炎病例中存在MRSA ST291和ST522的檢出；土耳其的牛源MRSA以ST239分型為主；印度的奶牛乳腺炎病例中則存在MRSA ST239、ST72和ST2459等ST型的檢出[23-24,36]。值得注意的是，日本和韓國曾多次報道不同年代牛源MRSA分子特征的顯著差異性。其中，1999年韓國的牛奶樣品中檢出ST5型的MRSA菌株，而2003年至2009年間的奶牛源MRSA則以ST72型為主[27-28]。不僅如此，在2003年至2008年間韓國屠宰場和市場的牛肉中，也有MRSA ST72的檢出[37]。而在2018年間分離的牛肉樣品中，牛源MRSA再次出現了ST5的檢出[38]。與韓國牛源MRSA的分子流行情況有所相同，1999年至2005年間日本的奶牛乳腺炎病例也以MRSA ST5的檢出為主[39]。而在2008年至2011年間的牛肉樣品和奶牛乳腺炎病例中，牛源MRSA則以ST8的檢出為主[25]。

結合我國對牛源MRSA有限的研究報道，我國牛源MRSA同樣表現出豐富的分子流行特征，并存在不同物種之間交叉傳播現象。ST9作為我國豬源MRSA中最常見的分子分型，已在中國香港、浙江和上海的牛源MRSA中大量檢出，同時也是我國新疆地區奶牛源甲氧西林敏感金黃色葡萄球菌(MSSA)最為常見的分子分型[30,32,35]。此外，新疆地區奶牛源MRSA還存在ST1、ST97、ST188、ST398等分子分型的檢出，而我國中東部地區如江蘇、浙江和上海地區大量檢出ST630的奶牛源MRSA菌株[32-33]。目前，我國雖逐漸重視牛源MRSA的監測，但是多個省份或地區的牛源MRSA菌株的分子流行特征仍為空白，肉牛場和屠宰場中MRSA分子流行的相關研究尚少。

2 牛源MRSA耐藥性特征

隨著抗菌藥物在畜牧業中的廣泛應用，歐洲、美洲和亞洲國家牛源MRSA對青霉素、苯唑西林和頭孢菌素等β-內酰胺類藥物已表現出嚴重的耐藥現象，并對人醫臨床中應用于治療金黃色葡萄球菌感染的多種抗菌藥物也表現出不同程度的耐藥。例如，瑞士[13]、比利時[19]、意大利[16]和美國[21]，以及約旦[40]、印度[24]和土耳其[23]檢出的牛源MRSA對紅霉素和克林霉素的耐藥率均在70%以上。歐美牛源MRSA還普遍存在對四環素的耐藥現象，耐藥率多在90%以上，亞洲國家中約旦的牛源MRSA對四環素的耐藥率較高(63.7%)，而日本和韓國牛源MRSA對四環素的耐藥現象卻并不常見[25,37]。除此之外，牛源MRSA中對氨基糖苷類和喹諾酮類抗菌藥物的耐藥現象也時有發生。意大利牛源MRSA對慶大霉素和恩諾沙星的耐藥率分別為60.7%和67.8%；日本奶牛源MRSA對慶大霉素也存在較高耐藥率(87.5%)，對卡那霉素的耐藥率甚至高達100%，但對環丙沙星敏感[16,25]。不僅如此，歐美國家牛源MRSA的多重耐藥現象已十分嚴重。瑞士、德國、荷蘭和美國檢出的牛源MRSA分離株對至少3種抗菌藥物的耐藥率均在50.0%以上；意大利則存在60.0%以上的牛源MRSA對5種抗菌藥物產生耐藥性；比利時甚至還存在58.0%的分離株表現出對至少6種抗菌藥物的耐藥現象[9,14-15,18]。亞洲國家牛源MRSA中的多重耐藥現象也尤為普遍，其中約旦和印度檢出的牛源MRSA對3種以上抗菌藥物的耐藥率分別為88.0%和62.0%；韓國牛源MRSA對至少4種抗菌藥物的耐藥率更是高達100%；土耳其甚至還存在62.5%的牛源MRSA分離株表現出對5種抗菌藥物的耐藥現象[23-24,29,40]。

與其他國家相同，我國牛源MRSA不僅表現出對β-內酰胺類藥物較高的耐藥率，對大環內酯類和氨基糖苷類等多種抗菌藥物也存在不同程度的耐藥現象。浙江和上海兩地的奶牛源MRSA和中國香港零售牛肉中的MRSA分離株對慶大霉素、紅霉素和克林霉素的耐藥率均在50.0%以上，對環丙沙星的耐藥率分別為50.0%和88.2%，而江蘇牛源金黃色葡萄球菌分離株的環丙沙星耐藥率更是高達52.1%[32-33,35]。我國牛源MRSA分離株對磺胺類藥物的耐藥率普遍在50.0%以上，上海和新疆地區的耐藥率較高，分別為85.7%和100%[31,34,41]。不僅如此，我國牛源MRSA分離株表現出較為普遍的多重耐藥現象。一項針對我國5省奶牛源MRSA耐藥性的調查顯示，存在73.5%的牛源MRSA可對5種以上抗菌藥物產生耐藥性，38.2%的牛源MRSA對8種以上藥物耐藥[42]。在我國浙江和上海兩地的奶牛乳腺炎病例中，MRSA分離株均對至少4種抗菌藥物耐藥；而在新疆地區亞的臨床奶牛乳腺炎病例中，甚至存在47.4%的牛源MRSA表現出對10種以上抗菌藥物的耐藥現象[31-32]。

3 牛源MRSA對公共衛生安全的危害

LA-MRSA的流行傳播已對世界公共衛生安全產生重大威脅。目前研究顯示，LA-MRSA可能通過養殖者、獸醫等直接接觸者或間接攜帶者向社區和醫院的人群傳播，對人的健康造成安全隱患，甚至危及ICU病房患者的生命[43]。牛群作為MRSA的天然宿主，存在與人源MRSA分子流行特征相關的分子分型，例如ST5、ST8、ST72、CC97、CC130和ST398等，其中ST398、CC97和CC130在歐洲人源MRSA中的流行最為常見。

自人感染LA-MRSA ST398病例在荷蘭被報道，ST398已在豬、牛和人群中不斷檢出，成為歐洲國家尤為關切LA-MRSA ST398的重要原因[44]。有研究認為，人源MSSA ST398可能與LA-MRSA ST398的形成有關。人源MSSA ST398在被引入豬群后，通過參與葡萄球菌屬之間的遺傳物質交換，發生了宿主特異性的改變，并獲得β-內酰胺類和四環素類抗菌藥物的耐藥基因，進而演變成MRSA ST398并在其他動物群體之間廣泛傳播[45]。不僅如此，養殖工人、獸醫等直接接觸家畜的人群容易成為病原菌的攜帶者，大大增加了LA-MRSA ST398向其家庭成員或普通社區人員傳播的風險[43]。除此之外，CC97作為歐美和亞洲國家奶牛乳腺炎病例中金黃色葡萄球菌的主要分子分型，常引起奶牛的嚴重感染，現發現在人群中也有所流行。根據2012年一項對歐洲16個國家社區人群中MRSA的流行情況調查顯示，CC97約占社區相關MRSA和MSSA感染病例的3%和8%[46]。而丹麥的一項研究顯示，CC97相關spa型引起的MRSA感染病例在5年內增加了11倍[6]。該研究還通過對不同宿主來源的CC97分離株進行系統進化樹等分析，發現牛源MSSA CC97宿主特異性的改變可能是引起人源MRSA CC97流行的重要原因。牛源MSSA CC97在進化過程中通過MGEs的互換獲得與人金黃色葡萄球菌相關的免疫逃避基因和甲氧西林耐藥基因，進而形成MRSA CC97并在人群中廣泛傳播。CC130作為歐洲牛源MRSA常見的分子分型，近年來也在丹麥、英國、愛爾蘭、德國、荷蘭和法國的人源MRSA中有所檢出[5]。通過對奶牛、綿羊和醫院患者來源的ST130型mecC陽性MRSA進行基因組學比對，發現奶牛源和人源ST130分離株的單核苷酸多態性(SNP)僅存在細微差異。這種極為密切的親緣關系，為ST130在牛和人之間的傳播現象提供了重要的理論依據。

此外，ST5、ST8和ST72等與牛相關的MRSA分子分型在亞洲醫院患者的MRSA感染病例中也有所報道。根據1999年至2005年日本的奶牛乳腺炎病例中MRSA的流行情況調查，發現牛源MRSA ST5與日本醫院相關MRSA分離株具有相同或相似的基因型和血清型，并均攜帶II型SCCmec基因盒[39]。隨后在2008年至2010年間，日本沖繩地區院內皮膚軟組織感染病例中MRSA的分子分型則以ST8最為常見，而同一時期分離的日本牛肉樣品和臨床乳腺炎牛奶樣品中也存在ST8的大量檢出，且均攜帶IV型SCCmec基因盒，以及均存在對大環內酯類和喹諾酮類藥物的耐藥現象[47]。ST72作為韓國牛源MRSA的常見分子分型，近年來已開始在醫院患者中廣泛傳播。研究顯示，ST72與院內皮膚或軟組織感染，以及嚴重的膿毒癥或感染性休克密切相關[48]。部分ST72分離株甚至存在萬古霉素不敏感現象，使得臨床治療效果不佳，尤為值得警惕[49]。盡管到目前為止，已有多項針對牛源MRSA人畜共患病風險的相關研究，但是牛源MRSA向人群傳播的機制尚不明確，仍有待進一步研究證實。

4 展望

現如今，世界各國開始重視LA-MRSA對公共衛生安全所帶來的威脅。其中，韓國畜牧業中抗菌藥物的減量化，已使牛源MRSA對四環素等藥物的耐藥現象有所減緩；歐盟國家也采取限制畜牧業中抗生素和飼料添加劑的使用等措施，以期遏制LA-MRSA的多重耐藥趨勢。近年來，我國牛源MRSA日益普遍的多重耐藥性，凸顯出我國牛源MRSA檢測監控工作的重要性，尤其應加強對肉牛場、屠宰場、獸醫、養殖工人和養殖場周邊居民中LA-MRSA流行情況的調查，以及對牛源MRSA分子遺傳進化、流行傳播、耐藥機理和致病機制的深入研究，從而為我國牛源MRSA感染的防控和新藥的研發提供有力的科學依據，為食品安全和人的健康提供保障。