mBio:首次揭示質粒編碼的可介導替加環素耐藥的新型多重耐藥外排泵

2020-11-30 健康界

醫學中文網訊：

近期，mBio在線發表了關於肺炎克雷伯菌質粒上發現的一種新型可介導替加環素等藥物耐藥的多重耐藥外排泵基因簇（tmexCD1-toprJ1）的研究論文，該研究系統性地闡述了tmexCD1-toprJ1耐藥基因簇的功能、起源以及流行情況。

近年來，質粒等可移動元件介導的耐藥基因水平傳播所致革蘭陰性菌耐藥性的快速發展，引起全球高度關注。黏菌素和替加環素是治療多重耐藥革蘭氏陰性桿菌感染的少數有效藥物，然而，質粒介導黏菌素耐藥基因mcr-1的出現及其在全球的廣泛傳播，導致黏菌素的臨床應用價值面臨挑戰，使替加環素成為治療多重耐藥腸桿菌所致嚴重感染的有限藥物之一。雖然染色體編碼的RND外排泵如AcrAB-TolC等的過表達可降低細菌對替加環素的敏感性，但尚未發現可水平轉移的RND型外排泵與替加環素耐藥性相關的報導。

該研究通過對2017年分離的雞源泛耐藥肺炎克雷伯菌（同時對替加環素耐藥）進行全基因組測序，發現細菌同時攜帶碳青黴烯耐藥基因（blaNDM-1）、黏菌素耐藥基因（mcr-1、mcr-8）等30個耐藥基因，未檢測到已知的替加環素耐藥機制，但發現攜帶一個質粒編碼的RND型外排泵基因簇，該基因簇與銅綠假單胞菌染色體上的mexCD-oprJ基因簇有78%的核苷酸序列同源性，同時位於質粒上具有可轉移能力，將其命名為tmexCD1-toprJ1（t表示transferable），並推測該基因簇可能與替加環素耐藥有關。通過克隆和接合實驗，確證tmexCD1-toprJ1可介導肺炎克雷伯菌、大腸桿菌和沙門氏菌對甘氨醯環素類（替加環素）、四環素類、喹諾酮類、頭孢菌素類和氨基糖苷類等多種藥物耐藥（MIC值增加4～32倍），這意味著tmexCD1-toprJ1也是一種新的質粒介導的喹諾酮耐藥基因（PMQR）。

為證實TMexCD1-TOprJ1的外排泵功能，課題組進一步通過細菌藥物蓄積實驗，發現攜帶有外排泵的宿主菌的藥物蓄積濃度明顯低於對照菌株，並對外排泵抑制劑N-甲基吡咯烷酮（NMP）表現出更為顯著的反應。此外，小鼠感染模型的替加環素治療實驗結果顯示，接種tmexCD1-toprJ1陽性肺炎克雷伯菌的小鼠死亡率更高，提示其可能會導致臨床治療失敗。

圖1 TMexCD1-TOprJ1對替加環素體內體外活性研究

本研究進一步分析了tmexCD1-toprJ1的基因環境和質粒結構，發現tmexCD1-toprJ1位於可接合的IncFIA型質粒（pHNAH8I-1）上，同時該質粒上還攜帶黏菌素耐藥基因（mcr-8）。之後通過分析這種新型外排泵基因簇的基因環境，發現在外排泵基因簇上遊存在位點特異性整合酶基因，該整合酶基因與tnfxB1-tmexC1-tmexD1-toprJ1基因簇一同插入在轉座子Tn5393的轉座酶tnpA基因中。在Genbank資料庫中搜索相應高相似度的序列進行比對分析後，推測外排泵基因簇可能通過假定整合酶，從染色體捕獲上並轉移到質粒上傳播。之後，課題組通過構建遺傳進化樹方法，發現假單胞菌染色體上存在同源性最為接近的外排泵基因簇，因此推定tmexCD1-toprJ1可能來源於某種假單胞菌染色體。

圖2 pHNAH8I-1質粒結構和tmexCD1-toprJ1基因環境比較圖

圖3 TMexD1及相關高同源性蛋白遺傳進化樹

通過流行病學調查，發現tmexCD1-toprJ1主要在國內多個地區養雞場中廣泛傳播，並已擴散至動物性食品和人，主要在肺炎克雷伯菌及其相近菌屬中流行。儘管tmexCD1-toprJ1在人源腸桿菌中檢出率較低，但考慮到tmexCD1-toprJ1的可轉移性和外排泵底物的廣泛性，tmexCD1-toprJ1可能會進一步傳播，對食品安全和人類健康構成潛在威脅。

圖4 攜帶tmexCD1-toprJ1陽性菌株流行分布情況

本研究報導了一種新型的通過可移動元件從假單胞菌染色體獲取的質粒介導的多重耐藥外排泵，此外排泵可導致包括替加環素在內的多種臨床常用藥物耐藥。因此，應加強相應的流行病學監測，以控制攜帶TMexCD1-TOprJ1外排泵菌株的進一步傳播。

編輯: Amy

審核：Nick

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