东非人、动物和环境来源产超广谱β-内酰胺酶及碳青霉烯酶大肠埃希菌的范围综述：流行率、耐药基因、高风险克隆与One Health传播证据

《One Health》：Extended spectrum beta lactamases and carbapenemase-producing Escherichia coli in humans, animals and the environment in East Africa: a scoping review

　　

背景：抗菌药物耐药性（AMR）在东非因密切的人-动物-环境相互作用而升级。产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）和碳青霉烯酶大肠埃希菌（Escherichia coli）是临床关键病原体，但本地证据有限。本范围综述综合东非产ESBL和碳青霉烯酶E. coli证据，以指导One Health AMR控制策略。
方法：遵循PRISMA-ScR指南，检索PubMed和Scopus，识别2015年至2025年发表的279条记录。去除重复并筛选后，评估185篇文章的合格性；154项涵盖人、动物和环境来源的研究符合纳入标准。两名评审员在Covidence中独立提取流行病学、微生物学和分子数据，包括耐药基因和传播证据。
结果：154项纳入研究覆盖11个东非国家，以埃塞俄比亚（n=55）、坦桑尼亚（n=39）和乌干达（n=22）为主。多数研究（85.7%）为横断面研究，且聚焦人（68.2%），仅19项（12.3%）采用多部门One Health设计。总体从74,700份样本中回收21,554株E. coli。117项研究报告ESBL流行率（76.0%，中位数46.8%），65项报告碳青霉烯酶流行率（42.2%，中位数3.3%），代表异质性研究水平估计。bla_CTX-M占优势（89.9%），以bla_CTX-M-15为主（26.1%）；报告的碳青霉烯酶基因包括bla_NDM、bla_OXA-48、bla_OXA-181和bla_KPC。30项研究（19.5%）的全基因组测序识别高风险克隆ST131、ST10、ST38和ST410，但动物、食物链和环境部门仍代表性不足。
结论：本综述绘制东非产ESBL/碳青霉烯酶E. coli当前证据图景，突出监测缺口，主要因可用基因组数据的异质性和“One Health”部门内纵向数据有限。研究人员建议扩大基因组能力和标准化纵向监测，以更好理解国家和区域AMR传播及多重耐药（MDR）E. coli感染。

论文解读

一、研究背景、问题与开展原因
抗菌药物耐药性（AMR）是全球主要健康威胁，撒哈拉以南非洲负担最高但监测能力有限。若不采取有效干预，AMR预计到2050年每年导致191万死亡，2025年至2050年累计死亡3910万。大肠埃希菌（Escherichia coli）是人、动物胃肠道常见共生菌，也是重要机会致病菌，可引起腹泻病及肠道外感染，尤其尿路和血流感染。它是全球AMR归因死亡相关首要细菌病原体，第三代头孢菌素耐药在所有世界卫生组织（WHO）区域包括非洲均增加。产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）和碳青霉烯酶E. coli可对第三代头孢菌素和碳青霉烯类耐药，而后者是低中等收入国家严重感染的重要治疗选择，因此WHO将产ESBL E. coli列为关键优先病原体。其全球传播由高风险克隆尤其ST131及bla_CTX-M-15等耐药基因水平转移驱动。东非人、动物和环境之间接触密切频繁，有利于这些耐药株出现和传播，产碳青霉烯酶E. coli报告增加。然而，东非证据仍碎片化，偏重人类临床分离株，动物、食物链和环境来源数据有限，跨部门传播基因组证据稀缺。因此，研究人员开展本范围综述，综合过去十年东非人、动物和环境部门产ESBL和碳青霉烯酶E. coli证据，描述区域流行率、主要耐药机制、高风险克隆、One Health传播证据、风险因素和知识缺口，以指导区域监测和遏制策略。

二、关键技术方法（不超过250字）
研究人员遵循PRISMA-ScR，检索PubMed和Scopus 2015年1月至2025年12月文献，合并ESBL、碳青霉烯酶、E. coli、AMR、One Health及东非国家等关键词、医学主题词和布尔运算符。初步识别279条记录，去重和筛选后185篇全文评估，154项纳入。样本队列来源为东非11国的人、动物、环境及食物链样本。两名评审员在Covidence独立筛选和提取，分歧由第三评审员讨论解决。数据在Microsoft Excel清理编码，采用描述统计和叙述综合。主要技术包括表型药敏、PCR、全基因组测序（WGS）、多位点序列分型（MLST）、质粒复制子分型、毒力基因分析和Clermont系统发育群分型；未进行正式质量评价。

三、研究结果
3.1 地理分布：154项研究不均匀分布于11个东非国家，埃塞俄比亚55项、坦桑尼亚39项、乌干达22项，合计占75%；肯尼亚、卢旺达、马达加斯加、苏丹、吉布提、索马里、布隆迪和厄立特里亚较少；科摩罗、毛里求斯、塞舌尔和南苏丹无符合研究。
3.2 时间分布：15项（9.7%）发表于2015—2017年，27项（17.5%）2018—2020年，63项（40.9%）2021—2023年，49项（31.8%）2024—2025年；112项（72.7%）自2021年起发表，One Health研究19项中18项自2021年起发表。
3.3 One Health界面研究分布与设计：19项（12.3%）采用One Health多部门采样设计，其中14项涵盖人、动物和环境三部分，5项涵盖两部门；主要来自乌干达6项和埃塞俄比亚4项。人类样本来自医院和社区，动物包括家畜和伴侣动物，环境包括土壤、饮用水、地表水、废水及医院或家庭表面，4项还包括食物链样本。14项报告样本量为42至2508份；10项（52.6%）进行WGS；14项报告ESBL流行率，9项报告碳青霉烯酶流行率，8项同时报告，4项均未报告。
3.4 研究特征、设计和部门分布：共筛选74,700份样本，获得31,679株细菌分离株和21,554株确认E. coli。研究规模从10份至超过4000份样本不等。人类部门研究105项（68%），One Health研究19项（12.3%），动物12项（8%），环境10项（6%），食物链5项（3%）。横断面设计132项（86%），队列10项（6%），回顾性7项（5%），监测3项（2%），病例对照2项（1%）。WGS仅30项（19.5%），124项（80.5%）依赖表型和/或PCR方法。
3.5 诊断和分子方法：培养鉴定用于全部154项，生化检测99项（64.3%）。表型ESBL检测主要依赖头孢菌素纸片扩散62项（40.3%）、组合纸片42项（27.3%）和双纸片协同38项（24.7%）。PCR报告57项（37.0%），WGS报告30项（19.5%）；MALDI-TOF MS和VITEK 2分别用于32项（20.8%）和19项（12.3%）。碳青霉烯酶检测主要基于碳青霉烯纸片扩散25项（16.2%）和改良碳青霉烯灭活法13项（8.4%），多重PCR仅11项（7.1%）。
4 分布、流行率和分子流行病学：共报告21,554株E. coli。
4.1 按国家的E. coli分离株及ESBL/碳青霉烯酶阳性分布：坦桑尼亚分离株最多6573株，其次乌干达6263株、埃塞俄比亚4569株；每项研究中位数为62株。117项（76.0%）提供可用ESBL流行率数据，65项（42.2%）提供碳青霉烯酶流行率数据。坦桑尼亚ESBL阳性分离株最多1982株，其次埃塞俄比亚1967株、乌干达1407株；埃塞俄比亚碳青霉烯酶阳性分离株最多144株。
4.2 按部门的ESBL和产碳青霉烯酶E. coli流行率：ESBL中位流行率在环境研究最高71.0%，人类50.0%，食物链最低23.8%，总体中位数46.8%。碳青霉烯酶中位流行率在两部门人-动物/环境研究最高62.3%，环境28.6%，总体中位数3.3%。
4.3 ESBL和碳青霉烯酶流行率的时间趋势：ESBL中位流行率由2015—2017年38.0%升至2018—2020年39.7%，2021—2023年峰值50.4%，2024—2025年降至42.8%。碳青霉烯酶中位流行率由2015—2017年1.8%持续升至2024—2025年7.5%；但原文指出，因国家、人群、场所和诊断/分子方法差异，这代表不同发表时段研究水平流行率变化，而非确证区域碳青霉烯酶E. coli时间增加。
4.4 E. coli分离株表型抗菌药物耐药谱：表型药敏覆盖12类25种抗生素。中位耐药率最高为阿莫西林97.5%、氨苄西林90.0%、氨曲南85.3%；第三代头孢菌素仍较高，头孢噻肟52.9%、头孢他啶47.9%、头孢曲松46.8%。环丙沙星37.2%、庆大霉素31.2%为中等；黏菌素0%、亚胺培南2.3%、厄他培南2.9%、美罗培南4.3%、磷霉素4.7%、阿米卡星6.0%较低，但研究间异质性大。
5 抗菌药物耐药的分子特征和流行病学：分子基因检测少于表型耐药检测。
5.1 E. coli ESBL和碳青霉烯酶基因分布：ESBL基因在69项（44.8%）中表征，而117项报告表型ESBL；碳青霉烯酶基因在40项（26.0%）中表征，而65项报告表型碳青霉烯酶。69项中，bla_CTX-M见于45项（65.2%），bla_TEM 34项（49.3%），bla_SHV 25项（36.2%）；bla_CTX-M-15为主要变异18项（26.1%），其次bla_CTX-M-27 9项（13.0%）；bla_OXA和bla_OXA-1分别占17.4%和15.9%。40项碳青霉烯酶基因研究中，bla_NDM最常见11项（27.5%），bla_KPC和bla_OXA-48各8项（20.0%）；bla_NDM-5 5项（12.5%），bla_IMP和bla_OXA-48各4项（10.0%）。
6 多位点序列分型及E. coli序列型的跨部门分布：MLST报告31项（20.1%），识别120种不同序列型（ST）。ST131最常见17项（54.8%），ST10、ST38和ST410各13项（41.9%），ST167 10项（32.3%）。118种ST分布于人、动物和环境部门，其中48种（40.7%）为跨人、动物和环境共享；人类分离株ST多样性最高。共享ST不能证明传播。
6.1 国家水平优势序列型分布：ST131在坦桑尼亚70.0%、埃塞俄比亚66.7%，在乌干达、马达加斯加和卢旺达为50.0%；ST410在吉布提100.0%、埃塞俄比亚83.3%；ST10在卢旺达、吉布提、马达加斯加、埃塞俄比亚和乌干达为50.0%，坦桑尼亚30.0%；ST38在卢旺达100.0%，埃塞俄比亚、马达加斯加和吉布提各50.0%；ST167和ST617在坦桑尼亚最常见，分别为58.0%和40.0%；ST48见于肯尼亚唯一MLST研究。
6.1.1 系统发育群：Clermont系统发育群分型报告22项。A群19项（86.4%）、B1群17项（77.3%）最常见，B2和D群各13项（59.1%），C和F群各12项（54.5%），E群、G群和Clade I较少，分别为31.8%、13.6%和13.6%。A群广泛报告，B1群分布广；肠外致病性B2和D群在埃塞俄比亚常见，各75.0%；D群在乌干达和吉布提所有分型研究中均检出。
6.1.2 质粒复制子分型：21项报告，识别53种独特质粒复制子类型。IncF家族最常见，IncFIA和IncFII各12项（57.1%），IncFIB和IncY各8项（38.1%），Col(BS512)、IncI1和IncQ1各6项（28.6%）。
6.1.3 毒力基因：25项（16.2%）进行毒力基因分析，识别256种不同毒力相关基因。最常见为iss 9项（36.0%），gad、lpfA和traT各8项（32.0%），iutA 7项（28.0%），涉及血清抵抗、黏附和铁获取功能。
6.1.4 推断传播途径：154项中71项（46.1%）报告至少一种推断传播途径。医院传播32项（45.1%），环境27项（38.0%），社区26项（36.6%），人畜共患22项（31.0%），食物链12项（16.9%），水源12项（16.9%），人传人9项（12.7%）。医院传播在埃塞俄比亚和坦桑尼亚多见，环境传播在乌干达最常见。
6.1.5 One Health传播证据：19项One Health研究中，14项（73.7%）涵盖三部门，5项（26.3%）研究两部门。10项（52.6%）通过WGS提供跨部门传播分子证据，基于共享序列型、耐药基因和质粒。卢旺达、马达加斯加和吉布提证据显示跨部门双向传播。大型马拉维和乌干达基因组研究中，人-环境传播事件463次，多于人-动物146次或动物-环境142次，提示环境是主要传播隔室。其余研究通过表型药敏谱、家庭内耐药分离株共现或流行病学关联推断传播。乌干达一项研究发现67%牛分离株与人类分离株近缘，另一项发现牲畜拥有与耐药E. coli携带无关联。Eger 2021在卢旺达的WGS研究涉及ST131、ST648、ST354、ST38、bla_CTX-M-15和IncF；Gay 2023在马达加斯加涉及84种ST、bla_CTX-M-15及IncF、IncY；Mohamed 2023在吉布提涉及ST10、bla_OXA-181和ColKP3-IncX3；Musicha 2025在乌干达涉及ST10、bla_CTX-M-15/27和bla_NDM-5；Milenkov 2024在马达加斯加涉及ST10、bla_CTX-M-15、IncF和IncY；Geuther 2023在卢旺达、Muleme 2023在乌干达、Kavulavu 2025在肯尼亚和Iramiot 2020在乌干达也提供表型或WGS证据。
6.1.6 风险因素：113项（73.4%）报告风险因素分析。既往抗生素使用最一致相关，其次为医疗暴露，包括既往住院、导管插入、重症监护病房/新生儿重症监护病房（ICU/NICU）入住和侵入性器械使用。儿童和新生儿年轻年龄也常与携带或感染相关。One Health研究强调动物接触、未处理水源和卫生条件差。部分研究未发现显著关联，包括牲畜拥有。
7 讨论：东非纵向E. coli基因组监测数据仍有限。本综述显示产ESBL E. coli已在东非牢固确立；产碳青霉烯酶谱系相对不常见，但近期发表时段中位流行率较高，与全球碳青霉烯耐药上升预测一致，但因人、动物、食物和环境纵向基因组数据有限，是否反映真实出现仍不清楚。bla_CTX-M-15为主要ESBL决定因素，ST131、ST10、ST38和ST410为主要高风险克隆，与全球肠外致病性E. coli流行病学一致。近一半ST跨人、动物和环境部门报告，提示共享谱系跨部门循环；但共享ST本身不能确立传播、方向或流行病学联系。研究结果支持协调One Health干预，而非单一部门控制。耐药E. coli可通过直接动物接触、污染食物和污染水传播，但仅12.3%研究采用明确One Health设计。ESBL负担高而碳青霉烯酶数据偶发，反映撒哈拉以南非洲ESBL流行已确立、碳青霉烯酶威胁正在出现。多数研究来自埃塞俄比亚、坦桑尼亚和乌干达，可能反映实验室能力和研究投资差异，而非真实AMR变异。布隆迪、厄立特里亚和索马里是监测盲点，科摩罗、毛里求斯、塞舌尔和南苏丹无符合研究。bla_CTX-M-15持续优势，bla_NDM和bla_OXA-48样基因共检出与碳青霉烯耐药逐渐出现假说一致。表型碳青霉烯耐药与碳青霉烯酶基因检测差异可能反映碳青霉烯药敏检测有限，表型筛查可能低估碳青霉烯酶传播。国家间优势基因差异提示区域异质性。全球传播高风险克隆ST131、ST10、ST38和ST410出现在多个东非国家，提示国际成功谱系影响，但多数研究描述性和非基因组关联设计限制因果推断。IncF家族质粒最常见，bla_CTX-M-15最常见ESBL变异，直接质粒-基因连锁仅在WGS研究中确认，支持但不确立水平基因转移是区域跨部门传播主要驱动。WGS仅用于少数One Health研究，约一半实现跨部门传播基因组确认，许多传播途径基于流行病学关联而非基因组证据。医院和环境途径占优，与非洲大陆范围综述认为食物链为主要传播途径不同，可能因本研究证据以医院人类研究为主，而非真实区域流行病学差异。风险因素按部门不同，人类临床研究以既往抗生素使用、医疗暴露和年轻年龄为主，One Health研究更多涉及动物接触、不安全水和卫生差，强调水、环境卫生和个人卫生（WASH）缺陷是关键跨部门驱动因素。
7.1 意义：研究结果强调需加强东非整合One Health监测，扩大基因组测序能力，尤其代表性不足国家，标准化碳青霉烯酶检测和统一实验室方法。AMR控制应结合抗菌药物管理、感染预防和跨部门WASH干预。地理不平衡、方法异质性和WGS有限限制基因组数据解释。未来研究应优先纵向、基因组信息研究，以阐明MDR E. coli在人-动物-环境界面的传播途径，从而指导适当且情境化的AMR控制干预。

四、研究结论翻译
本范围综述绘制了东非人、动物和环境部门中产ESBL和碳青霉烯酶Escherichia coli的证据图景。产ESBL E. coli被广泛报告，bla_CTX-M-15和IncF家族质粒复制子是其中最常检测的决定因素之一，尽管直接的质粒-基因连锁仅在少数研究中经基因组确认，并伴高风险谱系ST131、ST10、ST38和ST410。携带bla_NDM和bla_OXA-48样基因的产碳青霉烯酶菌株仍较不广泛。研究人员建议加强基因组能力以改善监测、标准化诊断、抗菌药物管理和WASH干预，以控制该地区MDR病原体，包括产ESBL和碳青霉烯酶Escherichia coli。