ESKAPEE微生物与“逃逸”的艺术：从抗菌药物耐药机制到“One Health”策略的综合评述

《Antibiotics》：ESKAPEE Microorganisms and the Art of Escape: From Antimicrobial Resistance Mechanisms to the One Health Approach

　　

摘要专业翻译 抗菌药物耐药性（antimicrobial resistance, AMR）是一项全球性公共卫生挑战，在“One Health”框架下对人类、动物及环境健康产生深远影响。在与医疗保健相关感染（healthcare-associated infections, HAIs）最常相关的病原体中，属于ESKAPEE组的细菌尤为突出，该组包括屎肠球菌（Enterococcus faecium）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）、鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、肠杆菌属（Enterobacter spp.）及大肠埃希菌（Escherichia coli）。这些微生物是严重感染及难治性感染的主要原因，其多药耐药（multidrug resistance, MDR）表型由复杂的分子机制驱动，包括酶介导的抗菌药物灭活、靶位点修饰、膜通透性改变及生物被膜形成。通过“One Health”视角，本叙述性综述综合了关于ESKAPEE微生物的现有证据，将环境储库（如废水）与临床耐药机制、其在医院环境中的相关性及治疗策略相衔接。本综述强调了ESKAPEE细菌中AMR与“One Health”方法之间的关联，凸显了采取综合策略以减缓耐药病原体在人类、动物与环境界面间传播的必要性。

论文主体内容专业总结

3. AMR in the One Health Era

“One Health”概念由世界卫生组织（WHO）、联合国粮食及农业组织及世界动物卫生组织共同推动，强调人类、动物与环境健康之间的相互关联。AMR被WHO认定为重大公共卫生优先事项，因其影响相互关联的生态位而需要协调的“One Health”应对措施。环境介质在AMR的维持与传播中发挥核心作用：受医院和工业废水、畜禽养殖废水污染的水生环境，施用粪肥和抗菌药物残留的农业土壤，以及动物养殖或废水处理设施产生的气溶胶，均有助于耐药决定子的持久存在与传播，并促进微生物群落间的水平基因转移。医院废水是AMR传播的重要储库，因含有高浓度抗菌药物残留及其他污染物，可对细菌群体施加选择性压力。可移动黏菌素耐药（mcr）基因及质粒介导的替加环素耐药决定子如tet(X4)在“One Health”背景下已被充分记录。此外，兽医专用氟苯尼考的使用可驱动牲畜及肉类中利奈唑胺的交叉耐药，可转移性利奈唑胺耐药基因（包括optrA、poxtA和cfr）也已在医院污水中检出。医院及市政废水的监测因此可为区域、国家及全球层面的AMR监控提供有价值的策略。然而，多数情况下医院污水未经预处理即排入市政污水系统，可能向环境释放耐药菌和难生物降解污染物。该现状凸显了制定具体法规（包括最低排放标准和医院废水强制预处理）的必要性。

4. ESKAPEE Microorganisms

4.1. E. faecium

屎肠球菌为革兰阳性、无动力、兼性厌氧球菌，是人类和动物肠道菌群的共生成员，广泛分布于土壤、植物、水及多种发酵产品中。在医院环境中，尤其对免疫功能低下患者，该菌是菌血症和尿路感染的主要病因。主要关注点在于万古霉素耐药的出现，主要由vanA和vanB基因簇介导，赋予对万古霉素的高水平耐药，导致万古霉素耐药肠球菌（VRE）的广泛传播。全球传播的主要高风险克隆属于克隆复合体17（CC17）。

4.2. S. aureus

金黄色葡萄球菌为革兰阳性球菌，呈葡萄串状排列，常见定植于健康个体的皮肤、鼻黏膜等部位，也可从水和污水中分离。该菌是社区获得性和医院获得性感染的主要原因。主要耐药问题是甲氧西林耐药，由携带mecA基因的葡萄球菌染色体 cassette mec（SCCmec）元件介导，产生耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），其传播涉及CC5、CC8、CC22、CC30和CC45等多个克隆复合体。

4.3. K. pneumoniae

肺炎克雷伯菌为革兰阴性、无动力、有荚膜杆菌，常见于人类鼻咽和胃肠道。该菌对氨苄西林固有耐药（染色体bla_SHV基因），并具有显著获得额外耐药决定子的能力。尤其值得关注的是碳青霉烯耐药，由碳青霉烯酶介导，包括KPC、NDM、VIM、IMP和GES。这些酶与全球传播的高风险克隆相关，特别是克隆群258（CG258），主要序列型（STs）为ST11、ST258和ST437，其他值得关注的高风险克隆包括ST101、ST147和ST307。

4.4. A. baumannii

鲍曼不动杆菌为革兰阴性、多形性、无动力、需氧球杆菌，与另外五种菌种构成鲍曼不动杆菌-醋酸钙不动杆菌复合体。该菌具有在无生命表面存活的非凡能力，可在医院环境中长期持久存在。碳青霉烯耐药是最显著的表型，主要由获得性苯唑西林酶型碳青霉烯酶介导，尤其是OXA-23。与OXA-23传播相关的国际主要克隆谱系为IC1/CG1和IC2/CG2。

4.5. P. aeruginosa

铜绿假单胞菌为革兰阴性、有动力、严格需氧杆菌，在医院环境中广泛分布，尤其在水性储库和医疗器械表面。该菌是医院获得性感染的主要原因，其作为院内病原体的成功与其固有和获得性耐药相关。固有耐药涉及染色体编码的AmpC β-内酰胺酶、外膜通透性和多药外排泵；获得性耐药（尤其对碳青霉烯）源于碳青霉烯酶产生（VIM、IMP和KPC）、孔蛋白突变（OprD）和外排泵过表达。耐药表型与国际传播的高风险克隆相关，尤其是ST235和ST111。

4.6. Enterobacter spp.

肠杆菌属成员为革兰阴性、有动力、兼性厌氧杆菌，广泛分布于土壤和水系统等生态位，是人类和动物肠道菌群的成员。该属包含22个菌种，其中阴沟肠杆菌复合体最为突出。阴沟肠杆菌和霍氏肠杆菌已成为重要的机会性病原体，与医院获得性感染相关。这些菌携带染色体编码的AmpC β-内酰胺酶，对多种β-内酰胺类固有耐药，并可获得质粒介导的耐药决定子，包括ESBLs和碳青霉烯酶（KPC和NDM）。ST78、ST171、ST66、ST114、ST93和ST90与阴沟肠杆菌复合体中碳青霉烯酶的传播相关。

4.7. E. coli

大肠埃希菌为革兰阴性、有动力、兼性厌氧杆菌，是人类肠道菌群的主要组成部分，常见于水、污水和医院废水等环境储库。该菌是社区获得性和医院获得性感染的主要原因。主要耐药机制涉及β-内酰胺酶和碳青霉烯酶的获得，对氟喹诺酮类和氨基糖苷类的耐药进一步限制了治疗选择。高风险克隆ST131的全球传播促进了耐药决定子在社区和医疗环境中的扩散。

5. Antimicrobial Classes Affected by Resistance in ESKAPEE Microorganisms

5.1. β-Lactams

β-内酰胺类是全球使用最广泛的抗菌药物类别，通过靶向肽聚糖合成的最终阶段抑制细菌细胞壁合成。β-内酰胺酶抑制剂的发展对于恢复对产酶菌株的抗菌活性至关重要。新型非β-内酰胺抑制剂包括二氮杂双环辛烷衍生物（avibactam、relebactam、durlobactam）和硼酸过渡态类似物（vaborbactam）。ceftazidime-avibactam抑制Ambler A类和C类并选择D类（OXA-48样）酶，而imipenem-relebactam和meropenem-vaborbactam仅限于A类和C类酶。针对鲍曼不动杆菌的碳青霉烯耐药，sulbactam-durlobactam作为主要靶向治疗。金属β-内酰胺酶（MBLs，B类）的管理仍具挑战性，治疗策略依赖含氨曲南的联合方案。全球β-内酰胺耐药的主要趋势方面，碳青霉烯耐药在革兰阴性病原体中普遍存在，可由碳青霉烯酶产生、膜通透性降低和外排泵过表达介导。MRSA是重要的耐药革兰阳性病原体，2021年全球与约55万例死亡相关。

5.2. Polymyxins

多黏菌素类（尤其是黏菌素和多黏菌素B）是阳离子脂肽类抗菌药物，主要针对革兰阴性菌，通过结合脂多糖（LPS）的脂质A、置换Mg²⁺和Ca²⁺并 destabilizing 外膜而发挥杀菌活性。

5.3. Glycopeptides and Lipopeptides

糖肽类（万古霉素和替考拉宁）为窄谱抗菌药物，通过结合肽聚糖前体的末端D-丙氨酸-D-丙氨酸抑制细胞壁合成，仅对革兰阳性菌有效。脂肽达托霉素通过钙依赖性插入细胞质膜导致膜去极化和细胞死亡。万古霉素耐药主要由vanA和vanB基因簇介导，2017年美国VRE估计导致54,500例住院感染病例和5,400例死亡。

5.4. Oxazolidinones and Glycylcyclines

恶唑烷酮类（利奈唑胺）和甘氨酰环素类（替加环素）通过不同的核糖体相互作用抑制细菌蛋白质合成。替加环素对多种耐药革兰阳性和革兰阴性病原体具有活性，但对铜绿假单胞菌活性有限。

6. AMR Mechanisms in ESKAPEE Microorganisms

AMR可分为固有耐药、诱导性耐药和获得性耐药。获得性耐药通过可移动遗传元件（MGEs）的水平基因转移或抗菌药物压力下染色体突变的选择而产生。

6.1. Enzyme-Mediated Inactivation of Antimicrobials

β-内酰胺酶产生是革兰阴性杆菌对β-内酰胺类耐药的主要机制。Ambler分子分类将β-内酰胺酶分为A-D四类。ESBLs主要为Ambler A类酶，可水解青霉素、窄谱和广谱头孢菌素及氨曲南。CTX-M型酶是全球临床和环境上最重要的ESBLs。AmpC β-内酰胺酶属于Ambler C类，赋予对青霉素和第一至第三代头孢菌素的耐药性。碳青霉烯酶赋予对几乎所有β-内酰胺类的耐药性：KPC（A类）是全球最流行的获得性丝氨酸碳青霉烯酶之一；B类MBLs（IMP、VIM、NDM）需要Zn²⁺；OXA型酶（D类）在鲍曼不动杆菌复合体中普遍存在（OXA-23样），而OXA-48样碳青霉烯酶在肠杆菌目（尤其肺炎克雷伯菌和肠杆菌属）中传播。此外，tet(X)基因编码黄素依赖性单加氧酶，参与四环素类（包括替加环素）的酶促灭活。

6.2. Modification of the Antimicrobial Target Site

在金黄色葡萄球菌中，甲氧西林耐药由SCCmec携带的mecA基因介导，编码对β-内酰胺类亲和力降低的替代PBP2a。肠球菌对β-内酰胺类固有低敏感性与其低亲和力PBPs相关。万古霉素耐药由van操纵子介导，将肽聚糖前体末端D-丙氨酸-D-丙氨酸替换为D-丙氨酸-D-乳酸或D-丙氨酸-D-丝氨酸。利奈唑胺耐药可通过23S rRNA或核糖体蛋白的染色体突变产生，也可通过获得移动耐药基因（cfr、optrA、poxtA）产生。16S rRNA甲基化（如armA）赋予对氨基糖苷类的高水平耐药。多黏菌素耐药的主要质粒介导机制为mcr基因，编码磷酸乙醇胺转移酶，催化pEtN添加至脂质A。

6.3. Alterations in Cell Membrane Permeability

孔蛋白突变或表达降低可减少膜通透性并限制药物摄取，常与外排泵过表达和β-内酰胺酶产生协同作用。非发酵革兰阴性杆菌（铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌复合体）因OprD和CarO孔蛋白表达降低而具有固有低外膜通透性。肠杆菌目中OmpF和OmpC孔蛋白的质或量改变可限制β-内酰胺扩散。外排泵过表达是另一关键耐药机制，RND超家族在多药耐药中发挥核心作用，包括铜绿假单胞菌的MexAB-OprM、鲍曼不动杆菌复合体的AdeABC/AdeFGH/AdeIJK以及肠杆菌目的AcrAB-TolC和OqxAB。

6.4. Biofilm Formation

生物被膜是附着于表面并嵌入自产胞外聚合物基质中的结构化微生物群落，与浮游细胞相比赋予对抗菌药物更高的耐受性。其复杂结构产生理化梯度，减缓细菌代谢、损害抗菌药物渗透，并促进耐受性和持存亚群的产生。生物被膜生长与水平基因转移增加相关，在慢性及器械相关感染中发挥核心作用。

7. ESKAPEE Pathogens and Their AMR Dissemination Within the One Health Context

耐药机制并非仅限于临床环境。医院污水作为关键的无宿主“热点区域”，促进高风险耐药基因向环境传播。革兰阳性菌（VRE和MRSA）将vanA/vanB、erm(B)和mecA/mecC等关键耐药决定子释放至城市废水。医院废水可为革兰阴性ESKAPE成员间的水平基因转移提供有利条件，IncF和IncX等质粒促进耐药基因在人类和环境储库间的传播。高关注度碳青霉烯酶和ESBLs（如bla_KPC-2、bla_GES-5、bla_NDM-1、bla_NDM-5和bla_CTX-M-15）与肺炎克雷伯菌、肠杆菌属和大肠埃希菌密切相关，且常携带其他抗菌药物耐药基因（如* qnrS1和mcr-1）。非发酵菌（鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌）可通过生物被膜在医院管道和表面持久存在，常携带OXA型碳青霉烯酶、金属β-内酰胺酶、16S rRNA甲基化酶（armA）并过表达外排泵。此外，集约化畜牧养殖中抗菌药物的无节制使用是全球关注问题。黏菌素、替加环素和利奈唑胺等最后防线抗菌药物的耐药基因（mcr、tet(X4)、cfr、optrA、poxtA*）在畜牧部门因历史性使用而出现和扩增，形成质粒介导耐药的环境储库，最终损害人类临床治疗。

8. Clinical and Economic Relevance of ESKAPEE Infections

ESKAPE组是HAIs的主要病原体，主要影响具有基础合并症、长期住院、既往广谱抗菌药物暴露和频繁使用侵入性装置的患者。由于AMR与治疗选择匮乏的叠加，这些感染难以治疗，与非ESKAPE感染相比导致更高的发病率、死亡率和医疗成本。一项系统综述和荟萃分析显示，耐药菌感染与死亡率增加相关（OR 2.828），ESKAPE病原体与死亡率的关联更高（OR 3.217）。ESKAPEE组微生物感染的经济负担高于敏感菌株感染，包括住院费用增加、住院时间延长、药物费用高昂等。一项包含29项研究的系统综述报告，耐药感染的归因成本范围为-2371.4至+29,289.1美元/患者，平均超额住院时间为7.4天。在美国大型医院数据库中，ESKAPE病原体占血流感染分离菌株的42.2%，与非ESKAPE病原体相比，平均住院时间延长3.3天，平均护理成本增加约5500美元。美国COVID-19疫情期间，耐药病原体引起的医院发病感染较疫情前总体增加20%。2021年全球AMR直接导致至少114万例死亡，并与约471万例死亡相关。医院监测对于追踪ESKAPEE感染流行病学和耐药性、指导经验性和靶向抗菌治疗及支持感染防控和抗菌药物管理策略至关重要。