综述：肠道沙门菌肠道亚种森夫顿堡血清型：一种在家禽生产和食品链中具有高度适应性的血清型

《Microbiology Research》：Salmonella Senftenberg: A Highly Adaptable Serovar Across Poultry Production and the Food Chain

　　

肠道沙门菌（Salmonella enterica）肠道亚种（subspecies enterica）森夫顿堡血清型（serovar Senftenberg）由一组异质性的非伤寒沙门菌（nontyphoidal Salmonella, NTS）菌株构成，这些菌株经常在动物饲料、饲料原料、饲料生产设施、家禽养殖以及多种食品中被检出。基因组分析表明，森夫顿堡血清型为多系起源（polyphyletic），包含多个遗传上截然不同的进化谱系，且不同分离株之间存在显著的表型差异。某些菌株表现出对热、干燥以及常规清洁和消毒程序的显著耐受性，这有助于其在这些环境中持续存在，并可能促进其通过食品链传播。与森夫顿堡血清型相关的人类感染范围从自限性胃肠炎到侵袭性疾病不等，而部分与暴发相关的分离株已表现出对人类医学中具有特别重要意义的抗菌药物的耐药性、对植物源性抗菌化合物的适应性以及不寻常的毒力谱。本综述以森夫顿堡血清型为例，探讨适应性特征如何在环境和选择性压力下促进沙门菌的持续存在，重点关注其在家禽生产中的出现与持续存在及其对食品安全和公共卫生的影响。

1. 1.
   引言
   沙门菌属（Salmonella）目前包括两个公认的种：肠道沙门菌（Salmonella enterica）和邦戈沙门菌（Salmonella bongori），尽管基因组研究仍在不断完善其分类学。肠道沙门菌至少包含6个以罗马名称和数字命名的亚种：肠道亚种（enterica, I）、萨拉姆亚种（salamae, II）、亚利桑那亚种（arizonae, IIIa）、双相亚利桑那亚种（diarizonae, IIIb）、豪顿亚种（houtenae, IV）和因迪卡亚种（indica, VI）。近期对大规模分离株集合的基因组调查表明，肠道沙门菌可能包含多达5个额外的亚种，而沙门菌地下种（Salmonella subterranea）可能被视为第三个沙门菌种。全基因组测序（whole-genome sequencing, WGS）越来越多地用于沙门菌血清分型和分类。除准确的血清型鉴定外，WGS还能实现高分辨率的暴发调查、来源归因、新发克隆监测、非典型菌株表征以及新型或耐药变异的鉴定，使其成为现代公共卫生和食品安全监测不可或缺的工具。
   根据White–Kauffman–Le Minor分类方案，该属根据体细胞（O）和鞭毛（H）抗原进一步细分为2600多个血清型。肠道亚种包括约1600个血清型。从临床角度看，肠道沙门菌肠道亚种的血清型大致分为伤寒沙门菌和非伤寒沙门菌（nontyphoidal Salmonella, NTS）。与局限于人类并引起肠热症的伤寒血清型不同，NTS血清型是人畜共患病原体，主要引起胃肠炎，但也可能导致侵袭性感染，尤其是在易感人群中。包括肠炎沙门菌（S. Enteritidis）、鼠伤寒沙门菌（S. Typhimurium）和单相鼠伤寒沙门菌（monophasic S. Typhimurium）在内的12种沙门菌血清型约占报告食源性暴发的90%。在全球范围内，NTS估计每年导致2亿至10亿例感染，包括超过9000万例胃肠炎和超过15万例死亡，其中约85%的感染与食用受污染食品有关。因此，人类沙门菌病仍然是全球主要的食源性疾病之一，且近年来其发病率未出现持续下降。
   肠道沙门菌肠道亚种森夫顿堡血清型（S. Senftenberg）（抗原式1,3,19:g,[s],t:-）与全球人类感染中最常见的血清型（如鼠伤寒沙门菌和肠炎沙门菌）相比，受到的关注相对较少。然而，森夫顿堡血清型已在动物饲料、饲料原料、饲料生产设施、家禽养殖场以及多种食品（包括茴香籽茶、坚果、香草、婴儿谷物、禽肉和香料）中反复检出。
   森夫顿堡血清型是一个多系起源的血清型，其分离株已被归入不同的序列型（sequence types, STs）。全基因组测序研究表明，森夫顿堡血清型包含至少两个主要的遗传上截然不同的谱系，分别以ST14和ST185为代表。系统发育分析进一步将森夫顿堡血清型分离株分为两个主要分支，命名为森夫顿堡分支1（Senftenberg clade 1, SC1）和分支2（Senftenberg clade 2, SC2）；SC1包含ST185、ST217和ST1751，而SC2包括ST14。ST14是一个常见且全球分布的谱系，缺乏明显的宿主特异性，并与人类、动物、食品和食品生产环境相关。脉冲场凝胶电泳（pulsed-field gel electrophoresis, PFGE）也证明了ST14分离株之间存在相当大的多样性，揭示了该血清型内多种不同的谱型。这种遗传多样性可能有助于观察到的森夫顿堡血清型分离株之间的表型变异。
   虽然以往的综述已广泛涉及沙门菌在家禽生产中的持续存在和控制，但缺乏将森夫顿堡血清型的遗传多样性与其表型和适应性特征相结合的血清理特异性综合研究。这一视角对森夫顿堡血清型尤为重要，因为遗传上不同的谱系和显著的菌株水平变异可能构成环境持久性、应激耐受性和对控制措施反应差异的基础。
   该血清型的某些菌株表现出对热、干燥以及常规清洁和消毒程序的显著耐受性。这些特征可促进其在家禽生产环境中的长期持续存在，并增加通过食品链传播的可能性。在人类中，森夫顿堡血清型已在全球范围内与食源性暴发和医疗保健相关感染相关。
   因此，本综述综合了关于森夫顿堡血清型的流行病学、生态学、表型和基因组证据，特别强调其在家禽生产中的出现和持续存在、环境储存库、应激耐受性、抗菌药物耐药性以及对食品安全和公共卫生的影响。
2. 2.
   森夫顿堡血清型在家禽生产中的出现
   尽管数十年来实施了旨在降低家禽生产中沙门菌流行率的强化监测和控制计划，禽肉、鸡蛋和蛋制品仍然是人类沙门菌病的主要来源之一。虽然沙门菌可在生产的任何阶段进入食品链，但农场层面的有效控制被认为对于减少后续加工过程中的污染至关重要。
   在欧盟内部，国家控制计划（National Control Programs, NCPs）已大幅改善了对被认为构成最大公共卫生风险的血清型的监测和控制：肠炎沙门菌、鼠伤寒沙门菌、单相鼠伤寒沙门菌变异型以及额外目标血清型哈达尔沙门菌（S. Hadar）、婴儿沙门菌（S. Infantis）和维尔肖沙门菌（S. Virchow）。2017年至2021年间进行的欧洲监测和控制计划比较分析包括了家禽生产中所有沙门菌血清型的数据。森夫顿堡血清型是2018年丹麦肉鸡养殖场以及2019年和2021年意大利肉鸡养殖场中最常检出的血清型之一。它也是2018年意大利、2019年法国和2020年德国育肥火鸡中五个最常分离的血清型之一。同样，在塞尔维亚贝尔格莱德流行病学区域进行的监测发现，2014年至2019年间，森夫顿堡血清型是家禽中五个最常检出的沙门菌血清型之一。在美国，森夫顿堡血清型是从食品中分离的前五大血清型之一，也是从临床患病动物中分离的前11大血清型之一。近几十年来，在巴西的肉鸡养殖场、家禽环境、屠宰场和鸡胴体中也在家禽生产链的多个阶段检出了森夫顿堡血清型。
   这些发现支持需要定期修订国家控制计划以反映不断变化的流行病学模式。沙门菌血清型的流行率和分布可能因地点、区域和国家而异；因此，对人类和家禽的持续监测对于识别流行血清型和指导循证控制策略至关重要。除了家禽群中的流行率和公共卫生相关性外，在评估流行病学重要性日益增加的血清型以纳入未来监测和控制计划时，还应考虑抗菌药物耐药性、毒力特征和快速传播的潜力。
   2.1. 森夫顿堡血清型在家禽养殖场中的持续存在
   受污染的饲料和饲料原料被认为是森夫顿堡血清型引入商业化家禽生产的主要途径。该血清型经常在动物饲料、饲料原料、饲料生产厂和农场饲料环境中检出。一项全球系统综述和荟萃分析进一步强调了森夫顿堡血清型与饲料生产链的密切关联。在来自成品饲料以及饲料厂设备和饲料厂环境的沙门菌分离株中，森夫顿堡血清型是最常报告的血清型，报告来自欧洲、美洲和西太平洋地区。在所有样本类型（包括成品饲料、原料饲料组分、饲料厂设备和饲料厂环境）的分离株中，它也排名第二，并在分析中包含的所有七个区域中均被检出。1995–1996年间瑞典一家饲料厂的持续污染证明了森夫顿堡血清型在饲料生产设施内建立长期储存库的能力。分子分型确定了污染源，随后有针对性的控制措施消除了该持续存在的克隆。来自日本的证据表明，受污染的饲料可将单一克隆引入家禽养殖场，随后通过养殖场环境传播。最近，在乌克兰同一家饲料加工企业两年内反复分离到森夫顿堡血清型，进一步证实饲料生产设施可作为该血清型的长期储存库。
   一旦引入家禽生产，森夫顿堡血清型可在生产环境中的多个储存库中建立，包括孵化场、灰尘、垫料、饲料和禽舍设备。最早的报告之一显示，森夫顿堡血清型能够在正常温度和湿度条件下在整个孵化过程中在孵化器内存活和增殖。一旦存在于孵化场，污染通过空气传播以及孵化场人员污染的手和设备传播。虽然无法确认最初的污染源，但作者考虑了多种潜在来源，包括受污染的种蛋、啮齿动物、野生鸟类、苍蝇和饲料。随后的报告描述了从孵化场分离的ST14菌株，该菌株与肉鸡的长期肠道定植相关，进一步证明了森夫顿堡血清型在家禽中建立的能力。图1总结了可能有助于其在禽类生产中建立和持续存在的多种引入途径和环境储存库。
   家禽养殖场内的长期维持尤其通过肉种鸡场的观察得到很好的说明。在一个养殖场，30个月内收集的三个森夫顿堡血清型分离株具有相同的脉冲场凝胶电泳（PFGE）谱型，表明尽管进行了清群、清洁和消毒程序，单一克隆仍然持续存在。该菌株随后能够感染无沙门菌的蛋鸡。此外，在另一个养殖场，尽管在两次阳性采样事件之间18个月的间隔内有55次连续的沙门菌阴性检测结果，仍从禽舍中回收了遗传上相同的分离株。PFGE分析进一步表明，从养殖场回收的分离株与从饲料原料中获得的分离株具有遗传相关性，表明受污染的饲料原料和饲料厂环境可能有助于森夫顿堡血清型在家禽生产系统中的引入和长期维持。
   森夫顿堡血清型对干燥的显著耐受性可能进一步促进其在灰尘、垫料和禽舍设备上的存活。这种耐受性也可能使环境监测复杂化，因为休眠或低水平的沙门菌细胞可在清洁和消毒后留在灰尘、干燥粪便物质以及受污染的表面或设备上，可能逃避常规卫生检查。受污染的灰尘可能促进森夫顿堡血清型在家禽群内的空气传播。实验研究表明，对7日龄雏鸡进行气管内接种可实现成功的盲肠定植，而用相同田间菌株进行口服和静脉接种则不能。
   除干燥耐受性外，生物膜形成是促进环境存活的另一种机制。与许多其他沙门菌血清型一样，森夫顿堡血清型能够形成生物膜，保护细菌细胞免受清洁和消毒程序的影响，从而促进其在家禽生产环境中的存活。
   环境持久性进一步得到一些森夫顿堡血清型菌株在家禽中建立长期定植能力的补充。与早期观察（在良好饲养条件下森夫顿堡血清型在4–6周内从雏鸡中消失）相反，后续研究揭示了定植能力存在相当大的菌株间差异。某些菌株能够以高水平定植鸡的盲肠，类似于肠炎沙门菌，建立无检测到抗体产生的长期无症状感染。无症状携带禽可在较长时间内将这些森夫顿堡血清型菌株脱落至环境中，为维持家禽群内的污染提供了额外机制。此外，森夫顿堡血清型在用作有机肥料的禽垫料中的存活可能有助于农业土壤、作物或回收垫料材料的污染，从而扩大了沿食品链传播的机会。
   沙门菌在家禽环境中的持续存在以及消除常驻菌株的困难强调了需要更可持续和有效的控制策略。此类常驻沙门菌血清型尽管采取了常规卫生措施，仍可能持续存在数年。因此，正在研究一系列替代或补充方法，包括化学、物理和生物处理。这些包括纳米颗粒、紫外线、热、加压蒸汽、红外辐射、噬菌体、精油和其他针对生物膜的方法。
   2.2. 对食品安全和公共卫生的影响
   持续存在的森夫顿堡血清型菌株可能构成重要的食品安全问题，因为它们可以定植肠道，在整个家禽生产周期中存活，并在屠宰和食品加工过程中持续存在，可能进入食品链并导致人类感染。这些观察强调，持久性可能对该血清型的公共卫生意义有重大贡献。某些森夫顿堡血清型菌株表现出的异常耐热性可能进一步增加这种风险，这对食品安全尤为重要。
   最早的调查之一鉴定出从英格兰家庭屠宰肉类中分离的森夫顿堡血清型菌株，其F₁₄₀值为39分钟，即在140°F（60°C）下的热阻测量值。该值约为鼠伤寒沙门菌报告F₁₄₀值（3–5分钟）的十倍，突出了该森夫顿堡血清型菌株的异常耐热性。后续研究将森夫顿堡血清型菌株ATCC 43845（NCTC 9959）（最初称为菌株775W）确立为异常耐热性的充分表征模型。该菌株于1941年从美国的中国蛋粉中分离，并于1946年首次被报告为异常耐热。在约300种沙门菌培养物（代表75种不同血清型）中，没有发现像森夫顿堡血清型775W那样耐热的。
   与最常见的沙门菌血清型肠炎沙门菌和鼠伤寒沙门菌不同，森夫顿堡血清型775W对常规液体蛋巴氏杀菌条件表现出异常抗性。根据已发表的耐热数据，在60°C下巴氏杀菌3.5分钟或64°C下巴氏杀菌2.5分钟预计仅能实现森夫顿堡血清型775W的1–4 log减少，而肠炎沙门菌和鼠伤寒沙门菌的估计减少为5–9 log。基因组分析揭示，其异常耐热性与位于大型IncHI2质粒上的两个水平获得的耐热位点TLPQC-1和TLPQC-2相关。它们的存在可能反映了对蛋加工过程中遇到的热应激的适应，尽管这些位点的进化起源仍不确定。某些森夫顿堡血清型菌株的异常耐热性说明了水平获得的遗传性状如何可能损害常规食品加工策略的有效性。
3. 3.
   与森夫顿堡血清型相关的人类感染和暴发
   虽然森夫顿堡血清型不属于全球人类感染中最常相关的沙门菌血清型，但它已与广泛的散发性感染、食源性暴发和偶发性侵袭性疾病相关。人类感染最常与食用受污染食品有关，但也报告了几起医疗保健相关暴发，特别是在新生儿病房。临床表现范围从无症状携带和自限性胃肠炎到严重的侵袭性感染。表1按时间顺序总结了已发表的与森夫顿堡血清型相关的人类感染和暴发报告，以说明感染来源、临床表现和流行病学环境的多样性。
   表1中总结的报告证明了森夫顿堡血清型显著的生态和流行病学多功能性，涵盖食源性和医疗保健相关传播、多样化的食品媒介、长期环境持久性、多重耐药克隆和非典型毒力谱。总的来说，这些观察支持了森夫顿堡血清型可以适应不同生态位和选择性压力的观点，对食品安全和公共卫生均有影响。
   在一项对2005年至2011年间从上海的人类、食品和环境来源回收的130株森夫顿堡血清型分离株的研究中，鉴定出56种PFGE谱型，包括显示高度遗传相似性（95.7%）的四种主要谱型。在三年期间（2008–2010年）从动物源性食品和环境来源回收密切相关分离株表明可能存在交叉污染和同一克隆可能的持续污染，突出了受污染食品和水作为人类感染来源的可能作用。
   3.1. 来自食品和人类暴发的森夫顿堡血清型分离株的异常特征
   3.1.1. 非典型表型和对食品安全的挑战
   在最近的一项研究中，从熟贻贝中分离的非典型森夫顿堡血清型菌株表现出两个可能挑战常规检测的特征：缺乏H₂S产生和可检测的体细胞抗原表达缺失。H₂S阴性表型与培养为基础的监测相关，因为常规鉴定依赖于选择性培养基上的特征性菌落形态，包括在XLD琼脂上形成黑色菌落。类似的H₂S阴性变异体此前在中国已有报道，包括属于新型ST1751并携带特征性phsA突变的分离株。对贻贝分离株的常规血清分型仅鉴定了第一鞭毛相抗原（-;g,s,t:-），而无法检测到体细胞抗原。该分离株体细胞抗原表达的缺失与rfb操纵子内的染色体重排相关，该操纵子编码参与O抗原生物合成的酶；该簇内的变异导致了沙门菌属中观察到的体细胞抗原多样性。总之，这些发现说明了使用常规表型方法在食品安全监测中可靠检测和鉴定非典型森夫顿堡血清型变异体的困难。
   计算机血清分型和多位点序列分型（MLST）分析将该分离株鉴定为森夫顿堡血清型（1,3,19:g,s,t:-），属于ST14。有趣的是，密切相关的森夫顿堡血清型ST14菌株已反复从西班牙加利西亚的贝类和贝类加工环境中回收，该血清型在该地区已占主导地位二十多年。全基因组多位点序列分型（wgMLST）分析表明，最近的非典型分离株与2015年回收的ST14菌株密切相关，两者共享rfb操纵子处相同的染色体重排，支持该谱系长期持续存在并适应这一特定生态位的可能性。然而，目前可用的密切相关分离株数量有限，无法就这一谱系的地方性持续存在得出明确结论。
   3.1.2. 对抗菌化合物的适应性和抗菌药物耐药性
   与2007年英格兰和威尔士食源性暴发相关的临床分离株表现出对罗勒精油及其主要化合物芳樟醇（一种天然存在的萜烯醇）的耐药性。实验性暴露于增加的芳樟醇浓度导致芳樟醇耐药性增加八倍，并增强了收获前后在罗勒植株上的存活。此外，适应的分离株对甲氧苄啶、磺胺甲噁唑、哌拉西林、氯霉素和四环素表现出交叉耐药性，最小抑菌浓度（MICs）增加2至32倍。
   尽管精油复杂的多组分组成和多个细胞靶点可能降低细菌耐药性的可能性，但实验证据表明，在长期暴露于亚致死浓度后，仍可能发展出适应性反应。在森夫顿堡血清型中，反复暴露于芳樟醇导致稳定适应，与对罗勒精油的耐受性增加和对临床和兽医医学中使用的几种抗生素的敏感性降低相关。对芳樟醇的耐受性涉及多种适应机制，包括趋化性调节的运动性、膜组成变化、诱导外排、减少流入和形成更大的聚集体。重要的是，适应表型在反复传代后保持稳定，表明观察到的耐药性与遗传转变而非表观遗传变化相关。
   临床上相关抗菌药物耐药性的一个显著例子是在1999年佛罗里达州东北部一次长期医疗保健相关暴发期间报告的。从佛罗里达州杰克逊维尔一家医院的患者中分离出多重耐药森夫顿堡血清型菌株，在接下来的6年中，它通过反复的患者转移传播到其他15家医疗机构，共影响67名患者。随后对暴发分离株的分子表征揭示了与氟喹诺酮类敏感性降低相关的染色体突变，以及赋予广谱头孢菌素耐药性的获得性β-内酰胺耐药基因，突出了该血清型在选择性压力下获得和维持临床重要抗菌药物耐药决定因素的能力。从赞比亚的两名患者中也分离出极端耐药森夫顿堡血清型菌株。这些分离株对九类抗菌药物具有耐药性并携带赋予耐药性的基因，包括氟喹诺酮类和广谱头孢菌素。
   耐氟喹诺酮的NTS和伤寒沙门菌目前被世界卫生组织（WHO）列为“高优先级”病原体，而耐头孢曲松分离株已在多个国家和大陆越来越多地被报告，强调了这一挑战的全球规模。
   食用动物中抗菌药物的使用是重要的选择性压力，可能促进耐药沙门菌菌株的出现和维持，这些菌株随后可能进入食品链。在一项对美国人类和动物来源的森夫顿堡血清型分离株的研究中，仅在动物分离株中检测到抗菌药物耐药性，表明畜牧业对抗菌药物耐药性的选择和促进有显著影响。随后一项对食用动物来源的森夫顿堡血清型分离株的研究发现，39.4%的分离株存在多重耐药，其中猪源分离株的流行率特别高（60%）。四株猪源分离株对12或13种抗菌药物表现出广泛耐药。此外，25株多重耐药分离株携带qacEΔ1基因，该基因与对季铵化合物消毒剂（如苯扎氯铵）的敏感性降低相关。抗菌药物和消毒剂耐药性状的共存可能进一步使食用动物中森夫顿堡血清型的控制复杂化。
   3.1.3. 森夫顿堡血清型的特定毒力潜力
   由于沙门菌的临床重要性，各种血清型，特别是鼠伤寒沙门菌，经常被用作在分子水平研究侵袭性和宿主-病原体相互作用的模型。这些研究鉴定了位于质粒和染色体致病岛上的众多毒力决定因素，其中沙门菌致病岛1和2（SPI-1和SPI-2）被认为最重要。两个岛都编码III型分泌系统（T3SSs）的组分，这是多种革兰氏阴性病原体中检测到的毒力因子。根据沙门菌肠致病性的主流模型，SPI-1对于肠道上皮的侵袭至关重要。保守的SPI-1基因如invA和hilA长期以来一直被用作检测肠致病性肠道沙门菌的分子标记，并且是侵袭肠上皮细胞的重要决定因素。
   然而，森夫顿堡血清型挑战了这一范式。2002年中国深圳食源性暴发期间回收的两株临床分离株缺乏SPI-1。这些发现首次提供了缺乏SPI-1的菌株仍可引起肠道疾病的证据，挑战了长期以来的假设，即SPI-1对于人类沙门菌病的发病机制是必需的。
   随后对2002年至2011年间从深圳和上海多次暴发中回收的14株临床森夫顿堡血清型分离株的比较基因组和表型分析鉴定了两个遗传上不同的谱系，命名为SC1和SC2。SC2分支包括与家禽持续存在相关的ST14分离株，保留了完整的SPI-1和SPI-2位点，并表现出高宿主细胞侵袭能力。相比之下，SC1分支包含三个序列型（ST185、ST217和ST1751），并包括在SPI-1和SPI-2位点均携带结构缺失的非典型不产H₂S分离株，这些缺失与体外侵袭力减弱相关。然而，这些分离株仍能在人类中引起临床显著疾病，突出了该血清型内毒力策略的多样性。比较基因组分析进一步鉴定了可能有助于宿主定植和持续存在的额外基因组特征，包括SPI-1阴性分离株中shdA基因的额外拷贝。这种异质性说明了为什么仅凭常规毒力标记无法完全理解森夫顿堡血清型的生物学和临床意义，并强调了基因组方法在检测和表征非典型变异体方面的价值。
4. 4.
   结论
   虽然森夫顿堡血清型在沙门菌血清型中并非独一无二，但其显著的生存和适应能力，加上其遗传和表型多样性，使其成为理解现代家禽生产中细菌适应的宝贵模型。持续监测和综合控制策略因此不仅应针对最流行的血清型，还应针对能够在生产环境中持续存在并进入食品链的高度适应谱系。集约化家禽生产和食品加工中控制措施施加的持续选择性压力可能有利于日益适应的细菌变异体的出现和维持，而细菌的进化能力可能超过现有监测和控制策略的极限。在这种背景下，具有持久性、应激耐受性、抗菌药物耐药性和毒力相关性状新组合的菌株持续出现仍是一个现实可能性，森夫顿堡血清型仅代表一个说明性例子。可能逃避常规表型鉴定的非典型变异体的出现进一步强调了更广泛实施基因组方法和统一健康（One Health）监测的价值，该监测整合来自食品、环境、动物和临床来源的基因组数据，以更好地追踪病原体在不同生态位中的进化和传播。