肺炎克雷伯菌是1种常见存在于自然界中的革兰氏阴性菌,当动物机体免疫力下降时,可能引发呼吸道、消化道以及泌尿道等部位的感染。该菌通过食物、环境等因素在人和动物之间流行传播,严重危害人畜健康,对公共卫生安全造成威胁。在西北地区,奶牛乳源的肺炎克雷伯菌分离率高达33.33%,且有季节性发病特征:夏季因高温应激导致动物免疫力下降而高发;冬季则因通风差、饲养密度高而导致呼吸道感染风险增加,幼畜的发病率高于其他季节
[1]。肺炎克雷伯菌的感染范围广、致病性强,致使其流行情况复杂,防治困难。本文围绕动物源肺炎克雷伯菌的病原学、耐药性和致病性特征进行综述,并在此基础上提出合理可行的针对性防治措施,以期为后续相关研究与临床实践提供参考。
1 肺炎克雷伯菌的病原学特征
1.1 形态与染色特征
肺炎克雷伯菌是革兰氏阴性菌,属于肠杆菌科克雷伯菌属。该菌尺寸为(0.5~0.8)×(1~2)µm,是两端钝圆的短粗杆菌,无芽孢、无鞭毛、无法运动,有较厚的荚膜,多数有菌毛
[2]。
染色鉴定进一步印证了上述结构特征:硝酸盐染色法可见其无周身鞭毛;Schaeffer-Fulton染色法未见芽孢;湿墨水染色法可见明显的荚膜;番红花染色法可见淡黄色的荚膜,菌体为褐色。
1.2 培养特性
肺炎克雷伯菌为兼性厌氧菌,对生长条件的要求不高,在普通培养基上即可生长,最适生长温度为37 ℃。在普通培养基上,该菌生长为中等大小、光滑、具有黏性的乳白色菌落;当菌落距离近时,可相互融合形成菌苔。在麦康凯培养基上,可生长成中等大小、光滑、圆凸的粉红色菌落,较大肠杆菌颜色偏淡。在SS培养基上,可形成中间粉红、周边无色,直径为2~5 mm的菌落。在血琼脂培养基上,可形成灰色、圆凸样、较大且不溶血的菌落
[3]。麦康凯-肌醇-亚碲酸钾培养基为肠道菌群的鉴别培养基,可抑制非目标肠道菌的生长,肺炎克雷伯菌在该培养基上可形成红色的菌落。
1.3 生化特性
糖类发酵及含硫化合物利用方面,肺炎克雷伯菌可发酵葡萄糖(产酸产气)、蔗糖、麦芽糖及乳糖等糖类,不产生硫化氢;糖醇利用方面,L-阿拉伯醇为阴性,D-山梨醇与D-海藻糖为阳性;酶活性方面,谷氨酰芳胺酶、β-丙氨酸芳胺酶、L-脯氨酸芳胺酶、谷氨酸-甘氨酸-精氨酸芳胺酶及鸟氨酸脱羧酶均为阴性,酪氨酸芳胺酶、尿素酶、磷酸酶、氨基乙酸芳胺酶及赖氨酸脱羧酶均为阳性;此外,吲哚试验和甲基红试验为阴性,VP试验与柠檬酸盐利用试验为阳性。
1.4 血清型
目前有3种鉴定肺炎克雷伯菌血清型的方法,分别为脉冲场凝胶电泳(PFGE)、多位点序列分型(MLST)以及基于荚膜多糖(K抗原)的PCR分型。K抗原分型首创于1926年,直至20世纪70年代才得到推广应用。目前可根据K抗原将肺炎克雷伯菌分为82个K血清型
[4],常见的血清型有K1、K2、K3、K5、K54、K57等。据报道,肺炎克雷伯菌的严重感染多与K1和K2血清型相关,其中,K2血清型在人类感染中占主导地位——从人血液中分离到的毒株均含有K2血清型特异性基因,且该血清型已在亚洲、欧洲等多个国家被检出
[5]。此外,K1和K2也是人和动物间交叉感染的常见血清型。肺炎克雷伯菌在不同动物种类中的优势血清型存在差异:猪源肺炎克雷伯菌的优势血清型为K1、K2、K5和K57;禽类感染肺炎克雷伯菌的主要血清型为K1、K2、K3和K54;反刍动物感染则常见K1和K2血清型
[6]。
与传统的血清型鉴定方法相比,PCR鉴定方法方便快捷,可根据不同血清型的特异性基因设计相应的引物进行鉴定
[7]。常见肺炎克雷伯菌血清型所对应的特异性靶基因如下:K1为
magA,K2为
wzy_K2,K3为
wzy_K3,K5为
wzx_K5,K54为
wzx_K54,K57为
wzy_K57。
不同地区肺炎克雷伯菌的血清型分布存在差异。郭文泽
[8]在新疆5个地区的8个规模化猪场共收集364份猪鼻拭子,从中分离出25株肺炎克雷伯菌,其中K57为优势血清型,其次为K1和K20。马梦娟
[9]从河南省8个奶牛养殖场的180份乳腺炎奶牛乳汁中分离出65株肺炎克雷伯菌,共鉴定出K血清型23种,其中K132占比最高,为11%(7株)。
2 肺炎克雷伯菌的致病性
2.1 主要致病因子
1)荚膜。细菌的特殊结构,参与细菌的定殖和附着,主要有抗血清和抗细胞吞噬作用。荚膜多糖被认为是最基本、最重要的毒力因子之一,根据荚膜多糖的特有成分,可将肺炎克雷伯菌分为82个血清型,不同血清型的致病程度存在差异
[10]。
2)脂多糖。革兰氏阴性菌细胞壁外壁的组成成分,由脂质和多糖构成。其结构可分为3部分:O抗原、核心多糖和类脂A。截至目前,已有O1、O2、O2ac、O3、O4、O5、O7、O8和O12这9种O抗原被确认,其中以O1、O2和O3这3种血清型为主
[11]。
3)菌毛。多数革兰氏阴性菌表面的1种丝状蛋白附属器,由具有抗原性的菌毛蛋白、普通菌毛和性菌毛组成,是介导细菌黏附的重要致病因子。
4)铁载体。铁作为细菌生长过程中不可缺少的一部分,其摄取和利用直接影响肺炎克雷伯菌的生长繁殖能力。毒力较高的菌株通常可分泌更多的铁载体分子,从而在宿主体内更有效地竞争有限的铁资源,因而其致病性也相应增强。
2.2 不同动物的感染情况
1)啮齿动物。肺炎克雷伯菌对啮齿类动物的感染后果尤为严重,试验动物如果发生感染,不仅会影响实验结果的准确性,也可能对科研人员的健康安全构成严重威胁。小鼠感染肺炎克雷伯菌后,通常表现为精神沉郁、不愿走动、呼吸困难;感染后期,眼角可出现黄色干酪样分泌物,重症感染小鼠因全身性衰竭而死亡。剖检死亡小鼠,可见肝脏、脾脏淤血肿大,皮下积有大量灰黄色脓性渗出物。
2)禽类。肺炎克雷伯菌对禽类也危害严重,仅次于大肠杆菌对禽类的影响。该菌的主要传染源为病禽和带菌禽类,可通过消化道水平传播,一年四季均可发病;对不同日龄的禽类均有较高的致病性,其中以幼禽最为易感。禽类感染肺炎克雷伯菌后,通常表现为体温升高,精神沉郁、喜卧,羽毛松乱、双翅下垂、缩颈闭目,呈昏睡状态;同时可见呼吸困难、咳嗽,粪便呈杏色或灰绿色,有时混有血液;此外,也可能引发禽类关节炎和结膜炎,病禽关节肿大、站立困难;结膜肿胀、流泪,眼角分泌黄色液体。
3)家畜。肺炎克雷伯菌可感染多种家畜,引发脑膜炎、呼吸道炎症、败血症,母畜子宫炎等疾病。在羊上,谷建
[12]从营口市患有乳房炎的奶羊羊乳中分离出8株肺炎克雷伯菌,提示该菌与奶羊乳房炎的发生具有一定关联。在猪上,该菌在断奶仔猪和保育猪中高发,可引起肺部出血性肺炎、胸腔积液和仔猪猝死。在牛上,则可引起犊牛肺炎和奶牛乳房炎。
4)野生动物。肺炎克雷伯菌同样可侵害野生动物,已有大熊猫、林麝、兔、水貂、狐狸等动物感染的相关报道
[13-15]。
3 肺炎克雷伯菌的耐药机制
肺炎克雷伯菌的耐药机制主要包括以下5个方面
[16]:
1)β-内酰胺酶的产生。这是肺炎克雷伯菌最核心、临床危害最大的耐药机制。此类酶由细菌合成后,可直接水解并破坏抗生素的结构,使药物彻底失去抗菌活性。更为严重的是,1株肺炎克雷伯菌可产生多种灭活酶,进而发展为泛耐药菌株,导致多种抗生素治疗无效。
2)外膜蛋白通透性降低。菌体外膜上的孔蛋白减少或消失,抗生素进入菌体的含量随之下降,从而降低药物疗效。
3)药物作用靶位改变。β-内酰胺类药物的靶位为青霉素结合蛋白(PBP),菌株PBP突变可降低药物与PBP的亲和力,多见于碳青霉烯耐药菌株;四环素类药物通过与细菌核糖体结合抑制蛋白质合成,菌株耐药性由核糖体保护蛋白(耐药基因编码)介导,该蛋白可改变细菌核糖体构象,降低药物结合力;磺胺类药物可与二氢蝶酸合酶结合,竞争性阻断细菌叶酸合成,从而发挥抑菌作用,靶酶突变使其不再结合磺胺类药物,菌株因此产生耐药性。
4)生物被膜形成。在环境压力或表面接触信号的诱导下,肺炎克雷伯菌可形成包裹菌体的生物被膜,产生物理屏障,阻止药物渗透。同时,被膜内部的细菌进入休眠状态,代谢显著降低,导致药物无效。
5)主动外排泵系统。AcrAB-Tolc是许多革兰氏阴性菌的主要外排泵系统,其过度表达可将多种抗生素从细菌中泵出胞外,以降低抗生素在菌体细胞内的浓度,从而使细菌对抗生素的敏感性降低。
在动物临床上,肺炎克雷伯菌常出现多重耐药的情况,给相关疾病的治疗带来一定的困难,同时也对养殖业造成危害。孙崇翔
[17]在东北地区采集的284份猪鼻拭子样品中,共分离出48株肺炎克雷伯菌;药敏试验采用19种抗菌药物对其最小抑菌浓度进行测定,结果显示其对美罗培南、替加环素高度敏感;耐药基因检测方面,β-内酰胺类耐药基因
blaSHV的检出率最高。
4 肺炎克雷伯菌的防治策略
肺炎克雷伯菌最易侵害免疫力低下的机体,因此提高免疫力、早预防、早治疗是防控该菌感染的关键。
4.1 综合防治
饲养管理方面,应注意饲料营养均衡、合理控制饲养密度、优化养殖环境,以减少动物应激,提高机体免疫力。生物安全方面,严格执行对新引进动物的隔离观察,必要时开展细菌学检测,防止病原的引入和扩散。一旦发现感染,必须立即控制传染源并切断传播途径。具体措施包括:将确诊动物隔离饲养;对圈舍进行通风消毒;对带菌动物使用过的垫料、水槽等设备,使用二氧化氯每周消毒2次,其粪便进行无害化处理。对于已感染的动物,治疗前应先进行药敏试验,再依据药敏结果选用抗生素,以减少耐药菌株的产生;同时配合对症治疗,并严格执行休药期规定,避免耐药菌与药物残留进入食物链。
王佳芸
[18]于2017-2020年在中国福建、江苏、安徽等地采集奶牛乳腺炎奶样763份,从中分离出108株肺炎克雷伯菌,共鉴定出78种毒力基因和73种耐药基因,丰富了该菌的流行病学数据;同时建立了1种基于噬菌体的靶向高毒力肺炎克雷伯菌并协同减毒的策略,为奶牛源肺炎克雷伯菌的防控提供了参考。
4.2 中药替抗
中药是我国传统医学的特有药物。随着抗生素的广泛使用,细菌耐药性日益增强,中药作为抗生素的替代选择逐步受到关注。中药替抗不仅能减少药物残留,且毒性较低,在耐药菌感染的防治中具有重要的应用潜力。郭上朝等
[19]从15味常见中药的研究中发现,黄芩对肺炎克雷伯菌的抑菌活性最强,可破坏其细胞壁及细胞膜完整性,使菌株的膜电位、胞内核酸含量、蛋白质含量等下降,从而抑制肺炎克雷伯菌的生长速度。李亚娜
[20]针对痰热清注射液对产ESBLs肺炎克雷伯菌的体外抑菌作用进行了研究,结果表明痰热清对该菌具有一定的抑制作用,且无论与头孢他啶联合应用,还是间隔6 h先后应用,均可增强对产ESBLs肺炎克雷伯菌的抑菌效果。
4.3 疫苗研发进展
肺炎克雷伯菌作为重要的人畜共患条件致病菌,多重耐药菌株与高毒力株的广泛流行已给畜禽养殖业及人畜健康带来严峻挑战。疫苗作为防控肺炎克雷伯菌感染、减少抗生素使用、阻断耐药基因传播的核心手段,具有不可替代的应用价值。当前针对肺炎克雷伯菌疫苗的研究主要聚焦于荚膜多糖抗原,但因血清型较多,难以实现全面保护,导致疫苗保护效力差,限制了肺炎克雷伯菌疫苗的开发
[21],目前全球尚无获批上市的肺炎克雷伯菌专用疫苗。
近年来,动物源肺炎克雷伯菌的疫苗研发取得初步进展。叶霄霞
[22]从西藏藏猪中分离出肺炎克雷伯菌,并针对其优势血清型K20和K54制备灭活疫苗,该疫苗具有较好的保护效力,且证实藏黄芪可应用于疫苗佐剂。莫超迪
[23]从广西地区的黄喉拟水龟中分离出34株肺炎克雷伯菌,并制备了灭活疫苗与亚单位疫苗KpOmpA。应用实验龟评价疫苗的安全性和保护力,结果显示2种疫苗均未出现死亡或不良反应,且有较好的免疫保护力。
5 结 语
肺炎克雷伯菌感染范围广、致病性强、死亡率高,且防治困难,免疫力低下的动物易受到感染。因此,饲养过程中应注意饲料营养均衡及饲养环境管理,以保障动物机体免疫力;加强生物安全防护,严格控制传染源、切断传播途径,以降低感染风险。对于发病动物,应及时诊断并根据药敏试验结果选用敏感抗生素进行治疗,并可酌情配合中药辅助。未来应重点关注相关疫苗与药物的研发,持续优化防控方案,切实保障养殖生产安全与人畜健康。