肠杆菌属细菌是一种院内机会性致病菌，被列为引起血流感染的前五大病原体之一。由于分类学的复杂性，致病物种通常归为阴沟肠杆菌复合体（Enterobacter cloacae complex，ECC）。这类肠杆菌很难治疗，因为它们通常对青霉素、喹诺酮类药物和第三代头孢菌素具有耐药性。尽管碳青霉烯类是最有吸引力的治疗选择之一，但肠杆菌属细菌已成为全球碳青霉烯酶的第三大常见宿主，迫使黏菌素成为治疗的“最后手段”。
近期，研究人员通过对从德国6家医院获得的165株肠杆菌临床分离株的分析发现，香坊肠杆菌是检测到的最常见菌株（65.5%）。抗生素耐药谱显示了对黏菌素的耐药和异质性耐药普遍存在，在19.2%分离株中检测到mcr−9基因。通过比较基因组学、突变分析和定量脂质A谱分析，他们发现黏菌素耐药和异质性耐药与arnBCADTEF操纵子的存在有关，并且确定了环境中pH的波动是异质性耐药水平的主要决定因素，相关结果发表在《Nature Communications》期刊[1]。黏菌素敏感和耐药菌株的比较基因组学显示，耐药表型与arnBCADTEF操纵子的存在密切相关（表1）。arnBCADTEF操纵子缺失菌株的黏菌素MIC≤4mg/L，其余含arnBCADTEF操纵子的菌株黏菌素MIC在4~≥512 mg/L之间，且存在物种依赖性。然后通过菌群分析法（population analysis profile，PAP）计算异质性耐药频率（heteroresistance frequency，HRF）。数据表明，与黏菌素耐药性一样，黏菌素异质性耐药也需要完整的arn/phoPQ系统（表1）。为了确定与黏菌素耐药性相关的结构修饰，他们从不同的肠杆菌分离株中提取了脂质A。这些分离株在存在(2 mg/L)或不存在黏菌素的情况下生长。只有编码arnBCADTEF操纵子的分离株可以用L-Ara4N修饰脂质A。在没有黏菌素的情况下，脂质A分子只有一个L-Ara4N取代。在黏菌素存在的情况下，L-Ara4N总体修饰水平显著增加，并且部分出现了双取代。缺乏arnBCADTEF操纵子的菌株没有发现脂质A的任何修饰（图1）。
图1 脂质A的L-Ara4N修饰水平分析
接下来，为了探究在没有黏菌素的情况下的脂质A修饰水平是否反映了PAP试验观察到的异质性耐药亚群的比例，他们比较了在相同条件下生长的所有物种的代表菌株的HRF与脂质A的L-Ara4N修饰水平。研究发现，脂质的L-Ara4N修饰A水平与其HRF之间存在非常强的正相关（8和32 mg/L黏菌素的Pearson相关系数分别为0.88和0.73），表明当分离株在无黏菌素的培养基中生长时，异质性耐药水平本质上反映了脂质A的内在修饰水平（图2）。图2 脂质A的L-Ara4N修饰水平与异质性耐药频率的相关性分析
为了确定参与黏菌素耐药性或异质性耐药的遗传成分的作用，在代表性的香坊肠杆菌L-1分离物RBK-17-0394-1(以下称为Ex394)中构建了arnBCADTEF、phoPQ和mgrB的缺失突变体（图3）。arnBCADTEF以及phoPQ敲除株的异质性耐药水平下降至0，回补之后恢复到1%，说明phoPQ/arn对黏菌素异质性耐药是必需的。图3 肠杆菌属异质性耐药的遗传决定因素
PhoPQ能够感应环境中pH值的变化，并调节细菌在这些条件下适应和生存所需的成分。通过检测pH5和pH7时所有分离株的黏菌素耐药性，发现携带完整phoPQ/mgrB/arn轴的肠杆菌分离株在pH5的条件下MIC升高了4到16倍（图4a），并且比pH 7（8和32 mg/L黏菌素作用下分别为0.745±0.27%和0.505±0.15%）的HRF更高（35.41±7.78%和5.33±0.29，图4 b）。因此，推断在pH 5的条件下，MgrB对PhoQ的抑制被克服，并导致包括arnBCADTEF操纵子在内的PhoPQ依赖性调控被激活。图4 不同PH值条件肠杆菌属的最小抑菌浓度（MIC）和异质性耐药频率（HRF）肠杆菌属细菌对黏菌素的耐药性和异质性耐药是临床备受关注的问题。本研究检测了阴沟肠杆菌复合体中不同菌种对黏菌素的耐药性和异质性耐药的差异，揭示了导致耐药性产生的机制。此外，研究人员还开发了一种能够测定黏菌素耐药性水平的方法，有助于改善治疗方案，减少治疗失败的风险。这项研究对于了解和应对医院感染中的黏菌素耐药性问题具有重要意义。
参考文献：
Doijad SP, Gisch N, Frantz R, et al. Resolving colistin resistance and heteroresistance in Enterobacter species. Nat Commun. 2023;14(1):140. Published 2023 Jan 10. doi:10.1038/s41467-022-35717-0
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