广西玉林市住院患者肺炎链球菌的血清型分布及耐药性分析
丘丹萍1, 李泰阶2,*, 王柏莲2, 李明强1, 薛野1, 覃美香1, 蒋东1
1.玉林市第一人民医院检验科,广西 玉林 537035
2. 广西医科大学附属武鸣医院医学检验科,广西 南宁 530199
*通信作者:李泰阶,E-mail:nicesown@163.com

作者简介:丘丹萍(1985—),女,硕士,主管技师,研究方向:病原微生物流行病学与耐药机制。

摘要

目的 分析住院患者肺炎链球菌分离株的血清型分布、耐药率及耐药基因携带,评估疫苗对本地区肺炎链球菌血清型的覆盖率,为临床合理使用抗菌药物提供参考。方法 收集2015年1月—2019年12月广西玉林市第一人民医院住院患者送检标本分离的非重复肺炎链球菌150株,进行血清分型及抗菌药物敏感性试验。用PCR方法检测 pbp2b ermB tetM三种耐药基因的携带率。结果 150株肺炎链球菌经PCR技术分型率为93.1%,经荚膜肿胀试验分型率为100%,共分出19种血清型,以19F和6B为主。儿童血清型以19F、6B和15A为主;成人血清型以19F、14和23F为主。PCV7、PCV10、PCV13和PPV23疫苗的覆盖率依次分别为36.8%、42.1%、57.9%和68.4%。血清型为19F、6B、3和23F的菌株对抗菌药物的耐药率较高。肺炎链球菌对青霉素的敏感率大于96.0%。侵袭性与非侵袭性菌株中耐药率有显著差异的抗菌药物为青霉素、莫西沙星和左氧氟沙星。菌株同时携带 ermB tetM两种耐药基因占96.0%, pbp2b ermB tetM三种耐药基因与耐药表型的一致率>98.0%。共检出10种多重耐药组合,多重耐药率为62.6%,肺炎链球菌的多重耐药模式主要集中在19F和6B血清型中。结果 本地区人群感染肺炎链球菌的血清型存在明显年龄差异。目前所使用的疫苗在本地区覆盖率低,对人群的保护作用有限。不同血清型的肺炎链球菌耐药率差异显著。临床治疗肺炎链球菌不推荐使用红霉素和四环素,青霉素仍可作为临床治疗肺炎链球菌感染的首选用药。

关键词: 肺炎链球菌; 耐药率; 血清型; 疫苗覆盖率; 玉林地区
中图分类号:R515 文献标志码:A 文章编号:1009-9727(2022)11-1037-06
Serotype distribution and drug resistance of Streptococcus pneumoniae in hospitalized patients in Yulin, Guangxi
QIU Dan-ping1, LI Tai-jie2, WANG Bai-lian2, LI Ming-qiang1, XUE Ye1, QIN Mei-xiang1, JIANG Dong1
1. Department of Clinical Laboratory, Yulin First People's Hospital, Yulin, Guangxi 537035, China
2. Department of Clinical Laboratory, Wuming Hospital of Guangxi Medical University, Nanning, Guangxi 530199, China
Corresponding author: LI Tai-jie, E-mail: nicesown@163.com
Abstract

Objective To analyze the serotype distribution, drug resistance rate and drug resistance gene carrying of Streptococcus pneumoniae isolates in hospitalized patients, and evaluate the coverage of the vaccine to the serotype of Streptococcus pneumoniae in this area, so as to provide reference for the rational use of antibiotics in clinic.Methods A total of 150 strains of non-repetitive Streptococcus pneumoniae isolated from inpatients from January 2015 to December 2019 were collected for serotyping and antimicrobial sensitivity test. The carrying rates of pbp2b, ermB and tetM were detected by PCR.Results The PCR classification rate of 150 strains of Streptococcus pneumoniae was 93.1%, and the classification rate of capsular swelling test was 100%, and a total of 19 serotypes were divided, mainly 19F and 6B. Children's serotypes were predominantly 19F, 6B, and 15A; adult serotypes were predominantly 19F, 14, and 23F. The coverage rates of the PCV7, PCV10, PCV13 and PPV23 vaccines were 36.8%, 42.1%, 57.9% and 68.4%, respectively. Strains with serotypes of 19F, 6B, 3, and 23F had higher rates of resistance to antimicrobials. The sensitivity of Streptococcus pneumoniae to penicillin was greater than 96.0%. Antimicrobials with significant differences in resistance rates between invasive and non-invasive strains were penicillin, moxifloxacin, and levofloxacin. The percentage of strains carrying both ermB and tetM resistance genes was 96.0%, and the concordance rate between pbp2b, ermB and tetM resistance genes and the resistance phenotype was >98.0%. A total of 10 multi-resistance combinations were detected, with a multi-resistance rate of 62.6%, and the multi-drug resistance pattern of Streptococcus pneumoniae was mainly concentrated in the 19F and 6B serotypes.Conclusion There are significant age differences in the serotypes of Streptococcus pneumoniae in this area. The vaccine currently used has low coverage in this region and therefore offer limited protection to the population. The drug resistance rates of Streptococcus pneumoniae varied significantly among serotypes. Erythromycin and tetracycline are not recommended for clinical treatment of Streptococcus pneumoniae. Penicillin can still be used as the first choice for clinical treatment of Streptococcus pneumoniae infection.

Keyword: Streptococcus pneumoniae; drug resistance; serotype; vaccine coverage; Yulin area

肺炎链球菌可正常定植于人的鼻咽部, 机体防御能力下降时可引起感染。作为常见的社区获得性肺炎的病原菌, 其感染的人群以老年人和儿童为主, 引起的感染以中耳炎最为常见。肺炎链球菌感染性疾病已引起世界各地医疗卫生机构的广泛关注[1]。2014— 2019年CRASS全国细菌耐药监测网的数据显示, 临床分离的阳性菌中, 肺炎链球菌的分离率逐年上升, 已排阳性菌分离率的第2位[2]。荚膜能够抵抗人体免疫细胞的攻击和吞噬, 是肺炎链球菌感染宿主的主要因素, 也是肺炎链球菌血清分型及疫苗研发的关键。有研究报道免疫接种肺炎链球菌疫苗可以有效增强易感人群的抵抗力, 减少感染的发生[3]。但在大规模接种PCV7疫苗后, 肺炎链球菌的主流血清型别发生了改变, 全球范围内出现了19A非疫苗血清型的流行[4]。青霉素耐药的肺炎链球菌逐年增多且近年来的报道[4, 5]数据显示肺炎链球菌多重耐药株不断增多及快速传播, 导致治疗难度增加, 特别是治疗脑膜炎和菌血症时, 疗效低于预期。现通过对广西玉林市住院患者肺炎链球菌的血清型分布及耐药性进行分析, 掌握其耐药性变迁并评估疫苗对当地人群的覆盖率。

1 材料与方法
1.1 实验菌株

连续收集2015— 2019年在广西玉林市第一人民医院住院患者中分离培养的肺炎链球菌150株(去除重复分离株); 其中131株分离自痰液及肺泡灌洗液等非无菌部位标本(非侵袭性菌株), 19株分离自脑脊液及血液等无菌部位标本(侵袭性菌株)。

1.2 肺炎链球菌感染患者的疫苗接种资料

150名肺炎链球菌感染患者中, 仅有16名患者接种PCV13或PPV23疫苗的记录(均为≤ 5岁儿童), 其余患者没有查询到接种记录。

1.3 仪器与试剂

仪器为法国生物梅里埃公司的全自动细菌鉴定药敏分析仪(VITEK-2 Compact)。鉴定卡和药敏卡为VITEK-2 Compact仪器配套的GP卡和GP68卡; Optochin试剂购自温州市康泰生物科技有限公司; 单因子血清分型试剂购自丹麦国家血清研究所; 青霉素药敏条(E-test)购自郑州安图生物工程公司; PCR反应体系购自北京擎科生物科技有限公司; 试验使用的引物由上海生工生物工程股份有限公司合成。

1.4 菌株鉴定与药敏试验

选择血琼脂平板上直径为0.5~1.5 mm、ɑ 溶血、脐窝状及表面湿润的菌落进行Optochin试验; 阳性菌株进一步做细菌鉴定及药物敏感性试验。青霉素最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration, MIC)参照E-test试验结果, 药敏试验结果的判定参照美国临床实验室标准化协会(Clinical and Laboratory Standards Institute, CLSI)M100-S30文件标准执行, 质控菌株为肺炎链球菌ATCC 49619。

1.5 常见耐药基因的检测

采用PCR方法检测肺炎链球菌的3个常见耐药基因ermBpbp2btetMpbp2b的引物序列见参考文献[5], ermBtetM的引物序列见参考文献[6]。PCR反应条件:预变性98 ℃, 2 min; 变性98 ℃, 10 s, 退火55 ℃, 10 s, 延伸72 ℃, 10 s, 共35个循环; 总延伸72 ℃, 5 min。PCR扩增产物经琼脂糖凝胶电泳验证后外送DNA测序分析。

1.6 血清分型

采用丹麦国家血清研究所血清分型试剂对菌株进行血清学试验, 同时采用PCR技术检测菌株的血清型, 评价2种方法的一致性。PCR实验引物序列见参考文献[7], 共21对引物。PCR反应条件:预变性98 ℃, 2 min; 变性98 ℃, 10 s, 退火55 ℃, 10 s, 延伸 72 ℃, 10 s, 共35个循环; 总延伸72 ℃, 5 min。

1.7 统计学分析

抗菌药物敏感性数据采用WHONET 5.6软件进行分析。结果采用SPSS 20.0进行统计分析。计数资料用构成比显示, 两个样本之间率的比较采用卡方检验, 不符合卡方检验条件的用Fisher确切概率法进行统计, P< 0.05表示差异有统计学意义。

2 结果
2.1 疫苗覆盖率及排名前6位的血清型分析

150株肺炎链球菌经荚膜肿胀试验全部成功分型, 共分出19种血清型; 以19F最常见, 其次是6B、23F和15A。血清型在不同年龄段中的分布有一定的差异。在0~5岁年龄段推广的PCV13疫苗覆盖率为53.3%, PPV23疫苗覆盖率为73.3%; > 59岁的中老年人群中推广的PPV23疫苗覆盖率为72.7%。疫苗在整体人群中覆盖率低于69.0%。统计≤ 5岁儿童接种疫苗与未接种疫苗的患者标本分离菌株的血清型显示, 未接种疫苗的患者血清型别更为多样化, 检出在接种疫苗患者中不包括的血清型有14、6C、15A、3、24F。见表1

表1 各年龄段在前6位血清型的分布及疫苗覆盖率 Table 1 Distribution of the top six serotypes and vaccine coverage by age group
2.2 两种方法检测血清型结果的一致性分析

采用单因子血清进行荚膜肿胀试验的分型成功率为100%, 共有19种血清型。PCR技术能成功区分93.1%的血清型/群, 其分型结果具体如下:19F(100%, 50/50)、6A/B(100%, 27/27)、15A(100%, 12/12)、19A(100%, 8/8)、8(100%, 2/2)、20(100%, 1/1)、6C(100%, 1/1)、9V(100%, 1/1)、23F(84.6%, 11/13)、3(81.8%, 9/11)、14(80%, 8/10)、23A(60%, 3/5)、16F(50%, 1/2)和4(0, 0/1)。结果显示在主要的血清型19F、6A/B、15A、和19A中, 两种方法检测结果完全一致; 对于23F、3和14血清型, PCR检测结果相符率在80%以上, 4型不能成功检测。

2.3 血清型分布差异与耐药率之间的关系

150株菌株中血清型为19F的耐药率最高, 其次是6B和23F。见表2

表2 耐药率分析与血清型分布差异 % Table 2 Analysis of serotype distribution difference and drug resistance rate %
2.4 侵袭性与非侵袭性菌株的血清型分布差异

部分血清型数量过少, 合并为其他。侵袭性与非侵袭性菌株的感染病例中, 血清型分布差异无统计学意义(P> 0.05)。见表3

表3 血清型侵袭性与非侵袭性菌株的分布 Table 3 Serotype distribution of invasive and non-invasive strains
2.5 侵袭性菌株与非侵袭性菌株的耐药率分析

侵袭性与非侵袭性菌株中红霉素、四环素和复方新诺明的耐药率较高, 其中耐药率有显著差异的抗菌药物为:青霉素、莫西沙星和左氧氟沙星。见表4

表4 两种不同类型菌株的耐药率分析 Table 4 Anlysis of drug resistance rate of two different types of strains
2.6 耐药基因检测结果

本实验中150株肺炎链球菌中共检测出147株携带ermB基因, 携带率高达98.0%, 其中142株红霉素耐药的菌株中有140株检出ermB基因, ermB耐药基因与耐药表型的一致率为98.6%; 150株菌株检出tetM基因有148株, 携带率高达98.7%, 其中141株四环素耐药的菌株中有139株检出tetM基因, tetM耐药基因与耐药表型的一致率为98.6%; 同时携带ermBtetM基因共144株, 携带率达96.0%; 5株青霉素非敏感株的pbp2b检出率为100%, 其耐药基因与耐药表型一致率为100%。

2.7 血清型在多重耐药组合中的分布差异

共检出10种多重耐药组合, 多重耐药率为62.7%(94/150)。其中最常见的耐药组合是TCY/ERY/SXT, 占53.2%(50/94), 主要集中在血清型19F和6B; 其次是TCY/ERY/SXT/CTX/CRO的多重耐药组合, 占30.9%(29/94), 其主要血清型以19F为主。见表5

表5 血清型在多重耐药组合中的分布差异 Table 5 Distribution differences of serotypes in multidrug resistance combinations
3 讨论

肺炎链球菌可经飞沫及分泌物传播, 引起鼻窦炎和心内膜炎等, 严重感染可导致败血症。本研究用单因子血清经荚膜胀试验共检出19种血清型, 以19F最常见, 其次是6B、23F和15A, 本研究排前四位血清型的分离情况与文献报道不同[8, 9]。刘福莉等[10]研究报道肺炎链球菌可发生血清型替换及荚膜转换导致肺炎链球菌的血清型别发生变化, 出现非疫苗血清型降低肺炎链球菌疫苗的保护力。本次实验检出15A血清型共12株, 排血清型检出率的第4位, 目前推广的4种疫苗均未包含血清型15A, 因此本地区血清型15A的感染预防值得关注。

血清型在不同年龄段的分布差异有统计学意义, ≤ 14岁的儿童以19F和6B血清型为主; 15~59岁成人以3型为主; ≥ 60岁老年人以19F和14型为主, 该研究结果与国内的一项报道不同[11]。可能原因是不同地区肺炎链球菌主要流行的血清型有差异, 及不同年龄段鼻咽部定植菌株血清型别不同有关。因此掌握不同年龄段血清型分布特点是合理选择疫苗的参考依据。本研究中侵袭性菌株的血清型以19F为主, 其次是6B、14和23F, 该结果与任红宇等[12]研究报道相似。因本次研究收集的侵袭性标本数量有限, 且在侵袭性标本中不同血清型分布较为随机, 不能代表侵袭性标本血清型的真实分布, 将继续收集临床侵袭性肺炎链球菌菌株作为今后研究的方向。

马来西亚的一项研究数据显示肺炎链球菌疫苗的使用可以有效降低感染病例数量[13]。国内的研究资料显示低年龄段的儿童肺炎链球菌感染率更高, 重点预防控制人群是2岁以下的儿童[14]。钱晓华等[15]研究显示PPV23价疫苗接种对老年人再发社区获得性肺炎具有较好的保护作用。本研究统计患者接种肺炎链球菌疫苗的资料显示:2岁以下儿童肺炎链球菌疫苗接种率为19.2%, 60岁以上人群未发现有肺炎链球菌疫苗接种记录, 说明本地区人群对肺炎链球菌疫苗接种的保护作用了解较少, 应通过各种渠道加强宣传。本研究统计≤ 5岁儿童接种疫苗与未接种疫苗患者分离菌株的血清型显示:未接种疫苗的患者血清型别更为多样化, 检出在接种疫苗患者中不包括的血清型有14、6C、15A、3、24F, 说明肺炎链球菌疫苗接种能在一定程度上减少人群易感性。本次实验数据统计, 在整体人群中PCV13疫苗能覆盖57.9%的血清型, PPV23疫苗能覆盖68.4%的血清型, 这一结果低于北京地区的文献报道[16], 提示目前推广的疫苗对本地区人群的覆盖率低, 保护作用有限。本次实验中, 广西玉林市肺炎链球菌临床分离株中PCV13覆盖率较低, 0~5岁的覆盖率为53.3%, > 59岁的覆盖率为72.7%, 与唐萍等[17]研究结果不同, 可能原因为各地区不同年龄段人群疫苗覆盖情况不同。

荚膜肿胀试验的优点为分型准确, 不会出现交叉凝集, 是血清分型的传统方法。缺点是操作流程繁琐, 试剂成本高, 无法同时识别多种血清型, 结果判断具有主观性, 限制了该技术的普及和推广。因此本实验同时采用PCR技术检测血清型, 评价两种实验方法检测结果的相符率。实验结果显示, 用单因子血清经荚膜肿胀试验分型率为100%; PCR方法分型率稍低为93.1%, 与文献报道不同[18]。在常见的血清型中, 两种技术的分型相符率高达100%。在3、14、23A和16F这4种血清型中PCR分型的准确率一般, 4型未能检出。PCR技术检测肺炎链球菌血清型存在一定的局限性, 首先是血清型的引物序列不能包括目前公布的所有血清型以及部分引物不能进行型的区分。如本次试验引物扩增结果为6A/B, 不能准确区分6A或6B。其次是相似的血清型用PCR方法无法鉴定。因此, 实验过程可同时使用两种方法进行互补, 达到实验成本与实验结果准确性的平衡统一。

肺炎链球菌的耐药形势严峻, 主要呈高度耐药的抗菌药物包括红霉素和四环素, 这一结果与CRASS全国细菌耐药监测网的数据相似[2]。在无菌标本分离的菌株中青霉素的耐药率为26.3%, 低于CHINET中国细菌耐药监测的数据[19]。本研究中血清型为19F、6B、3和23F的肺炎链球菌菌株耐药率较高, 与国内的研究报道略有差异[20, 21]。有研究结果显示一种特定的PBPs谱型与该菌的血清型、地理分布和多重耐药性有关, PBP3为D, D-羧肽酶, 其含量减少使细菌对高温、甘氨酸及一些D-氨基酸特别敏感, 并使细菌对头孢噻肟产生耐药。在研究结果中:青霉素的耐药率远低于三代头孢菌素的耐药率, 可能与本地区肺炎链球菌不同程度地携带小分子量的PBP3导致青霉素敏感而三代头孢耐药。

ermB编码核糖体甲基化酶, 使核糖体23SrRNA发生二甲基化, 降低大环内酯类抗菌药物与核糖体作用位点的亲和力, 减少两者结合, 最终引起大环内酯类抗菌药物出现高水平耐药。tetM转座子或质粒编码细菌的核糖体保护蛋白, 该机制阻止四环素与核糖体结合而失去抑菌作用, 导致四环素出现耐药。PBPs是药物作用的靶蛋白, 其突变主要通过降低肺炎链球菌对β -内酰胺类抗菌药物的亲合力, 导致耐药, 其中pbp2b是细菌生长必须蛋白, 也是对β 内酰胺类耐药的决定因素。本研究中150株肺炎链球菌选取的3种耐药基因与耐药表型的一致率大于98.0%, 该结果与国内的研究报道相似[22]。在本研究中有2.0%菌株的耐药表型与耐药基因(ermBtetM)检测结果不一致的情况, 可能原因是该菌株的耐药表型与其他类型的耐药基因有关。

研究报道大部分多重耐药模式均集中在常见的血清型中, 主要分布在19A、19F、23F和14[23, 24]。本实验共检出10种多重耐药模式, 多重耐药率为62.7%。其中四环素/红霉素/复方新诺明是最常见的耐药模式占53.2%, 主要集中在19F和6B; 其次为四环素/红霉素/复方新诺明/头孢曲松/头孢噻肟的耐药模式占30.9%, 主要以19F为主。多重耐药模式集中的血清型与上述文献结论[23, 24, 25]略有不同, 原因与不同血清型的菌株耐药率差异以及相同耐药克隆株的流行有较大关系。

综上所述, 本地区肺炎链球菌的血清型呈多样化, 疫苗覆盖率低, 目前本地区推广的肺炎链球菌疫苗对当地人群保护作用有限。肺炎链球菌保持对青霉素较高的敏感率, 临床治疗仍可首选青霉素。因此, 有必要对当地肺炎链球菌的血清型和耐药率进行动态追踪, 为临床治疗和疫苗研发提供依据。

利益冲突声明 所有作者声明不存在利益冲突

责任编辑:黄艳

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