社區泌尿分離株ST131譜系大腸桿菌的時空趨勢

大腸桿菌是人類與許多動物腸胃道中的共生菌,也是臨床常見的致病菌;每年造成全球上千萬例腸道外感染的個案,包括菌血症與泌尿道等感染,是引起醫院內與社區中泌尿道感染最常見的病原。台灣微生物抗藥性監測(Taiwan Surveillance of Antimicrobial Resistance,簡稱TSAR)是本院感染症與疫苗研究所楊采菱研究員長期執行的多中心細菌抗藥性監測計畫,TSAR每二年從位於北、中、南、東地區的醫學中心及區域醫院收集臨床分離菌進行表現型與基因型的檢測,自2002年起,參與TSAR的醫院有25~28家,其中有25家每期皆參加。藉由TSAR長期系統性收集到的分離菌優勢,楊博士與國立成功大學附設醫院王峻令醫師等合作,調查ST131大腸桿菌在台灣社區泌尿道感染不同時期的盛行率與分子流行病學變化(研究結果請參閱發表文章 https://doi.org/10.3390/microorganisms9050963)。此研究指出二個值得注意的觀點:一、ST131大腸桿菌在2002至2004年已存在於台灣,但大多為FQ抗藥菌,2010年起ST131在台灣的盛行率持續增加,且多為對FQ及廣效性乙內酰胺都具抗藥性的菌,尤其是2014至2016年時期,ST131的潛伏點與散布值得進一步調查。二、近年TSAR已陸續指出,不同社區病原體,包括:流感嗜血桿菌、A型與B型鏈球菌,對FQ的抗藥性有國際間少見的逐年增加或浮現情況,可能跟社區FQ私下使用及使用量逐年增加有關(FQ使用量的調查請參閱 https://doi.org/10.1093/jac/dkw595),此研究進一步凸顯了需密切監測社區FQ使用的重要性。

多位點序列分型(multi-locus sequence typing,簡稱MLST)是近年來常用於分類相同菌種但不同來源的菌株譜系(lineage)及親聯性的一個方法,MLST的結果顯示大腸桿菌是個多樣性的菌種,但有幾個譜系較常引起腸道外感染,其中以序列型(sequence type,簡稱ST)131最受國際間重視。ST131大腸桿菌在2008年首次報導,後來發現早在20世紀末就已存在,然後在21世紀迅速傳播,在全球大流行;其中一個主要原因是其多重抗藥性,特別是產生廣效性乙內酰胺酶(extended-spectrum β-lactamase,簡稱ESBL)的菌及/或對氟喹諾酮類(fluoroquinolone,簡稱FQ)抗生素具抗藥性的菌。因大多乙內酰胺類抗生素都不適用於治療會產生ESBL菌引起的嚴重感染,而FQ的抗藥機制使菌對其他臨床常用的FQ藥物也產生交叉抗藥性,因此導致治療選擇有限。

迄今為止,台灣針對ST131臨床分離大腸桿菌的研究報告很少,國際上也少有社區泌尿道感染大腸桿菌的縱向多中心監測資料。研究團隊首先將2002至2016年來自門診尿液分離出的2,997大腸桿菌株,依FQ與ESBL的綜合抗敏表現型分組,FQ以環丙沙星(ciprofloxacin, CIP)為代表,ESBL以第三代頭孢子素cefotaxime(CTX)為代表;因為ST131大腸桿菌最常帶的ESBL是CTX-M型,過去的監測亦顯示CTX-M是台灣最常見的ESBL,而CTX是第三代頭孢子素中CTX-M酶水解能力最強的藥。接著依此二藥的抗(R, resistant)敏(S, susceptible)性分成4組菌:CIP-R/CTX-R、CIP-R/CTX-S、CIP-S/CTX-R與CIP-S/CTX-S;此4組菌在不同時期的變化為:CIP-R/CTX-R組只占2002 至2004年所有菌株的4.8%,但占了2014至2016年的17.9%(p < 0.01);CIP-R/CTX-S組在2012年前所占的比例相似(〜11%),但在2014至 2016年明顯增加到16.6%;CIP-S/CTX-R組在不同時期所占比例沒有顯著變化(〜5%);相對的CIP-S/CTX-S組則逐期減少(從80.9% 降低到60.7%)。

從各時期來自不同醫院的4組菌中,研究團隊挑選出542株進行ST131篩檢,並測得125株ST131陽性菌;ST131在CIP-R/CTX-R組所占的比例最高(平均45%),但在2002至2004年占33.3%,在2014至2016則高至72.1%(圖1)。ST131在CIP-R/CTX-S組平均占24.3%,但其盛行率並未隨時間顯著增加;相比之下,ST131僅占CIP-S/CTX-R與CIP-S/CTX-S組少部分(< 6.0%)。綜合以上數據推算,估計2014至2016年台灣引起社區泌尿道感染的大腸桿菌中,有17.4%是ST131,比2002至2004年的11.2%明顯增加(圖1)。國際上針對1998至2018年不同地區的腸道外大腸桿菌譜系研究的回顧分析估計,ST131占尿液分離大腸桿菌總體約百分之二十四,但此估算並未區分菌株來自於住院患者或是門診患者,而住院患者分離菌的抗藥性一般都比門診患者分離菌高,所以台灣ST131大腸桿菌的總體盛行率應該更高。

圖1:不同時期具氟喹諾酮類(CIP)及廣效性乙內酰胺(CTX)抗生素抗藥性組合的大腸桿菌ST131比例。CIP, Ciprofloxacin; CTX, Cefotaxime;  R, Resistant(抗藥性); S, Susceptible(敏感性)。圖表出自https://doi.org/10.3390/microorganisms9050963

 

為進一步探討ST131菌株間的關聯,研究團隊進行脈衝場凝膠電泳實驗,並偵測它們所帶的ESBL型。125株菌株中,有4個主要菌簇(相似性 > 80%的菌),這些菌來自不同時期以及不同醫院。菌株最多的簇A(33株)幾乎全來自2002至2012年,且大多為CIP-R/CTX-S,另外的8株CIP-R/CTX-R中,有7株帶第9群組 CTX-M型 的ESBL。簇B、C和D的菌(一共36株)大多來自2014至2016年,且為CIP-R/CTX-R;B及C簇菌所帶的ESBL主要為第9群組CTX-M型,而簇D的菌主要來自2016年且帶第1群組的CTX-M型。因此推測,2014至2016年台灣浮出了帶有不同­CTX-M型ESBL的ST131菌,特別是2016年起。多變項統計分析顯示,來自 65歲以上患者的菌或對FQ有抗藥性的菌,各是ST131菌的相關獨立因子。

文/圖:感染症與疫苗研究所楊采菱研究員

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