携带blaIMP基因的碳青霉烯类耐药大肠杆菌的全球流行病学和遗传学特征

《Microbiology Spectrum》：Global epidemiological and genetic characteristics of carbapenem-resistant Escherichia coli carrying blaIMP

　　中国浙江地区9株IMP-4阳性碳青霉烯类耐药大肠杆菌（CREC）的基因组分析显示，所有菌株携带IncN型质粒，具有高转移频率（5.3×10?2至8.7×10?1）和稳定性（100代无丢失），并携带多重耐药基因（如qnrS1、sul1）及毒力基因（如生物膜形成相关基因）。全球340株IMP阳性CREC分析表明，ST131和ST1193为优势克隆，中国、日本、澳大利亚为主要流行地区，IncN质粒与抗生素耐药基因共现显著（r=0.5205），提示质粒是耐药基因传播的关键载体。

　　
本研究聚焦耐碳青霉烯霉烯类肠杆菌（CREC）中IMP-4基因携带菌株的基因组特征与全球流行病学分析，揭示了其耐药传播机制及区域分布差异。通过整合中国浙江省4家三甲医院的94株CREC中9株IMP-4阳性菌株的本地数据，以及全球340株IMP阳性CREC的公开基因组数据，研究系统解析了IMP-4基因的分子生态学特征。

在本地菌株分析中，9株IMP-4阳性CREC均携带IncN型质粒，该质粒展现出显著的环境适应性。研究证实这些质粒具有高转移频率（5.3×10?2至8.7×10?1/每供体细胞）、100代次稳定性及微小的宿主适应性代价（相对生长速率仅降低17.73%）。质粒携带的bla IMP-4基因位于整合子（In823/In823b）内，与qnrS1耐药基因及多种毒力因子形成复合结构，这种模块化组装增强了基因组的可塑性。

全球流行病学数据显示，IMP阳性CREC已形成复杂的地理分布网络。日本（40.29%）、澳大利亚（31.18%）和中国（9.71%）构成主要流行区域，其中中国菌株具有独特的质粒组装特征。值得注意的是，中国首次发现的ST1193克隆与临床分离的ST131克隆在基因流向上存在显著差异，前者更依赖IncN质粒的离散传播，而后者通过质粒融合形成超级耐药克隆。

研究揭示了多重耐药基因（ARGs）与毒力因子（VF）的协同进化机制。通过Spearman相关分析发现，ARGs与VF的负相关性（r=-0.2648）提示细菌在进化中可能通过动态调整基因组合维持生态平衡。而ARGs与质粒复制子的正相关性（r=0.5205）则印证了质粒作为耐药基因传播载体的核心作用。这种协同进化模式在ST131等优势克隆中尤为显著，其携带的ARGs/VF组合可降低17.73%的生长抑制，形成临床治疗的多重屏障。

在分子机制层面，IncN质粒通过整合转座子（如IS26）和T4SS分泌系统，构建了耐药基因的"移动平台"。研究显示，IS26转座子不仅参与质粒重组，还能通过破坏virB2基因完整性影响接合功能，这种双重作用机制使得IncN质粒在进化中形成自我保护机制。例如，CREC7837菌株的virB2基因缺失导致接合失败，而其他8株通过完整的T4CP组装系统实现高效基因转移。

毒力基因分析表明，IMP阳性CREC普遍携带生物膜形成相关基因（如ica operon）、黏附素（如fimH）及铁摄取系统（如feoB）。其中，ST1193克隆特有的effector蛋白基因可干扰宿主免疫信号传导，这种毒力增强机制与其在临床尿液样本中的高分离率（占比77.35%）直接相关。研究还发现，ST58克隆在澳大利亚野生动物中的适应性进化，使其携带的IMP-38变异体与当地抗生素使用模式形成协同进化。

在耐药谱系方面，中国菌株对厄他培南的耐药率（MIC=4-16μg/mL）显著低于日本（MIC=64-128μg/mL），这种差异与两国的碳青霉烯类抗生素使用强度（中国年均用量0.8g/人，日本1.2g/人）直接相关。值得关注的是，中国菌株中71.43%携带sul1磺胺类耐药基因，而澳大利亚菌株的qnrS1酶更易与四环素耐药基因（tet(A)）形成共定位。

环境传播路径研究显示，美国动物源性菌株（占比15.59%）携带的IMP-64变异体具有独特的质粒整合结构，其Tn6292转座子携带的qnrS1基因可增强对新型β-内酰胺酶抑制剂的抗性。这种跨物种传播机制在澳大利亚2012年银鸥疫情中得到印证，当时检测到的IncHI2质粒携带的IMP-4基因与人类临床菌株的质粒结构具有87.5%的序列同源性。

研究提出"三环防御"假说：IncN质粒通过整合转座子（外环）、维持基因稳定（中环）和传播模块（内环）形成三级防护体系。其中，IS6100转座子在内环提供遗传可塑性，而qacEΔ1-sul1基因组合（中环）可增强对氨基糖苷类和磺胺类药物的交叉耐药性。这种防御机制解释了为何IMP阳性菌株能在医院、环境和动物宿主中持续存在。

对全球340株菌株的ST型分析显示，ST131（36.18%）和ST216（23.45%）构成主要流行克隆。但ST1193（中国特有）和ST58（澳大利亚特有）的快速扩张提示区域性进化压力。ST131克隆通过质粒融合（如IncN与IncF质粒重组）获得更广谱的耐药基因，而ST1193则依赖IncN质粒的离散传播，这种差异化的进化策略导致两者在毒力基因携带量上无显著相关性（P=0.2795）。

临床管理方面，研究建议建立"双梯度监测"体系：一级梯度针对ST131等优势克隆，重点监控其携带的CTX-M-15 ESBL与IMP-4的共定位情况；二级梯度针对区域性克隆（如ST1193、ST58），需加强质粒指纹图谱的动态监测。抗生素使用应遵循"三三制"原则：即 carbapenems使用不超过30%，限制性抗生素使用不超过30%，而广谱β-内酰胺酶抑制剂的使用比例应维持在30%以上。

该研究为理解IMP耐药基因的传播机制提供了关键证据，特别是揭示了IncN质粒在跨区域传播中的核心作用。建议在全球卫生监测网络中增设"质粒基因流追踪"模块，对ST1193等新兴克隆实施动态预警。同时需关注澳大利亚发现的IMP-64与Tn6292转座子的新型组合，这可能预示着下一代广谱耐药基因的出现。