ST11-KL25与ST11-KL64：中国院内高毒力碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌的比较基因组学、表型及临床特征研究，揭示其不同的适应性策略

《Antimicrobial Agents and Chemotherapy》：Comparative genomic, phenotypic, and clinical characterization of ST11-KL25 and ST11-KL64 hypervirulent carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae in a tertiary hospital, 2020–2023

本文全面比较了近年来在中国院内流行的两种主要高毒力碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌（hv-CRKP）亚克隆ST11-KL25和ST11-KL64。研究通过基因组、表型及临床数据分析，揭示KL25可能源自KL64的荚膜转换，并展现出更强的定植适应性和生物膜形成能力；而KL64则表现出更广的耐药谱、更高的体内侵袭性和毒力。该成果强调了针对特定亚克隆进行分子监测与个性化感染控制的重要性。

　　

引言：院内感染的严峻挑战

碳青霉烯耐药肠杆菌，特别是产碳青霉烯酶的肺炎克雷伯菌（CRKP），已成为全球尤其是医疗相关感染的主要健康威胁。近年来，耐药性与高毒力在肺炎克雷伯菌中的汇聚，导致了更为严重的临床结局。ST11谱系在亚洲迅速扩张，已成为中国内地和台湾地区超过60% CRKP分离株的主要谱系，其获得毒力质粒的能力催生了高毒力碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌（hv-CRKP），成为东亚地区主要的流行谱系。荚膜多糖（CPS）是肺炎克雷伯菌免疫逃逸的主要决定因素。ST11 hv-CRKP群体结构通过“荚膜转换”得以重塑，其中ST11-KL64亚克隆自2020年左右出现并迅速传播。近期，一种新型荚膜变体ST11-KL25在中国被零星报道，但其临床流行率、基因组特征和表型特点仍不明确。

材料与方法：系统性的比较研究框架

本研究对2020年1月至2023年12月期间收集的239株hv-CRKP分离株进行了分析。通过分子分型、抗菌药物敏感性试验、全基因组测序和一系列表型测定，系统比较了ST11-KL25和ST11-KL64的流行病学、耐药机制和毒力特征，并回顾了临床数据以评估感染特征。

结果：两个亚克隆的鲜明对比

分子分型与系统发育分析揭示了ST11-KL25与ST11-KL64 hv-CRKP谱系的克隆扩张。在239株hv-CRKP中，ST11是主要克隆，占87.9%。在ST11菌株中，KL64（54.7%）和KL25（45.3%）是主要的荚膜类型。核心基因组系统发育树显示，KL25分离株形成了一个紧密聚集的单系分支，而KL64分离株则显示出更大的基因组异质性。KL25群体很可能通过一次荚膜转换或重组事件从KL64祖先演化而来，随后进行局部克隆扩张。配对核心基因组单核苷酸多态性（SNP）距离分析证实，KL64分离株的SNP多样性显著高于KL25分离株。

时间与临床分布呈现出动态变化。在2020年，ST11-KL64占主导（89.5%），而ST11-KL25在2021年显著增加（58.5%）。临床标本来源分布显示，痰液是两组的主要来源，但在ST11-KL25中比例显著更高（73.3% vs 54.8%）。在科室分布上，ST11-KL64在重症监护室（ICU）的检出率显著高于ST11-KL25，而ST11-KL25在神经外科的检出率显著更高。

患者临床特征存在差异。感染ST11-KL64的患者有ICU入住史的比例和出现发热的比例均显著高于感染ST11-KL25的患者。

抗菌药物敏感性谱显示关键区别。两组菌株均表现出广泛耐药。最突出的差异是ST11-KL64对头孢他啶-阿维巴坦（CZA）的耐药率显著高于ST11-KL25（50.0% vs 13.95%）。此外，ST11-KL64对多种β-内酰胺类和氟喹诺酮类药物的耐药性也更高。

质粒复制子分布高度相似。两组亚克隆显示出基本相似的质粒谱，共有5种复制子在两组中均以高频率（≥98%）检测到，表明存在保守的IncF型质粒骨架。仅少数复制子存在显著差异。

抗菌药物耐药基因和耐药相关突变的比较分布揭示了核心与差异。两个亚克隆共享一个核心耐药组，包括bla_KPC-2、GyrA/ParC中的喹诺酮靶点突变以及OmpK35/OmpK36孔蛋白改变。显著差异包括：KL25中bla_CTX-M-65的流行率更高（100% vs 87.5%）；bla_CTX-M-3和bla_SHV-182仅存在于KL64；与多粘菌素相关的mgrB改变在KL64中的频率显著更高（16.3% vs 1.2%）。总体而言，KL25显示出更均匀的耐药基因谱，而KL64在耐药基因和突变方面表现出更大的异质性。

毒力基因评分与分布勾勒出不同策略。Kleborate毒力评分显示两组基线毒力基因型相当。全面的毒力相关基因分析表明，两组在关键铁载体和铁获取基因上均100%存在。差异主要体现在yersiniabactin相关的ICEKp3基因组岛结构上：完整的ybt9-ICEKp3结构在KL25中更常见（97.7% vs 82.7%），而截短的ICEKp3形式在KL64中更常见。KL25由YbST 503-1LV主导（96.5%），而KL64显示出更大的亚型多样性。经典rmpADC操纵元和rmpA₂在KL25中缺失，但在KL64中可变存在。热稳定肠毒素基因astA仅在KL64分离株中检测到。总之，ST11-KL25分离株具有保守的毒力基因谱，而ST11-KL64分离株表现出更大的遗传异质性。

表型测定印证了基因组推断的生存策略。一系列表型测定比较了ST11-KL25和ST11-KL64分离株。生长曲线显示，在稳定期，KL25维持了显著更高的OD₆₀₀值。竞争实验表明，ST11-KL25具有更高的相对生长速率，并随时间推移在竞争中胜过ST11-KL64。生物膜实验显示，与ST11-KL64相比，显著更高比例的ST11-KL25分离株产生强生物膜。血清杀菌实验表明，两个亚谱系均具有中等血清抗性。在大蜡螟（G. mellonella）感染模型中，ST11-KL64分离株导致超过70%的死亡率，而ST11-KL25导致不到30%的死亡率。综上所述，ST11-KL25分离株表现出增强的竞争适应性和生物膜形成能力，而ST11-KL64在体内表现出更高的毒力。

讨论：不同的适应性策略与临床启示

ST11-KL25和ST11-KL64在hv-CRKP中似乎遵循着不同的策略。ST11-KL64携带多种毒力和耐药决定簇，更常与侵袭性感染和ICU环境相关。相比之下，ST11-KL25显示出更强的生物膜形成能力，更常从非无菌部位检出，这与增强的定植潜力一致。尽管毒力和耐药性较低，但KL25的持续定植可能促进其在医院内的持续传播。这些发现强调了ST11 hv-CRKP内部的异质性，并支持在亚克隆水平进行监测，包括实时基因组监控和对关键耐药及毒力标志物的靶向筛查。

结论

本研究对中国单中心ST11-KL25和ST11-KL64 hv-CRKP亚克隆进行了比较分析。ST11-KL25表现出较低的毒力但较强的定植能力，而ST11-KL64显示出较高的侵袭性和更大的基因组多样性。这两个亚克隆的共存凸显了ST11谱系内部的异质性，并强调了亚克隆水平基因组监测的重要性。持续的监测对于追踪传播和指导感染控制策略至关重要。