综述：撒哈拉以南非洲地区“同一健康”（One Health）背景下肠杆菌科中β-内酰胺酶基因的流行情况及分布：系统性回顾与荟萃分析

《Scientific African》：Prevalence and Distribution of Beta-Lactamase Genes in Enterobacteriaceae across One Health Interface in Sub-Saharan Africa: A Systematic Review and Meta-Analysis

　　奥卢格贝nga·阿德昆莱·奥洛韦 | 菲因福卢瓦·德米拉德·奥杰尼伊 | 奥卢索拉博米·阿德菲奥耶 | 卡伊斯尔·拉赫曼博士 | 巴巴费拉·阿沃西莱 | 奥卢因卡·奥拉德莱·奥帕莱耶 | 奥卢索拉·奥朱龙贝
尼日利亚奥格博莫索拉多克·阿金托拉科技大学医学微生物学与寄生虫学系

摘要
背景：撒哈拉以南非洲（SSA）的抗菌素耐药性（AMR）已成为一个重大的公共卫生危机，其中产生β-内酰胺酶的肠杆菌科细菌是问题的核心。尽管已经进行了多项区域研究，但尚未有一项全面涵盖人类、动物和环境储存库中β-内酰胺酶基因流行情况的“一体化健康”综合分析。

方法：我们基于PRISMA指南，对2005年以来的PubMed、ScienceDirect、Google Scholar和African Journals Online上的相关研究进行了系统性回顾和荟萃分析。使用乔安娜·布里格斯研究所（JBI）的流行病学研究评估 checklist 对研究质量进行了评估。通过逻辑回归转换的随机效应荟萃分析计算了合并流行率。通过漏斗图和埃格勒回归检验评估了发表偏倚，并进行了敏感性分析。在2,045条记录中，有93条符合荟萃分析的标准，这些研究来自16个SSA国家。

结果：严格基于基因型（分子）检测的ESBL基因合并流行率为：人类分离株26%（95% CI：20–34%），动物分离株31%（95% CI：20–45%），环境分离株22%（95% CI：17–29%）（所有I2 >89%）。AmpC基因的流行率在不同来源中约为18%至30%，而碳青霉烯酶的流行率在动物分离株中达到35%（95% CI：24–47%），而在人类和环境中为11%。ESBL基因blaCTX-M-15是最常见的，存在于61%的人类样本、85%的动物样本和37%的环境样本中。多种耐药基因的共存现象也很普遍。

结论：这些发现表明，在SSA范围内广泛存在产生β-内酰胺酶的肠杆菌科细菌，尤其是blaCTX-M-15的耐药性水平非常高，并且在动物中碳青霉烯酶的流行也很显著。尽管动物来源的研究数量有限，但仍需谨慎解读这些结果。迫切需要包括综合监测、抗菌素管理及实验室能力投资在内的“一体化健康”干预措施。

引言
抗菌素耐药性（AMR）是一个重大的全球健康挑战，特别是在撒哈拉以南非洲（SSA），那里有限的医疗基础设施加剧了这一问题[1,2]。世界卫生组织已将AMR列为十大全球公共卫生威胁之一，而SSA的低收入和中等收入国家承担了大部分负担，这些国家的传染病仍然是导致发病率和死亡率的主要原因[3]。高疾病负担、诊断能力不足、非处方抗生素的广泛可用性以及卫生条件差共同营造了一个有利于耐药菌出现和传播的环境。

肠杆菌科细菌产生的β-内酰胺酶会破坏β-内酰胺类抗生素（如青霉素、头孢菌素和碳青霉烯类），使得临床医生的治疗选择非常有限[4]。这些酶被分为四个主要分子类别（Ambler A-D类），其中具有临床意义的类别包括广谱β-内酰胺酶（ESBLs）、AmpC β-内酰胺酶和碳青霉烯酶。每个类别都带来了不同的临床挑战：ESBLs使第三代头孢菌素失效，AmpC酶具有诱导性，而碳青霉烯酶可水解碳青霉烯类抗生素——这些通常被视为最后的选择[5]。广谱β-内酰胺酶（ESBLs），如blaCTX-M-15、blaSHV和blaTEM，在SSA已成为主导的耐药基因，其中blaCTX-M-15的流行率最高[2,4,6]。在过去二十年里，特别是blaCTX-M-15，由于与其高度传染性的质粒及大肠杆菌序列型ST131等细菌克隆的关联，在全球范围内得到了显著扩展[7]。这些基因不仅出现在医院获得性感染中，也出现在社区获得性感染中，构成了重大风险[4,8]。肯尼亚和尼日利亚的研究报告称，新生儿中产生ESBL的微生物（尤其是blaCTX-M-15）的定植率很高，凸显了特定人群的脆弱性[9,10]。

SSA中产生β-内酰胺酶的肠杆菌科细菌（BLEs）的传播受到人类、动物和环境因素的影响，因此需要采取“一体化健康”策略。在医疗环境中，过度拥挤的设施和不规范的抗生素使用促进了耐药性的产生，尤其是在HIV感染的儿童和住院婴儿等脆弱人群中[11]。在农业领域，牲畜中不规范使用抗生素加剧了耐药性的传播，促进了人畜共患病[12]。来自废水和农业径流的环境污染进一步扩散了耐药细菌和基因，例如有研究表明人类人口密度较高的地区河水中的耐药菌含量更高[8]。

由于医疗实践和抗生素政策的差异，BLEs的流行率存在地理差异。医院环境，尤其是新生儿科，是BLEs传播的热点，而社区中的卫生条件差进一步加剧了这一问题[11][13][14][15][16]。“一体化健康”框架整合了人类、动物和环境的健康，对于理解和缓解这一问题至关重要[17]。然而，尤其是在农村和非临床领域，仍存在知识空白，社区获得性耐药性可能被低估[6]。有必要在实验室基础设施和监测方面进行大量投资，以填补这些知识空白并为有针对性的干预措施提供依据[6]。

尽管有关SSA中产生β-内酰胺酶的肠杆菌科细菌的初级研究不断增加，但现有的综述主要集中在个别国家、单一耐药机制或特定样本来源上。此前没有系统性的综述全面整合了人类、动物和环境这三个“一体化健康”领域的分子流行病学数据。这是一个关键的知识缺口，因为了解耐药基因的跨部门分布和重叠对于设计有效的综合干预措施至关重要。

本系统回顾和荟萃分析旨在整合SSA中BLEs的流行数据，重点关注人类、动物和环境储存库，并确定应对AMR和保护抗生素效力的策略。具体目标为：（1）估计“一体化健康”各组成部分中ESBL、AmpC和碳青霉烯酶基因的合并流行率；（2）描述特定基因变体的分布，特别是blaCTX-M-15；（3）评估SSA中耐药决定因素的共存情况。

方法
本研究是一项系统性文献回顾和荟萃分析，旨在整合撒哈拉以南非洲产生β-内酰胺酶的肠杆菌科细菌的相关数据，重点关注人类、动物和环境界面中β-内酰胺酶基因的检测和分布。该回顾遵循了PRISMA指南[18]。

协议注册
本系统回顾和荟萃分析已在前瞻性系统回顾注册平台PROSPERO上注册（注册编号：CRD420251048658）。

搜索策略
我们在PubMed、ScienceDirect、Google Scholar和African Journals Online（AJOL）中进行了全面搜索，限制时间为2005年以后的文章。搜索时使用了布尔运算符和关键词，如“beta-内酰胺酶基因”、“ESBL”、“碳青霉烯酶”和“肠杆菌科”。还包括了如“肯尼亚”、“尼日利亚”和“南非”等特定国家术语。我们手动筛选了符合条件的研究的参考文献以获取额外的出版物。完整的搜索策略及数据库特定语法见补充表S2。

纳入标准
符合以下标准的研究被纳入：（1）在SSA进行；（2）报告了肠杆菌科细菌中β-内酰胺酶基因的检测；（3）采用观察性设计；（4）通过表型和基因型确认了β-内酰胺酶的产生；（5）提供了β-内酰胺酶阳性分离株的定量数据。排除了干预性试验、病例报告以及没有分子分析或可提取数据的研究。研究选择由两位独立评审者完成，通过讨论解决分歧。

质量评估和偏倚风险
使用乔安娜·布里格斯研究所（JBI）的流行病学研究评估 checklist 对每项研究的 metodological 质量进行了评估[19]。该工具评估了九个方面，包括样本框架的适当性、样本量的充足性、研究对象的描述和背景、覆盖范围的充分性、检测方法的有效性、统计分析方法以及响应率。每个方面评为“是”、“否”、“不清楚”或“不适用”。研究被分为高质量（满足9个标准中的7个及以上）、中等质量（满足4-6个标准）或低质量（满足3个标准及以下）。两位评审者独立评估研究质量，分歧通过讨论解决。

数据提取
使用标准化的数据提取表格记录了研究细节（作者、发表年份和采样时间），研究特征（设计和数据来源），样本详情（宿主、样本类型和地理背景），细菌物种及其对应的β-内酰胺酶基因（如blaCTX-M、blaTEM、blaSHV、blaNDM），定量数据（样本量和检测的分离株数量），以及耐药性指标（耐药分离株的数量、检测方法如PCR和测序，以及流行率估计）。

数据分析
定量分析采用随机效应荟萃分析模型，并对比例进行了逻辑回归转换，以计算合并的β-内酰胺酶基因流行率。需要注意的是，本荟萃分析中报告的所有合并流行率估计均基于基因型（分子）检测数据（即通过PCR、测序或全基因组测序鉴定具体的β-内酰胺酶基因）。虽然我们的纳入标准要求同时通过表型和基因型确认β-内酰胺酶的产生，但呈现的流行率反映了基因检测率，而不是表型的ESBL流行率。使用I2统计量评估了异质性。生成了森林图以可视化合并流行率和研究级别的结果。使用漏斗图和埃格勒回归检验评估了主要合并分析的发表偏倚。进行了留一法敏感性分析，以评估单个研究对合并估计的影响。所有分析均使用R版本4.1.1 [20]进行，采用了meta和metafor包。

研究选择和特征
最初在多个数据库中发现了2,045篇文章，经过去重后剩下755篇独特文章。根据标题和摘要进行筛选，排除了缺乏相关ESBL产生细菌或分子特征研究的文章。经过详细的全文审查后，有103篇文章符合纳入标准，其中93篇文章符合荟萃分析的条件。这一选择过程遵循了PRISMA框架（图1），确保纳入了来自不同地理区域和样本来源的高质量研究。

下载：下载高分辨率图像（412KB）
下载：下载全尺寸图像
图1. PRISMA流程图

纳入研究的地理分布
93篇纳入的研究来自16个撒哈拉以南非洲国家（补充表S1）。研究数量最多的国家是尼日利亚（n=32），其次是南非（n=14）、埃塞俄比亚（n=10）、坦桑尼亚（n=9）、加纳（n=8）、乌干达（n=7）和喀麦隆（n=4）以及肯尼亚（n=3）。其余研究来自布基纳法索、贝宁、中非共和国、吉布提、加蓬、冈比亚和马里（各1-2篇）。西非地区的代表研究最多（n=45），其次是东非（n=29）、南部非洲（n=14）和中非（n=5）。需要注意的是，这仅代表大约49个SSA国家的一部分；因此，应对这些发现时应考虑到这一地理范围。

根据JBI Critical Appraisal Checklist（补充表S3），在纳入的93项研究中，52项（55.9%）被评为高质量，34项（36.6%）为中等质量，7项（7.5%）为低质量。最常见的方法学限制是样本框架描述不充分（28%的研究）和样本量理由不明确（35%的研究）。所有研究均使用了经过验证的分子检测方法（PCR、测序或全基因组测序）。

数据来源和范围概述
这些研究于2005年至2024年间进行，涵盖了西非（尼日利亚、加纳、马里、贝宁、几内亚比绍、冈比亚）、东非（乌干达、埃塞俄比亚、坦桑尼亚、肯尼亚、吉布提）、南部非洲（南非）和中非（喀麦隆、中非共和国、加蓬）。研究使用了来自人类临床样本、动物来源和环境矩阵的多种样本。这种方法强调了人类、动物和环境领域之间耐药性的相互关联性，符合“一体化健康”的观点。研究的细菌物种属于肠杆菌科，如大肠杆菌、肺炎克雷伯菌和沙门氏菌属。重点关注关键的β-内酰胺酶变体，包括ESBLs（如blaCTX-M、blaTEM、blaSHV）、AmpC基因（如blaAmpC、blaCMY）和碳青霉烯酶（如blaNDM、blaOXA）。研究方法包括纸片扩散试验、PCR、多重PCR、测序和全基因组测序。

撒哈拉以南非洲“一体化健康”中肠杆菌科细菌的分布
分析了撒哈拉以南非洲临床、动物和环境样本中的肠杆菌科细菌物种分布。大肠杆菌是最常见的物种，占37.80%，表明其在人类、动物和环境中的广泛存在（图2）。沙门氏菌肠炎亚种是第二常见的物种，占25.20%，其次是肺炎克雷伯菌（23.10%），常与医院获得性感染相关。铜绿假单胞菌和奇异变形杆菌分别在8.40%和5.50%的样本中被发现，显示出它们在人类和动物群体中的重要性。

下载：下载高分辨率图像（140KB）
下载：下载全尺寸图像
图2. 撒哈拉以南非洲“一体化健康”各领域中肠杆菌科细菌的物种流行率。大肠杆菌是最常见的物种（37.80%），其次是沙门氏菌肠炎亚种（25.20%）和肺炎克雷伯菌（23.10%）。

β-内酰胺酶耐药基因的“一体化健康”分布
分析揭示了撒哈拉以南非洲人类、动物和环境来源中β-内酰胺酶耐药基因的分布。这些基因被分为四类：ESBLs、窄谱β-内酰胺酶、碳青霉烯酶和AmpC β-内酰胺酶（见图3和表1）。ESBLs最为常见，人类分离株中的出现频率最高（240），其次是动物（58%）和环境（47%）。窄谱β-内酰胺酶主要在人类中发现（111例），在动物（41例）和环境（25例）中的报道较少。碳青霉烯酶在人类中更为常见（83例），在动物（14例）和环境中的报道较少（20例）。AmpC基因最少见，分别在人类（31例）、动物（18例）和环境（10例）中被发现。（图4）下载：下载高分辨率图像（109KB）下载：下载全尺寸图像

图3. 按类别和来源分布的β-内酰胺酶耐药基因。“广泛谱β-内酰胺酶”（ESBLs）在所有来源中最为普遍，尤其是在人类分离株中发生率最高。

表1. 撒哈拉以南非洲地区人类、动物和环境来源中β-内酰胺酶耐药基因类别的分布（报告的基因出现次数）。

β-内酰胺酶基因类别
人类来源 动物来源 环境来源
ESBLs 240 58 47
窄谱β-内酰胺酶 111 41 25
碳青霉烯酶 83 14 20
AmpC β-内酰胺酶 31 18 10
总数 465 131 102

数值代表研究中报告的基因出现次数。ESBL = 广泛谱β-内酰胺酶；AmpC = AmpC头孢菌素酶。

下载：下载高分辨率图像（166KB）下载：下载全尺寸图像

图4. 在人类、动物和环境来源中检测到的β-内酰胺酶基因变体的分布和流行情况。颜色强度反映基因数量，颜色越深表示检测频率越高。BlaCTX-M-15在所有来源中的流行率最高，特别是在人类分离株中。

BlaCTX-M-15是所有来源中最为普遍的基因，尤其在人类中，而在动物和环境样本中的出现频率较低。其他值得注意的基因包括blaNDM-1和blaTEM-1，在人类中更为常见，但频率低于blaCTX-M-15。总体而言，人类样本显示出最高的β-内酰胺酶基因多样性和丰度，而动物和环境来源的基因数量较少，且变异范围有限。

**广泛谱β-内酰胺酶（ESBL）基因的流行情况**

荟萃分析显示，ESBL基因在非洲的各种细菌物种和地区中普遍存在，这突显了它们对抗微生物治疗的挑战。

**ESBLs的总体流行率**

一项随机效应荟萃分析显示，ESBL基因在人类、动物和环境来源中普遍存在。人类来源的ESBL基因总体流行率为26%（95% CI：20%–34%），动物来源为31%（95% CI：20%–45%），环境来源为22%（95% CI：17%–29%）。所有来源之间的异质性很高（I2 > 89%，p < 0.01）。请注意，同一研究中的多个条目代表按基因变异、细菌物种或样本类型进行的单独子分析，而不是重复的数据条目。

不同来源之间的流行率估计值在置信区间上有所重叠，表明ESBLs在整个“健康一体化”（One Health）范围内广泛存在，而不仅仅局限于某个单一来源。

**人类、动物和环境来源的森林图**

森林图展示了非洲各地人类来源分离株中ESBL基因的总体流行情况。每条水平线代表一个研究的流行率估计及其95%置信区间，底部的菱形表示随机效应荟萃分析得出的总体流行率（26%，95% CI：20%–34%）。分析显示研究之间存在显著异质性（I2 = 92%，p < 0.01）。同一研究中的多个条目代表按基因变异、物种或样本类型进行的单独子分析。

**动物来源分离株中的ESBL基因比例**

森林图显示了各研究中检测到的ESBL基因的总体比例（31%，95% CI：20%–45%）。观察到了显著的异质性（I2 = 94%）。

**环境来源分离株中的ESBL基因比例**

森林图显示了各研究中检测到的ESBL基因的总体比例（22%，95% CI：17%–29%）。观察到了显著的异质性（I2 = 89%）。

**细菌物种中的ESBL基因流行情况**

大肠杆菌（Escherichia coli）和肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）是所有来源中ESBL基因的主要携带者。大多数大肠杆菌分离株携带blaCTX-M-15，其流行率在尼日利亚的门诊分离株中为44.4%，而在临床和环境分离株中超过90%[8,11]。在医院环境中，大肠杆菌分离株几乎全部产生ESBL，尼日利亚拉各斯的侵入性分离株中有93%携带blaCTX-M-15[21,22]。同样，肺炎克雷伯菌也表现出高ESBL率，特别是在加纳的养鸡场，高达100%的分离株携带blaCTX-M-15[23]。

除了大肠杆菌和肺炎克雷伯菌外，其他革兰氏阴性菌属中也能检测到ESBL基因，包括铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）、肠杆菌属（Enterobacter spp.）、沙门氏菌属（Salmonella spp.）、弗氏柠檬酸杆菌（Citrobacter freundii）和鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）。这些发现突显了ESBL耐药性的广泛性。例如，在尼日利亚的人类和食品动物中都报告了产生ESBL的沙门氏菌肠杆菌[24]，而在南非的医院废水中也分离出了肠杆菌属和柠檬酸杆菌属[25],[26],[27]。

BlaCTX-M-15是最主要的ESBL基因变异体，经常与blaTEM-1和blaSHV-2共存，从而增强耐药性谱型。BlaCTX-M-15的流行率已经取代了早期的ESBL变异体，如blaSHV-12和blaTEM-52，这些变异体在几年前更为常见。在大肠杆菌中，blaCTX-M、blaTEM和blaSHV占主导地位，其流行率在非洲不同国家之间差异很大[11],[25],[26],[27],[28],[29],[30],[31],[32],[33],[34],[35],[36],[37],[38],[39],[40],[41],[42]。同样，在肺炎克雷伯菌中也广泛存在blaCTX-M、blaSHV和blaTEM，流行率在10%到100%之间[43],[44],[45],[46],[47]。

沙门氏菌属表现出多种ESBL基因，blaTEM、blaSHV和blaCTX-M的流行率各不相同[14,18,49,50]。奇异变形杆菌携带blaTEM-1、blaCTX-M-15、blaSHV-1和blaOXA-1，其流行率在6.7%到90.9%之间[39,40,46]。

**ESBL基因在人类临床、动物和环境来源中的流行情况**

ESBL基因在非洲的“健康一体化”范围内广泛存在，特别是在人类临床来源的粪便、尿液、血液和伤口拭子中高发，导致治疗失败和医疗费用增加。产生ESBL的大肠杆菌在健康的孕妇和儿童中也很常见，表明存在社区传播。动物来源，尤其是牲畜和家禽，也携带ESBL基因，包括来自牛和猪的大肠杆菌中的blaCTX-M，以及家禽中的blaTEM、blaSHV和blaCTX-M-15[14,30,51]。抗生素耐药性（AMR）的动物源性特征显而易见，因为这些基因可能通过食物链或直接接触传播给人类。

环境储库，如废水、地表水和新鲜农产品，在ESBL基因的持续存在和传播中起着关键作用。南非的研究报告了废水和地表水中的blaTEM和blaCTX-M，而苍蝇和新鲜农产品中也检测到了ESBL基因，表明耐药生物具有多样化的环境生态位[23,47,48,52,53]。

**按地理位置和样本来源划分的ESBL基因流行情况**

**西非**

在西非，人类临床样本中blaCTX-M-15、blaTEM和blaSHV的流行率很高，范围从6.3%到100%[6,18,34,38]。动物来源也显示出相似的流行率，表明牲畜是耐药性传播的主要储库。环境样本也显示出高ESBL流行率，突显了环境污染在耐药性传播中的作用。

**东非**

东非的人类临床样本中ESBL普遍存在，其中blaCTX-M-15、blaSHV和blaTEM最为常见[1,52,54]。该地区的动物来源也表现出高流行率，表明存在显著的动物源性传播风险。环境储库进一步促进了耐药菌株的传播，流行率在2%到95.8%之间[52,55,56]。

**南非**

南非的人类临床样本中明显存在blaCTX-M-15、blaTEM和blaSHV（4.5%-75.5%[[57],[58],[59]]。动物样本中检测到更多种类的ESBL基因，包括blaACC和blaCIT[48,50]。环境样本也携带blaCTX-M-15和blaSHV，进一步体现了“健康一体化”的概念[47,48,60,61]。

**中非**

中非的人类临床分离株中ESBL的流行率最高，blaCTX-M-15、blaTEM和blaSHV的流行率在48%到100%之间[[62],[63],[64]]。该地区的高流行率凸显了加强监测和感染控制措施的紧迫性。

**AmpC β-内酰胺酶基因的流行情况**

使用带有logit转换的随机效应模型，估计了非洲人类、动物和环境来源中AmpC β-内酰胺酶基因的总体流行率。在人类分离株中，AmpC基因的总体流行率约为30%（95% CI：20%-40%），单个研究的估计值从个位数到超过80%不等，表明存在显著差异。异质性很高（I2 ≈ 95%，p < 0.001），反映出不同地区和人群之间的流行率不一致。

在动物分离株中，AmpC基因的总体流行率约为25%（95% CI：10%-40%），不同研究之间的流行率估计值差异很大。观察到了高异质性（I2 > 90%，p < 0.001），表明不同情境下的动物携带AmpC基因存在差异。

在环境分离株中，AmpC基因的总体流行率较低，约为20%（95% CI：10%-30%）。尽管流行率范围比人类和动物分离株窄，但仍然存在显著差异（I2 > 90%，p < 0.001）（图S1）。

总体而言，人类分离株中的AmpC基因流行率最高，动物和环境来源的流行率略低。所有三项荟萃分析都显示出显著异质性，强调在比较不同研究之间的流行率时应谨慎。

**碳青霉烯酶基因的流行情况**

碳青霉烯酶基因在非洲的日益普遍是一个关键的公共卫生问题，因为这些酶使细菌对碳青霉烯类抗生素产生耐药性，而碳青霉烯类抗生素通常是治疗严重感染的最后手段。

**碳青霉烯酶的总体流行率**

使用带有logit转换的随机效应模型，估计了人类、动物和环境来源中碳青霉烯酶的总体流行率（图S2-S3）：
(a) 人类分离株（k=13项研究，n=3,756株分离株）：总体流行率为11%（95% CI：5%-22%）。研究间的流行率差异很大，一些研究报道的比例非常低，而有些研究超过30%。观察到了高异质性（I2 = 95%，p < 0.01）。
(b) 动物分离株（k=4项研究，n=304株分离株）：总体流行率为35%（95% CI：24%-47%），在三个来源中最高。流行率在10%到60%之间，有些异常值接近70%。需要注意的是，这一估计基于的研究数量有限，且合并样本量相对较小，某些个别研究报告的流行率值可能对总体估计产生不成比例的影响。不能排除采样偏差的可能性，包括针对性监测或与疫情相关的采样。
(c) 环境分离株（k=8项研究，n=489株分离株）：总体流行率为11%（95% CI：7%-17%），大多数研究报道的流行率较低至中等（5%-20%），尽管有少数研究超过30%。异质性为中等（I2 = 51%，p = 0.02），表明研究间存在显著差异。

**细菌物种中的碳青霉烯酶基因分布**

撒哈拉以南非洲各细菌物种中的碳青霉烯酶基因流行率存在显著差异（图8）。肺炎克雷伯菌是报告频率最高的物种，携带blaNDM-1、blaOXA-48、blaKPC、blaVIM和blaIMP等基因。这些基因的流行率在尼日利亚、加纳、埃塞俄比亚、吉布提、南非、乌干达和布基纳法索之间差异很大[39,44,46,56,[65],[66],[67]]。同样，大肠杆菌分离株也携带多种碳青霉烯酶基因，主要是blaNDM-1、blaOXA-48、blaKPC和blaVIM，流行率在1.4%到71.43%之间。这些发现来自尼日利亚、加纳、埃塞俄比亚、吉布提、南非、布基纳法索和马拉维[46,47,65,67]。

**人类临床、动物和环境来源中的碳青霉烯酶流行情况**

碳青霉烯酶基因在非洲的地理分布存在显著差异，受样本来源和地点的影响。在西非，人类临床分离株中经常携带碳青霉烯酶基因，包括blaNDM-1、blaOXA-48、blaKPC、blaVIM和blaIMP，流行率在5%到44.4%之间[11,25,38,39,65]。环境样本显示了更多的基因多样性，流行率在3.8%到100%之间[53],[69],[70],[71],[72]]。东非的人类临床分离株主要含有blaNDM、blaOXA-181、blaOXA-23和blaIMP，流行率在2.3%到57.1%之间[46,66,67]。环境样本主要检测到blaKPC和blaNDM-5，流行率在0.26%到33.3%之间[73,74]。在南阿非利卡，人类临床分离株中blaOXA-23的流行率较低，为0.96%[75]。相比之下，动物分离株的流行率较高（9.6%-42.9%），携带的基因包括blaKPC、blaNDM、blaGES和blaOXA。环境样本显示碳青霉烯酶基因的广泛传播，流行率在7.7%到100%之间[47,50,68,76]。中非临床分离株中blaNDM-5的流行率为71.4%[77]。

**特定ESBL亚型的流行情况**

荟萃分析估计了非洲人类、动物和环境分离株中blaCTX-M-15 β-内酰胺酶的总体流行率（图S4）。在人类分离株中，基于6,120个样本的总体流行率为61%（95% CI：54%-68%）。个体研究的比例从13%到100%不等，大多数集中在50%到90%之间。研究间的异质性很高（I2 = 95%，p < 0.001）。对于动物来源的菌株，基于683个样本的合并流行率为85%（95%置信区间：76%-90%）。估计值在65%到100%之间，有几项研究报告完全检测到了blaCTX-M-15。观察到显著的异质性（I2 = 79%，p < 0.001）。在环境来源的菌株中，基于1,130个样本的合并流行率为37%（95%置信区间：14%-67%）。流行率范围从2%到100%，异质性也很高（I2 = 97%，p < 0.001）。

blaTEM-1的流行率估计
在非洲的人类、动物和环境来源的菌株中进行了blaTEM-1的合并流行率估计。在人类来源的菌株中，基于2,968个样本的合并流行率为51%（95%置信区间：39%-62%）。在某些子集中，流行率从低于20%到100%不等，异质性很高（I2 = 95%）。在动物来源的菌株中，基于1,812个样本的合并流行率为40%（95%置信区间：25%-58%）。一些研究报告的流行率高达100%，异质性也很高（I2 = 93%）。对于环境样本，基于807个菌株的合并流行率为35%（95%置信区间：13%-65%）。流行率范围从4%到94%，显示出极端的异质性（I2 = 95%）。blaTEM-1的详细森林图在补充图中提供。

出版偏倚和敏感性分析
主要ESBL流行率荟萃分析的漏斗图显示了一些不对称性。Egger回归测试结果显示：人类ESBL（p = 0.924，无显著偏倚），动物ESBL（p = 0.010，显著），环境ESBL（p = 0.018，显著）。对于碳青霉烯酶和AmpC的荟萃分析，Egger测试在大多数亚组中不显著，尽管某些亚组中研究数量有限，降低了测试的功效（图S5-S7）。留一法敏感性分析表明，没有一项研究显著改变合并的ESBL流行率估计值，人类来源的合并估计值在55次迭代中的变化最大为1.3个百分点。对于动物碳青霉烯酶分析，移除单个研究后，合并估计值变化高达2.9个百分点，表明存在一定的敏感性（表S4）。

耐药基因的共存和共定位
多项研究报告了非洲各种细菌物种和地区中β-内酰胺酶基因与其他抗菌耐药决定因子的共存。在尼日利亚西南部，来自人类粪便样本的大肠杆菌菌株携带blaCTX-M-15以及blaTEM-1、blaOXA-1、blaCMY-2和质粒介导的喹诺酮类耐药（PMQR）基因，如aac(6′)-Ib-cr、qnrS1和qepA1 [36]。同样，来自人类临床样本的Pantoea agglomerans菌株携带blaCTX-M-15、blaTEM-1、qnrB1和aac-(69)-Ib-cr，证实了多重耐药性 [78]。在尼日利亚中部，来自人类血液样本的Klebsiella quasipneumoniae菌株携带blaNDM-5、blaCTX-M-15、blaOKP-B-6、blaOXA-1和blaTEM-1 [77]。在尼日利亚东北部，来自临床样本的Serratia marcescens菌株携带blaNDM-1和blaVIM [39]。乌干达的环境样本在沉积物和地表水中检测到了携带blaTEM、blaCTX-M和blaKPC的Klebsiella pneumoniae [73]。在东非，来自动物粪便样本的大肠杆菌携带blaCTX-M-15以及blaTEM-1B、blaOXA-1和几种氨基糖苷类和喹诺酮类的耐药基因 [79]。来自血液感染的Klebsiella pneumoniae临床菌株经常携带blaCTX-M、blaSHV、blaTEM和blaNDM [46]。其他研究表明，在来自人类临床标本[80]和伤口拭子的Klebsiella pneumoniae菌株中发现了blaCTX-M-15、blaTEM-1和blaSHV-11 [54]。在东非的ICU中，大肠杆菌菌株共携带blaTEM-1、blaSHV-12、blaSHV-28和blaCTX-M-15 [81]。这些发现表明β-内酰胺酶基因和非β-内酰胺类耐药决定因子在非洲的临床和非临床环境中广泛共存。

非洲各地理政治区域和样本来源中的碳青霉烯酶基因分布
西非
西非的人类临床样本中常见携带blaCTX-M-15、blaTEM、blaSHV和AmpC fox基因的大肠杆菌菌株，流行率范围从6.7%到100% [6,18,26,27]。Klebsiella pneumoniae菌株表现出blaCTX-M-15、blaTEM、blaOXA-48和blaKPC，流行率范围从0%到100% [[38], [39], [40]]。铜绿假单胞菌对blaOXA-10、blaVIM-5和blaNDM-1具有耐药性，流行率从5%到92.3% [11,25]。环境样本，包括大肠杆菌、Klebsiella属和Proteus属，携带碳青霉烯酶基因，如blaCTX-M-15、blaSHV-2、blaKPC-2和blaOXA-48，流行率范围从2%到100%。

东非
东非的人类临床样本中大肠杆菌菌株的blaCTX-M-15、blaTEM-1B、blaSHV-187等基因的流行率很高（0.5%-95.2%）[46,66]。来自血液感染的Klebsiella pneumoniae菌株经常携带blaCTX-M-15、blaSHV和blaNDM [46]。来自动物和人类的沙门氏菌属携带blaTEM、blaSHV和blaCTX-M [79,82]。环境样本显示Klebsiella pneumoniae和大肠杆菌菌株携带blaTEM、blaCTX-M和blaKPC（25%-95.8%）[73,74]。

南非
南非显示大肠杆菌临床菌株对blaCTX-M-15、blaTEM和blaCTX-M-14具有耐药性，流行率从4.5%到75.5% [23,83]。动物样本中大肠杆菌携带blaKPC、blaNDM和blaGES（3.1%-57.1%）。Klebsiella pneumoniae的环境样本显示blaTEM、blaSHV和blaOXA-1（3.2%-59.36%）。Klebsiella michiganensis的环境样本显示blaOXA-181和blaOXY-5的流行率为100% [47,48]。

中非
中非的人类临床样本中大肠杆菌和Klebsiella pneumoniae携带blaCTX-M-15、blaTEM和blaSHV（48%-100%）[62,63]。肠杆菌属也显示出这些基因的高流行率（56%-100%）。

讨论
这项系统回顾和荟萃分析综合了撒哈拉以南非洲（SSA）人体、动物和环境储库中β-内酰胺酶基因的流行率和分布情况。我们的发现强调了产生β-内酰胺酶的肠杆菌科（BLEs）在“同一健康”范围内的高负担、普遍性和相互关联性。ESBL（人类34%、动物27%、环境44%）、AmpC（人类30%、动物25%、环境20%）和碳青霉烯酶基因（人类11%、动物35%、环境11%）的合并流行率估计值突显了严重的和不断升级的公共卫生威胁。值得注意的是，blaCTX-M-15成为主要的ESBL基因，尤其是在动物中碳青霉烯酶的高负担要求立即采取行动。

“同一健康”各组成部分中的β-内酰胺酶基因流行率和分布
荟萃分析显示所有组成部分中ESBL、AmpC和碳青霉烯酶基因的流行率一直很高。人类来源中34%的合并ESBL流行率反映了全球趋势，特别是在低收入和中等收入国家，这些国家的耐药率往往高于高收入国家 [13,43]。显著的异质性（ESBLs的I2 > 96%）反映了多样化的流行病学背景和方法 [21]。尽管存在这种变异性，但所有来源中一致的高估计值表明这些关键耐药决定因子的普遍存在。环境来源中ESBL流行率（44%）高于人类（34%）和动物（27%）来源，突显了环境在耐药基因传播中的关键作用 [8]。受污染的水、土壤和食物作为储存库，促进了共居细菌和致病细菌之间的水平基因转移 [8,22]。这种环境负担在SSA尤为令人担忧，因为卫生条件、废水处理和农业废物管理方面的挑战有利于抗菌素耐药性（AMR）的持续存在和传播 [8,23]。

AmpC基因虽然经常被ESBLs和碳青霉烯酶所掩盖，但也表现出显著的流行率（人类30%、动物25%、环境20%）。这些酶赋予了对第二代和第三代头孢菌素的耐药性，并且在全球范围内越来越普遍 [25]。它们在所有三个组成部分中的存在凸显了AMR传播的复杂性和相互关联性。

特定ESBL和碳青霉烯酶基因的优势
blaCTX-M-15作为最普遍的ESBL基因占据主导地位，其合并流行率在人类中为61%、动物中为85%、环境中为37%。这与全球报告一致，确认blaCTX-M-15是全球主要的ESBL等位基因 [6,26]。其广泛的传播主要是由于其与移动遗传元件（尤其是质粒）的关联，促进了细菌物种和生态位之间的水平基因转移 [26,27]。动物中极高的流行率（85%）表明牲畜可能是重要的储存库和人类暴露的来源，这通常与农业中的抗生素使用有关 [11,28]。此外，blaTEM-1在所有来源中都很普遍，常常与blaCTX-M-15共存，使治疗选择变得复杂 [29]。

尽管碳青霉烯酶基因的合并流行率较低，但它们的存在仍然是一个严重的新兴威胁。动物来源中（35%）的显著较高流行率与人类（11%）和环境（11%）来源相比令人担忧 [8]。然而，这一估计基于只有四项研究，样本总数为304个菌株，一些个别研究报告了非常高的流行率值，可能对合并估计值产生了不成比例的影响。此外，其中一些研究可能在疫情调查期间采用了针对性监测或采样方法，可能会引入选择偏差。这些研究中有限的可用抗菌素使用数据排除了将原因归因于牲畜抗生素使用的可能性，尽管这仍然是一个需要进一步调查的合理因素。碳青霉烯酶，如blaNDM-1、blaOXA-48和blaKPC，赋予了对碳青霉烯类抗生素的耐药性，而这些抗生素是治疗多重耐药的最后手段 [9,30]。尽管有这些注意事项，但在SSA的食品和动物样本中检测到碳青霉烯酶基因仍然令人担忧，需要加强监测。blaNDM-1的突出地位与全球报告一致，表明其快速传播 [32]。

物种分布及其在耐药性中的作用
大肠杆菌和Klebsiella pneumoniae始终被确定为所有“同一健康”组成部分中β-内酰胺酶基因的主要携带者。这些物种是人类和动物肠道中的普遍共居菌，也是重要的机会性病原体 [33]。它们获取和传播耐药基因的能力，通常通过移动遗传元件，使它们成为AMR的主要驱动因素 [34]。携带blaCTX-M-15的大肠杆菌菌株的比例很高（在某些临床和环境样本中高达90% [8,10,17,18]），以及K. pneumoniae中的高ESBL率（在养鸡场高达100%，新生儿败血症病例中高达92.2% [20]），突显了它们作为耐药性的关键储存库和载体。其他物种如沙门氏菌属和铜绿假单胞菌也对耐药性负担有显著贡献，反映了β-内酰胺酶耐药性的广泛影响。

耐药基因的共存和共定位
耐药基因（包括ESBLs、AmpC和碳青霉烯酶）的频繁共存和共定位，通常位于移动遗传元件上，这一发现具有重要的临床意义。这种现象在各种细菌物种和地区中都有观察到，导致了广泛耐药的（XDR）表型 [33,35]。在人类、动物和环境来源的菌株中同时检测到ESBLs（例如blaCTX-M-15、blaTEM-1）与AmpC（blaCMY-2）和喹诺酮类耐药基因（aac(6′)-Ib-cr、qnrS1）对有效的抗菌治疗构成了严峻挑战 [33,36]。共耐药性限制了治疗选择，增加了住院时间和医疗成本，尤其是在替代抗生素获取有限的环境中 [1,2,12]。移动遗传元件，如质粒，进一步加速了基因传播，使得控制变得困难 [27]。

“同一健康”方法的意义
这项荟萃分析强化了采取“同一健康”方法应对SSA中AMR的必要性。人类、动物和环境接口之间耐药基因的相互关联性显而易见，像blaCTX-M-15这样的主导耐药基因在各个部门中都有存在 [15]。一个部门中的做法会影响其他部门，例如农业中不受监管的抗生素使用会选择出耐药细菌，这些细菌随后通过食物或环境传播给人类 [11,28]。不良的卫生条件和废水管理进一步促进了耐药细菌的传播，成为基因转移的环境储存库 [8,23]。为了解决这个问题，需要多部门协调的干预措施，包括加强人类和兽医医学中的抗生素管理，改善感染预防和控制，增强监测，并投资于水和卫生基础设施 [15,23,84]。各国之间抗生素使用和政策执行的区域差异（例如，喀麦隆与南非的猪 [11]）凸显了针对特定情况的策略和更强监管框架的重要性。

研究的局限性
尽管这项荟萃分析的范围广泛，但它仍有局限性。由于研究设计、方法和地理因素的不同，存在显著的异质性（I2 > 90%），这突显了标准化监测的必要性。纳入的研究仅代表了大约49个SSA国家中的16个，其中尼日利亚、南非、埃塞俄比亚和坦桑尼亚的研究较多。萨赫勒地区、中非和岛国的研究代表性不足，这可能限制了研究结果在整个SSA地区的普遍性。一些亚组分析（特别是动物菌株中的碳青霉烯酶基因，k=4）的研究数量较少，限制了这些具体合并估计的准确性和普遍性。正如Egger测试所提示的，出版偏倚可能影响了一些估计值。我们的纳入标准侧重于可量化数据，可能排除了有价值的定性研究和非英文出版物。时间范围从2005年开始可能无法完全捕捉到耐药性的历史演变，而依赖已发表的数据可能会低估研究基础设施有限的地区。此外，虽然我们讨论了耐药基因的共存，但由于详细的数据有限，无法对这些基因在移动遗传元件上的精确共定位进行详细荟萃分析。

结论
这项回顾和荟萃分析强调了撒哈拉以南非洲人类、动物和环境组成部分中β-内酰胺酶基因的惊人流行率。blaCTX-M-15的广泛存在以及碳青霉烯酶的显著分布，尤其是在动物中，对公共卫生构成了严重威胁。我们的研究结果强调了采取统一的“One Health”（人类-动物-生态系统）方法的迫切性，该方法结合了加强监测、合理使用抗菌药物和改善卫生条件，以应对多重耐药性病原体并保护该地区的公共卫生。我们的发现对政策和实践具有几方面的启示：首先，ESBL基因在人类、动物和生态系统三个领域的普遍存在表明，在撒哈拉以南非洲地区需要建立跨领域的抗菌药物耐药性（AMR）监测系统，将监测范围从医院扩展到社区、农业和环境领域；其次，质粒介导的blaCTX-M-15在人类和动物宿主中的主导地位凸显了在人类医学和兽医/农业实践中实施抗菌药物管理计划的必要性，特别是要加强对非处方抗生素销售和家畜生长促进剂使用的监管；第三，即使在数据有限的情况下，在食用动物中检测到碳青霉烯酶基因也表明了最后一线治疗手段可能受到侵蚀，因此必须立即在农业领域加强针对性监测；第四，由于污水处理和卫生设施不足，使得耐药基因在环境中持续传播，因此需要投资于水、卫生和清洁（WASH）项目，将其作为控制抗菌药物耐药性的策略之一。

未来的研究重点包括：(1) 将监测范围扩展到代表性不足的撒哈拉以南非洲国家，特别是中南部非洲地区；(2) 使用统一的分子方法进行大规模、多地点的研究，以提高数据可比性；(3) 通过全基因组测序和系统发育学方法研究耐药基因在人类-动物-生态系统接口之间的传播动态；(4) 收集人类和兽医领域的抗菌药物使用数据，以更深入地了解耐药性的驱动因素；(5) 评估“One Health”干预措施在减少撒哈拉以南非洲地区抗菌药物耐药性负担方面的有效性。

**作者声明**
Olugbenga Adekunle Olowe (O.A.O.) 和 Babafela Awosile (B.A.) 负责该项目的监督，并与 Fiyinfoluwa Demilade Ojeniyi (F.D.O.) 共同设计了这项研究。Md. Kaisar Rahman (M.K.R.) 和 F.D.O. 从符合条件的文章中提取数据。Md. Kaisar Rahman (M.K.R.)、O.A.O. 和 B.A. 共同制定了研究方法。F.D.O. 进行了统计分析并准备了初稿。Olusolabomi Adefioye (O.A.)、Oluyinka Oladele Opaleye (O.O.O.) 和 Olusola Ojurongbe (O.O.) 审查了手稿并参与了修改工作。所有作者均同意提交最终版本。

**资金支持**
本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何特定资助。

**伦理审批**
不适用。

**出版同意**
所有作者在提交前均阅读并批准了手稿。

**数据和材料的使用**
本研究期间未生成或分析任何数据集。补充材料详见正文描述。