中国非伤寒沙门菌血流感染分离株的遗传特征及与侵袭性表型的相关性研究（2017–2022）

《Journal of Advanced Research》：Genetic characterization of non-typhoidal Salmonella strains and invasive traits associated with bloodstream infections in China (2017–2022)

　　

非伤寒沙门菌（Non-typhoidal Salmonella，NTS）是引起食源性疾病的重要病原菌，部分菌株可进展为血流感染（Bloodstream Infection，BSI），引发脓毒症等严重并发症，尤其在脆弱人群中死亡率较高。近年来，ST11型肠炎沙门菌（S. Enteritidis）等NTS血流感染病例的增加已成为公共卫生关注焦点。本研究旨在解析中国NTS血流感染的流行病学与遗传特征，重点关注ST11 S. Enteritidis从动物及食品来源向临床环境适应的机制，并分析临床数据与遗传谱的关联。研究人员收集2017–2022年中国9家医院的120株非重复NTS血流感染分离株，采用抗菌药物敏感性试验、全基因组测序（Whole-Genome Sequencing，WGS）及生物信息学分析开展研究。结果显示，基于31177份阳性血培养结果，沙门菌血流感染年均患病率为0.77%，其中96.8%由NTS引起，主要为肠炎沙门菌（41.9%）和鼠伤寒沙门菌变种（16.1%）。WGS分析发现，5S rRNA基因的突变及多拷贝是宿主适应与系统性播散的关键驱动因素，尤其在免疫功能正常成人中表现显著；值得注意的是，40%的食品来源菌株携带此类遗传特征，其基因组侵袭潜力高于同数据集中的动物来源菌株。此外，研究人员明确了BSI沙门菌对一线抗菌药物的耐药水平，并鉴定出一种介导头孢噻肟（cefotaxime）耐药与毒力因子共传播的新型质粒，增加了治疗难度。这些发现揭示了致腹泻菌株向高侵袭性血流感染表型转化的分子基础，强调了NTS感染的持续公共卫生威胁，提示需加强监测与干预以应对新兴挑战。

论文解读

研究背景与意义

非伤寒沙门菌（Non-typhoidal Salmonella，NTS）是全球范围内重要的食源性病原菌，多数感染表现为自限性腹泻，但约5%–6%的病例可进展为血流感染（Bloodstream Infection，BSI），引发脓毒症、心内膜炎等严重并发症，免疫低下人群与老年患者死亡率可达15%–26%。近年来，侵袭性非伤寒沙门菌（invasive Non-typhoidal Salmonella，iNTS）的流行趋势加剧，其中ST11型肠炎沙门菌（S. Enteritidis）因具备跨物种传播与宿主适应能力，已成为全球iNTS感染的主要优势克隆。在中国，NTS感染多以胃肠炎暴发为主，传统认知中ST11 S. Enteritidis侵袭性较低，但近年临床观察到该克隆可导致免疫功能正常成人发生BSI，且耐药性问题日益严峻——环丙沙星与第三代头孢菌素（治疗沙门菌病的一线药物）耐药率持续上升，同时NTS尚未纳入中国法定报告传染病目录，动物与食品源病原监测数据缺失，制约了对传播规律的精准解析。在此背景下，明确中国NTS血流感染的遗传演化特征与侵袭机制，对制定防控策略具有重要科学价值。该研究由浙江大学医学院附属第二医院团队完成，发表于《Journal of Advanced Research》。

关键技术方法

研究采用多中心横断面设计，纳入2017–2022年中国6省份9家三级医院的120株非重复NTS血流感染分离株（排除无完整临床信息与同一患者重复样本）。核心技术方法包括：基于微量肉汤稀释法的抗菌药物敏感性试验（Antimicrobial Susceptibility Testing，AST）；结合Illumina短读长与Oxford Nanopore长读长测序平台的质粒混合组装；全基因组测序（Whole-Genome Sequencing，WGS）与核心基因组单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）系统发育分析；接合试验验证质粒转移性；以及基于生物信息学的耐药基因、毒力因子注释与群体遗传学分析。样本队列覆盖中国约20%人口分布区域，同时整合NCBI数据库全球S. Enteritidis基因组数据进行跨区域进化比较。

研究结果

血流感染沙门菌的流行特征

2017–2022年监测数据显示，沙门菌在总阳性血培养中的占比为0.77%（243/31177），且年度流行率保持稳定。120株分析样本中，56.7%分离自感染性发热患者，56.7%伴随胃肠道感染症状（腹泻、肠炎等），提示多数BSI为黏膜屏障突破后的继发感染；患者年龄呈“儿童（51.7%）—老年（29.1%）”双峰分布，但20–59岁免疫功能受损成人占比达40.9%。血清型以肠炎沙门菌（43.3%）、鼠伤寒沙门菌及其变种（15.0%）为主，多位点序列分型（Multilocus Sequence Typing，MLST）共鉴定出33种ST型，其中ST11为肠炎沙门菌的优势克隆。

抗菌药物敏感性特征

BSI菌株对一线治疗药物耐药形势严峻：头孢噻肟耐药率为9.2%，环丙沙星耐药率为10.8%，且45.0%菌株表现为环丙沙星中介（CLSI 2022标准提示此类菌株可能导致氟喹诺酮类治疗失败或延迟反应）。其他耐药率较高的药物包括氨苄西林（68.3%）、复方磺胺甲噁唑（47.5%）、四环素（43.3%）；而对阿米卡星、美罗培南、替加环素等保持高度敏感（100%）。时间趋势分析显示，头孢噻肟耐药株在2017–2018年未检出，2019年后波动于6.7%–20.0%，提示耐药克隆的快速扩散。

耐药基因与毒力因子分布

全基因组测序共鉴定出28种耐药基因（Antimicrobial Resistance Genes，ARGs），其中超广谱β-内酰胺酶（Extended-Spectrum Beta-Lactamase，ESBL）编码基因bla_CTX-M（7.5%）与bla_CMY-59（0.8%）为主要β-内酰胺类耐药机制；环丙沙星非敏感（Cip^{non-susceptible}）菌株中，49.3%携带gyrA与parC基因突变（喹诺酮耐药决定区，Quinolone Resistance-Determining Regions，QRDR），包括单突变（D⁸⁷G、S⁸³F等）与双突变（gyrA^D87N+parC^S80R，高水平耐药）；质粒介导喹诺酮耐药（Plasmid-Mediated Quinolone Resistance，PMQR）基因（qnrB5、oqxAB等）在17.8%的Cip^{non-susceptible}菌株中检出。毒力因子（Virulence Factors，VFs）分析显示，肠炎沙门菌与鼠伤寒沙门菌高比例携带毒力质粒编码的spvBCD、pefABCD等基因（分别为98.1%与60.0%），同时普遍具备染色体编码的SPI-1/SPI-2分泌系统、ipfABCDE菌毛粘附系统等侵袭相关基因；此外，15种非优势血清型中31株携带伤寒毒素编码基因pltAB与cdtB，提示其具备适应宿主存活的特殊机制。

ST11肠炎沙门菌的系统发育分析

对全球877株ST11 S. Enteritidis（含本研究52株与中国NCBI数据库368株）的系统发育分析将其划分为6个进化分支：非洲分支L1（26株）与L2（160株）主要局限于撒哈拉以南非洲国家，多为典型iNTS（无腹泻症状，高侵袭性）；北美流行分支L3与L6主要在美国与加拿大传播，部分为跨国克隆暴发；全球传播分支L4与L5则呈现跨区域分布特征。中国BSI菌株均属于L5分支下的L5.1与L5.2亚分支，与非洲分支遗传距离超过100个SNP，且多为多重耐药株。

ST11 S. Enteritidis的宿主适应与侵袭机制

对中国不同来源420株ST11 S. Enteritidis的比较分析显示，BSI菌株与动物、食品来源菌株遗传距离极近（≤10个SNP），存在3组跨物种克隆传播对（动物→人）。功能基因组比较未发现差异基因，但所有BSI菌株均携带5S rRNA基因G137C突变，且其拷贝数（5拷贝）显著高于动物源菌株（2拷贝）；扩大样本统计证实，BSI菌株5S rRNA突变携带率达56.3%，显著高于非血标本临床株（11.2%）与动物源株（1.0%），但与食品源株（40.0%）无显著差异。进一步分析显示，5S rRNA拷贝数在正常临床株中峰值为1–4，而在BSI株中达7–9，提示多拷贝与突变是ST11 S. Enteritidis适应宿主血流环境的关键遗传标记——该突变株在成人BSI中占比达69.6%，且更易引发感染性发热（81.8%），而非突变株多与老年患者基础疾病相关。

讨论与结论

讨论部分指出，中国ST11 S. Enteritidis的致病模式与非洲iNTS存在本质差异：前者以“致腹泻→侵袭”策略为主（伴随胃肠道症状，死亡率仅0.8%），后者为宿主限制性全身感染（无肠炎表现）。5S rRNA G137C突变与拷贝数扩张可能通过优化核糖体翻译效率，增强细菌在免疫正常宿主中的增殖能力，这一机制与非洲分支的5S rRNA序列缺失形成趋同进化。此外，中国菌株进化出可接合的新型质粒（如pDY35-CTX），实现头孢噻肟耐药与spv毒力基因簇的共传播，其流动性显著高于非洲分支的非接合型大质粒，加剧了临床治疗难度。

研究结论强调，中国NTS血流感染主要由ST11全球分支L5.1驱动，其通过5S rRNA特异性核糖体适应进化获得高侵袭性；5S rRNA G137C突变可作为血流感染分子监测的标志物；同时需警惕“耐药-毒力”共传播质粒的扩散，通过分层防控策略应对高毒力与多重耐药NTS的公共卫生威胁。