Investigation of Molecular Typing and Drug Resistance of Shigella in Yunnan Province from 2016 to 2022
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摘要:
目的 对云南省2016—2022年食源性疾病主动监测分离的志贺氏菌进行血清、分子分型和药敏试验等分析，了解云南省志贺氏菌的病原学特性，为志贺氏菌感染的防控和治疗提供数据支持。 方法 2016年1月至2022年12月从患者粪便中分离志贺氏菌，采用玻片凝集法进行血清学分型，脉冲场凝胶电泳（PFGE）进行分子分型分析，微量肉汤稀释法进行药敏试验。 结果 共分离志贺氏菌89株，其中福氏志贺氏菌占52.81% ，宋内志贺氏菌占47.19% 。PFGE分析发现，2种志贺氏菌均分为A和B 2个聚类簇，B簇为优势簇。47株福氏志贺氏菌分为30种PFGE带型，有3组优势带型，42株宋内志贺氏菌分为22种PFGE带型，有4组优势带型，并识别两起疑似暴发事件。志贺氏菌对13种抗生素存在不同程度的耐药，78.65%的菌株为多重耐药菌株。 结论 云南省志贺氏菌PFGE优势带型明显，部分带型聚集分布。耐药形势严峻，多重耐药现象严重。福氏志贺氏菌和宋内志贺氏菌耐药表型存在差异。 Abstract:Objective To analyze the serum typing, PFGE molecular typing, and drug-resistance of Shigella strains isolated from the active surveillance for foodborne diseases in Yunnan province from 2016 to 2022, the aim is to understand the pathogen characteristics of Shigella in this period and provide the data support for the control and treatment of Shigella infection. Methods Shigella strains were isolated from the feces of patients between January 2016 and December 2022. Serological typing of the strains was performed using the slide agglutination. Pulsed field gel electrophoresis （PFGE） was employed to detect the molecular typing of the strains. Drug resistance test was achieved by the broth microdilution method. Results A total of 89 Shigella strains were isolated, of which Shigella flexneri accounted for 52.81% and Shigella sonnei 47.19%. Both Shigella flexneri and Shigella sonnei were divided into A and B clusters in PFGE analysis, with B as the predominant cluster. The PFGE bands of 47 Shigella flexneri strains were categorized as 30 types with 3 dominant classes, while 42 Shigella sonnei strains contained 22 types PFGE bands with 4 dominant classes. Two suspected outbreaks were distinguished. Shigella displayed varying degrees of drug resistance to 13 antibiotics, with a 78.65% of multiple resistant strains. Conclusion The dominant PFGE bands of Shigella in Yunnan province were clear, partial of which appeared the clustering distribution. The drug resistance of Shigella was severe and the phenomena of multiple drug resistance were very serious. Drug resistance prototypes between Shigella flexneri and Shigella sonnei were different. -
Key words:
- Shigella /
- Serum typing /
- Pulsed field gel electrophoresis /
- Drug-resistance
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沙门菌属和志贺菌属是儿童细菌性腹泻的常见病原菌。沙门菌可引起腹泻、脓毒症、伤寒、颅内感染及肠外病灶性感染，志贺菌可引起急性或慢性细菌性痢疾[1]。近年来由于沙门菌和志贺菌耐药菌株增加，抗生素的不合理应用导致病情加重[2-3]。本文通过探讨2017年1月至2020年12月昆明市儿童医院检出的志贺菌和沙门茵茵型分布及对常用抗生素的耐药情况，为临床医师经验治疗提供参考。
1. 资料与方法
1.1 标本来源
对2017年1月至2020年12月昆明市儿童医院门诊就诊及住院腹泻患儿（0～14岁），共29674份新鲜粪便做细菌培养。经向昆明市儿童医院伦理委员会审请，本论文涉及数据和资料为回顾性资料，同意免除知情同意。
1.2 仪器和试剂
志贺菌、沙门菌诊断血清购于宁波天润生物制品有限公司，全自动细菌鉴定仪（VITEK2 compact）及生化鉴定、药敏卡购于法国生物梅里埃公司。
1.3 方法
按照《全国临床检验操作规程》（第4版）[4]及《临床微生物检验标准化操作》（第3版）[5]。挑取新鲜粪便的黏液或脓血部分划线接种于 SS 和麦康凯琼脂平板上，35 ℃恒温培养 18～24 h，挑取平板上单个可疑菌落依次完成血清凝集试验（玻片法）和生化药敏鉴定（VITEK2 compact GN，GN14卡）。药敏结果判读参考美国NCCL SM-100第30版，血清凝集分型试验根据宁波天润生物制品公司产品说明书确定菌株的血清型。
1.4 质量控制
GN 和GN14卡每周用标准菌株 ATCC25922大肠埃希菌和ATCC700323霍氏肠杆菌，进行室内质控，标准菌株为梅里埃公司赠送。
1.5 统计学处理
采用WHONET 5.6软件完成菌种和药敏统计分析。采用SPSS 22.0 软件进行统计学分析，计数资料用率（%）表示，采用χ2 检验，P < 0.05 为差异具有统计学意义。
2. 结果
2.1 沙门菌和志贺菌 检出情况及流行病学特点
在腹泻患儿粪便标本中分离出75株志贺菌和151株沙门菌（同一患者同一种细菌重复者剔除），年龄从 0 月龄至 14岁。感染的病原菌以 3～5 岁组居多，其次是 6～14 岁组，但沙门菌以0～2 岁组居多（表 1）。
表 1 2017年～2020年各年龄组儿童细菌性腹泻病原菌的种类及数量分布Table 1. Distribution of pathogenic bacteria in children with bacterial diarrhea in different age groups in Kunming from 2017 to 2020年龄组（岁） 沙门菌属 志贺菌属 福氏 宋内 株数（n） 构成比（%） 株数（n） 构成比（%） 株数（n） 构成比（%） 0～2 110 72.8 7 21.2 8 19.1 3～5 28 18.5 14 42.4 20 47.6 6-14 13 8.6 12 36.4 14 33.3 合计 151 100 33 100.0 42 100.0 病原菌主要分布在4～10月，聚集分布在5～9月为腹泻感染高峰（图1）。
图 1 2017年～2020年儿童细菌性腹泻病原菌各月份分布Figure 1. Distribution of pathogenic bacteria in children with bacterial diarrhea in Kunming from 2017 to 20202017年1月至2020年12月分离出志贺菌和沙门菌共226株，其中志贺菌属75株，占33.2%（福氏志贺菌33株、宋内志贺菌42）株），未检出痢疾志贺菌和鲍氏志贺菌，志贺菌属各年度感染数量有波动;沙门菌属 151株，占66.8%，其中以鼠伤寒沙门菌为主（106株），呈逐年上升趋势（表2）。
表 2 2017年～2020年儿童细菌性腹泻病原菌的种类及数量分布[n（%）]Table 2. Types and quantity distribution of pathogens causing bacterial diarrhea in children in Kunming from 2017 to 2020 [n（%）]年份 沙门菌属 志贺菌属 总计 鼠伤寒 伤寒 乙型副伤寒 新港 纽波特 总计 福氏 宋内 总计 2017 14（9.27） 1（0.66） 0（0.00） 0（0.00） 0（0.00） 15（9.93） 14（18.67） 1（1.33） 15（9.93） 30（100.00） 2018 25（16.56） 14（9.27） 2（1.32） 0（0.00） 0（0.00） 44（29.14） 18（24.00） 2（2.67） 20（13.25） 64（100.00） 2019 33（21.85） 10（6.62） 1（0.66） 0（0.00） 1（0.66） 45（29.80） 0（0.00） 38（50.67） 38（25.17） 83（100.00） 2020 44（29.14） 0（0.00） 0（0.00） 1（0.66） 2（1.32） 47（31.13） 1（1.33） 1（1.33） 2（01.32） 49（100.00） 合计 106（70.20） 25（16.56） 3（1.99） 1（0.66） 3（1.99） 151（100.00） 33（44.00） 42（56.00） 75（49.67） 226（100.00） 2.2 沙门菌和志贺菌的药敏情况
沙门菌属对阿莫西林/克拉维酸有很好的敏感性，而对头孢曲松、头孢他啶、头孢吡肟、氨曲南、环丙沙星、复方新诺明敏感性较低。未发现亚胺培南耐药（表3）。
表 3 2017年～2020年儿童细菌性腹泻沙门氏菌属和志贺氏菌属对主要抗生素的药敏情况[n（%）]Table 3. Antimicrobial susceptibility of Salmonella andShigella isolated from children with bacterial diarrhea in Kunmingfrom 2017 to 2020 [n（%）]抗生素 沙门氏菌属 志贺菌属 敏感 中介 耐药 敏感 中介 耐药 氨苄西林 19（12.80） 0（0.00） 129（87.20） 0（0.00） 0（0.00） 75（100.00） 阿莫西林/克拉维酸 117（82.00） 28（16.00） 2（1.30） 57（75.40） 16（20.70） 3（03.90） 哌拉西林 19（12.80） 38（25.60） 91（61.40） 4（05.90） 45（60.30） 25（33.80） 头孢曲松 88（59.40） 0（0.00） 60（40.60） 6（07.50） 0（00.00） 69（92.50） 头孢他啶 96（65.00） 0（0.00） 51（35.00） 68（90.50） 1（01.80） 6（07.70） 头孢吡肟 91（61.40） 14（9.40） 34（29.20） 57（75.40） 3（3.70） 16（20.90） 氨曲南 90（59.00） 0（0.00） 57（41.00） 59（79.20） 3（3.70） 13（17.10） 复方新诺明 95（64.70） 0（0.00） 50（35.30） 8（11.30） 0（0.00） 67（88.70） 亚胺培南 151（100.00） 0（0.00） 0（0.00） 75（100.00） 0（0.00） 0（0.00） 环丙沙星 109（72.40） 6（4.00） 36（23.60） 53（70.90） 8（10.00） 14（19.10） 左氧氟沙星 111（74.00） 8（5.60） 32（20.40） 61（81.00） 11（15.00） 3（4.00） 福氏志贺菌较宋内志贺菌耐药，如阿莫西林/克拉维酸、哌拉西林、头孢曲松、头孢他啶、头孢吡肟、氨曲南、复方新诺明且有统计学意义（P < 0.05）。宋内志贺菌和福氏志贺菌均对左氧氟沙星有较高的敏感性，且均对氨苄西林敏感率为0。宋内志贺菌和福氏志贺菌均未发现亚胺培南耐药情况（ 表4）。
表 4 2017年～2020年儿童细菌性腹泻福氏志贺菌和宋内志贺菌对主要抗生素的药敏情况[n（%）]Table 4. Drug sensitivity of flexneria and sonneiella to main antibiotics in children with bacterial diarrhea in Kunming area from 2017 to 2020 [n（%）]抗生素 福氏志贺菌 宋内志贺 χ2 P 敏感 中介 耐药 敏感 中介 耐药 氨苄西林 0（0.00） 0（0.00） 33（100.00） 0（0.00） 0（0.00） 42（100.00） − 1.000 阿莫西林/克拉维酸 3（10.00） 23（70.00） 7（20.00） 39（92.80） 0（0.00） 3（7.20） 52.630 0.001* 哌拉西林 7（20.00） 7（20.00） 20（60.00） 1（2.30） 29（69.00） 12（28.70） 6.614 0.010* 头孢曲松 10（30.00） 0（0.00） 23（70.00） 1（2.30） 0（0.00） 41（97.70） 11.510 0.007* 头孢他啶 20（60.00） 3（10.00） 10（30.00） 41（97.60） 0（0.00） 1（2.40） 16.680 0.001* 头孢吡肟 13（40.00） 7（20.00） 13（40.00） 35（83.80） 3（7.10） 4（9.10） 15.490 0.001* 氨曲南 13（40.00） 0（0.00） 20（60.00） 37（88.00） 2（4.70） 3（7.30） 19.720 0.001* 复方新诺明 20（60.00） 0（0.00） 13（40.00） 0（0.00） 0（0.00） 42（100.00） 34.710 0.001* 亚胺培南 33（100.00） 0（0.00） 0（0.00） 42（100.00） 0（0.00） 0（0.00） − 1.000 环丙沙星 25（75.00） 0（0.00） 8（25.00） 29（69.00） 4（10.00） 9（21.00） 0.413 0.521 左氧氟沙星 26（80.00） 0（0.00） 7（20.00） 34（82.00） 6（15.00） 1（3.00） 0.204 0.651 *P < 0.05。 3. 讨论
感染性腹泻在全世界及我国传染病中位居前列[6]，是严重影响儿童健康的疾病。本文结果显示儿童沙门菌感染的易感人群为0～2岁，占72.8%（110/151），以鼠伤寒沙门菌为主。这可能因为2岁以下婴幼儿免疫系统发育尚不健全，并且肠道功能发育不成熟，肠道中胃酸及消化酶活力较低，该年龄段以蛋、奶制品等为主食，蛋、奶制易被鼠伤寒沙门菌污染，这也可能是导致感染的原因。另外有学者发现，由案板和刀具清洁不当、处理生食后的手部清洁不当引起的交叉感染，成为导致鼠伤寒沙门菌传播的主要因素[7]。本文连续的监测数据显示昆明地区2017、2018年以福氏志贺菌为主，2019年以宋内志贺菌为主，志贺菌感染存在不确定性，有散在或暴发流行的可能。笔者的研究发现沙门菌属感染总体比志贺菌属多，且呈逐年上升趋势。本文研究显示感染的病原菌主要分布在4～10 月，5～9月为腹泻发病高峰，这可能与昆明地区5～9月气温较高有关。
沙门菌属和志贺菌属对抗菌药物的耐药率有差异。沙门菌属耐药率普遍比志贺菌属高，与文献报道不一致[8]。151株沙门菌敏感率较高的药物依次为阿莫西林/克拉维酸（82%）、左氧氟沙星（74%）、头孢他啶（65%）、复方新诺明（64.7%）、头孢吡肟（61.4%）头孢曲松（59.4%）。对临床常用的头孢他啶、头孢吡肟的敏感率只有65%、61.4%。与文献报道一致[9-11]，本文研究结果显示对于沙门菌感染，三、四代头孢抗生素不宜作为首选药物，而阿莫西林/克拉维酸可作为临床首选药。
宋内菌药敏结果显示对头孢他啶、阿莫西林/克拉维酸、氨曲南、头孢吡肟的敏感率分别为97.6%、92.8%、88%、83.8%。宋内菌感染可选头孢他啶、阿莫西林/克拉维酸、氨曲南作为临床首选药物。福氏菌药敏结果显示头孢他啶、头孢吡肟敏感率为60%和40%。上述结果提示头孢他啶和头孢吡肟不宜作为福氏菌感染的首选药物；虽然环丙沙星、左氧氟沙星敏感率相对较高，但是儿童骨骼生长可受到氟喹诺酮类药物影响而限制运用，但也有研究发现环丙沙星能治疗儿童急性腹泻也未出现软骨异常[12]。因此在没有其他有效药物或由多重耐药菌株引起严重的细菌性腹泻时，是否可以考虑应用。本研究发现福氏志贺菌较宋内志贺菌耐药，与文献报道一致[13]，推测福氏菌的高耐药率与其可能携带Ⅰ类整合子有关。笔者等人前期研究结果表明儿童产 ESBLs 志贺菌中Ⅰ类整合子携带率（91.7%），而且携带Ⅰ类整合子的志贺菌同产ESBLs 菌株之间存在密切相关性，即Ⅰ类整合子阳性志贺菌中多数产 ESBLs[14]。
由于沙门菌属和志贺菌属均具有获得和传播质粒、整合子等可移动的外源性基因的能力，从而容易引起获得性耐药的产生，导致临床目前主要使用的三、四代头孢菌素耐药率较高，给临床经验用药带来了一定挑战 [15]。因此对沙门菌属和志贺菌属菌型分布和耐药测定，将对指导临床合理用药和控制儿童腹泻的发生以及减少细菌耐药起到积极作用。
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图 1 福氏志贺氏菌PFGE聚类和药敏结果分析
注：黑色方块代表耐药； 黑灰色方块代表中介； 灰色方块代表敏感。
Figure 1. Analysis of PFGE bands cluster and drug susceptibility of Shigella flexneri
图 2 宋内志贺氏菌PFGE聚类和药敏结果分析
注：黑色方块代表耐药; 黑灰色方块代表中介; 灰色方块代表敏感。
Figure 2. Analysis of PFGE bands cluster and drug susceptibility of Shigella sonnei
表 1 云南省2016—2022年志贺氏菌血清型分布情况（n）
Table 1. Serum typing of Shigella in Yunnan province from 2016 to 2022 （n）
年份 福氏志贺氏菌血清型 福氏志贺菌合计 宋内志贺氏菌血清型 宋内志贺菌合计 总合计 1a 2a 2b 4a 4c 5b 6型 Y变种 Ⅰ相 Ⅱ相 2016年 0 8 0 1 0 0 0 0 9 2 7 9 18 2017年 0 10 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 10 2018年 1 4 0 0 1 1 2 1 10 1 7 8 18 2019年 0 6 1 0 0 0 1 0 8 11 12 23 31 2020年 2 7 0 0 0 0 0 0 9 1 1 2 11 2021年 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2022年 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 合计 3 36 1 1 1 1 3 1 47 15 27 42 89 
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表 2 2016—2022年89株志贺氏菌对14种抗生素的药敏试验结果[n（%）]
Table 2. Tab. 2 Results of drug susceptibility test of 89 Shigella strains to 14 antibiotics from 2016 to 2022[n（%）]
抗生素 耐药率 χ2 P 47株福氏志贺菌 42株宋内志贺菌 合计 β内酰胺类 氨苄西林（AMP） 53.19（25/47） 73.81（31/42） 62.92（56/89） 4.041 0.044* 头孢唑啉（CFZ） 42.55（20/47） 69.05（29/42） 55.06（49/89） 6.292 0.012* 头孢噻肟（CTX） 21.28（10/47） 66.67（28/42） 42.70（38/89） 18.677 <0.001* 头孢他啶（CAZ） 8.51（4/47） 0.00（0/42） 4.49（4/89） − 0.073 阿奇霉素（AZM） 8.51（4/47） 69.05（29/42） 37.08（33/89） 34.840 <0.001* 亚胺培南（IMP） 0.00（0/47） 0.00（0/42） 0.00 （0/89） − − 氨苄西林/舒巴坦（AMS） 78.72（37/47） 59.52（25/42） 69.66（62/89） 3.869 0.049* 头霉素类 头孢西丁（CFX） 2.13（1/47） 0.00（0/42） 1.12（1/89） − 0.528 氨基糖苷类 庆大霉素（GEN） 8.51（4/47） 66.67（28/42） 35.96（32/89） 32.576 <0.001* 氟/喹诺酮类 环丙沙星（CIP） 38.30（18/47） 2.38（1/42） 21.35（19/89） 17.041 <0.001* 萘啶酸（NAL） 55.32（26/47） 78.57（33/42） 66.29（59/89） 5.367 0.021* 四环素类 四环素（TET） 61.70（29/47） 71.43（30/42） 66.29（59/89） 0.939 0.333 氯霉素类 氯霉素（CHL） 80.85（38/47） 2.38（1/42） 43.82（39/89） 55.477 <0.001* 磺胺类 甲氧苄啶/磺胺甲恶唑（SXT） 78.72（37/47） 76.19（32/42） 77.53（69/89） 0.082 0.775 *P < 0.05。
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表 3 云南志贺氏菌对14种抗生素的多重耐药构成情况
Table 3. Multiple drug-resistance constitution of Shigella strains to 14 antibiotics
多重耐药 福氏志贺氏菌多重耐药情况 宋内志贺氏菌多重耐药情况 志贺氏菌多重耐药情况 耐药菌株数 构成比（%） 耐药菌株数 构成比（%） 耐药菌株数 构成比（%） 耐3类 5 10.64 2 4.76 7 7.87 耐4类 7 14.89 1 2.38 8 8.99 耐5类 1 2.13 0 0.00 1 1.12 耐6类 2 4.26 3 7.14 5 5.62 耐7类 9 19.15 1 2.38 10 11.24 耐8类 7 14.89 12 28.57 19 21.35 耐9类 4 8.51 14 33.33 18 20.22 耐10类 2 4.26 0 0.00 2 2.25 合计 37 78.72 33 78.57 70 78.65
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表 4 89株志贺氏菌的多重耐药谱
Table 4. Multiple drug-resistance profiles of 89 Shigella strains
耐药
种类福氏志贺氏菌主要耐药谱 构成
比（%）宋内志贺氏菌主要耐药谱 构成
比（%）（菌株数） （菌株数） 7 CIP+SXT+CHL+NAL+TET+AMP+AMS（4） 8.51 CIP+NAL+CTX+TET+AMP+CFZ+SXT（1） 2.38 SXT+CHL+NAL+TET+AMP+AMS+CFZ（4） 8.51 SXT+CHL+GEN+TET+AMP+AMS+CFZ（1） 2.13 8 CIP+CHL+NAL+TET+CFX+AMP+AMS+CFZ（1） 2.13 NAL+GEN+TET+CTX+AZM+AMP+CFZ+SXT（8） 19.05 CIP+SXT+CHL+NAL+TET+CTX+AMP+AMS（1） 2.13 NAL+GEN+TET+CTX+AMP+AMS+CFZ+SXT（1） 2.38 SXT+CHL+NAL+TET+CTX+AMP+AMS+CFZ（3） 6.38 NAL+GEN+CTX+AZM+AMP+AMS+CFZ+SXT（3） 7.14 CIP+SXT+CHL+NAL+TET+AMP+AMS+CFZ（1） 2.13 SXT+CHL+NAL+TET+GEN+AZM+AMP+AMS（1） 2.13 9 SXT+CHL+NAL+TET+CTX+AMP+AMS+CAZ+CFZ（1） 2.13 CHL+NAL+GEN+TET+CTX+AMP+AMS+CFZ+SXT（1） 2.38 CIP+SXT+CHL+NAL+TET+CTX+AMP+AMS+CFZ（1） 2.13 NAL+GEN+TET+CTX+AZM+AMP+AMS+CFZ+SXT（13） 30.95 CIP+SXT+CHL+NAL+TET+AZM+AMP+AMS+CFZ（1） 2.13 SXT+NAL+GEN+TET+CTX+AZM+AMP+AMS+CFZ（1） 2.13 10 CIP+SXT+CHL+NAL+TET+CTX+AMP+AMS+CAZ+CFZ（1） 2.13 无 0.00
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