血液感染大肠埃希氏菌中 O101/O162 O-抗原变体的分子流行病学与结构多样性

这项研究为何与日常健康相关

大肠埃希氏菌通常被认为是食物中毒的原因，但某些类型会侵入血液并可能危及生命，尤其是在对多种抗生素不再敏感时。本研究深入分析了其中一组表面带有相同糖衣的 E. coli。通过追踪这些菌株在全球的分布以及外层结构如何变化，研究者探讨了它们为何常表现出耐药性，以及这对未来疫苗和治疗意味着什么。

一个令人担忧的大肠埃希氏菌群体的全球传播

研究团队分析了 2011 年至 2023 年间在 30 个国家的医院中从成人菌血症患者分离得到的 7,400 多株 E. coli。研究集中于具有共同外层糖特征称为 O101/O162 O-血清群的菌株。尽管该群体仅占所有血液分离株的大约 2.6%，但它出现在世界大多数地区，且在抗生素使用率和耐药率高的国家（如阿根廷、墨西哥、中国和印度）尤为常见。令人担忧的是，近四分之三的 O101/O162 菌株对三类或更多抗生素呈耐药，氟喹诺酮类耐药率极高，甚至对最后防线的碳青霉烯类也能检测到耐药。

与高耐药性相关的谱系

通过比较全基因组测序，研究者发现大多数 O101/O162 菌株属于一个相关的 E. coli 家族，称为克隆复合体 10。在该家族中，若干序列类型占主导，其中包括已被关联到碳青霉烯耐药的高危克隆 ST167。在本研究中，几乎所有 ST167 分离株均为耐多药，且许多携带能分解碳青霉烯类抗生素的 NDM-5 酶编码基因。这些遗传图谱表明，O101/O162 表面类型已与特别擅长传播耐药性并在人类中引起侵袭性疾病的谱系结合在一起。

细致入微的细菌糖衣结构

这些 E. coli 菌株的外表面被称为 O-抗原的糖单元链覆盖，帮助它们逃避免疫系统并在血液中存活。构建这条链的指令位于称为 rfb 基因座的 DNA 区域。研究者发现几乎所有临床 O101/O162 分离株实际上携带一种称为 Onovel32 的基因座版本，而非经典的 O101 或 O162 参考形式。约 30% 的 Onovel32 基因座在编码甲基转移酶的基因上存在破损，该酶会在某些糖链末端添加一个小的化学基团。利用生化和结构学工具，包括核磁共振与质谱，团队显示携带完整甲基转移酶的菌株产生一种“混合”糖衣，含有两种相关的重复单元，并在长链的非还原端带有单个甲基作为末端帽。甲基转移酶被破坏的菌株缺少其中一种重复单元和甲基帽，其链长分布也不同。

这些差异如何影响免疫反应

为探究如此微妙的结构差异如何影响免疫，科学家将这些多糖制成实验性结合疫苗，通过将其偶联到载体蛋白上。在大鼠中，两种版本都能引发强烈的抗体反应，在体外实验中识别细菌表面糖结构。然而，在测量抗体如何促进吞噬-杀伤（opsonophagocytic assay）的试验中出现了明显差异。针对混合、甲基化多糖产生的抗体能促进两种主要 O101 变体的杀灭。相比之下，针对更简单、未甲基化变体产生的抗体则只能有效杀灭与其匹配的变体，而无法有效对抗混合型，尽管两者共享共同的糖骨架。

对疫苗设计与抗性控制的意义

通俗地说，这项工作表明大肠埃希氏菌糖衣上的微小改动，可能大幅影响我们的免疫系统或疫苗识别并清除这些细菌的能力。本研究的 O101/O162 菌株分布广泛、常为耐多药并且经常属于高风险遗传谱系。它们的表面糖链至少有两种主要版本，由单个基因的完整或破损决定，这些版本在被免疫细胞识别与清除方面存在差异。对疫苗开发者而言，这意味着选择纳入哪种糖结构可能决定疫苗是只能保护该群体的一部分，还是能覆盖大多数危险菌株。对公共卫生而言，这些发现强调同时追踪表面结构与耐药基因，有助于预测并应对新兴的大肠埃希氏菌威胁。

引用: Weerdenburg, E., de Been, M., Zomer, A. et al. Molecular epidemiology and structural diversity of O101/O162 O-antigen variants among Escherichia coli bacteremia isolates. Sci Rep 16, 14777 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45688-7

关键词: 大肠埃希氏菌, 耐多药, O-抗原, 菌血症, 疫苗开发