抗菌素耐药性已经成为全球公共卫生面临的严重挑战。多粘菌素是一种阳离子抗菌环肽，是抵抗多耐药革兰氏阴性菌感染的最后一道防线。目前，可移动粘菌素耐药基因( mcr )所引起的粘菌素耐药问题已经呈现了全球快速扩散的态势。自2015年在中国发现首个mcr基因（mcr -1）以来，亚洲、非洲、欧洲、北美、南美和大洋洲相继报道了多个mcr基因型（mcr -1至mcr-10）。mcr -1/2和mcr -3是其中最主要的基因家族，在遗传异质性上表现出极大的复杂性，因此迫切需要进一步了解其传播来源、分子流行病学特征和耐药性动态。非移动性粘菌素耐药（NMCR）决定因子的概念已在先前的研究中提出（Ullah et al., 2021; Zhang et al., 2019），施万菌（Shewanella sp.） 中NMCR-1基因家族为MCR-4的前体基因，Kosakonia pseudosacchari中的NMCR-2基因家族为MCR-8的进化前体。本研究中，我们以一株具有强多粘菌素耐药表型的嗜水气单胞菌SHSK47为切入点，抗性基因比对发现其染色体上定位有mcr-3 like基因和mcr-7 like 基因，蛋白预测为脂质A磷酸乙醇胺转移酶（EptA），由位于c端的催化结构域和位于n端的跨膜结构域组成，两者之间由一个铰链区连接，与MCR家族蛋白的特征一致。我们将菌株SHSK47中的mcr-3 like基因和mcr-7like基因定义为NMCR-3家族成员（分别为nmcr-3.1和nmcr-3.14，见下文）。

　　相关研究表明MCR-3起源于气单胞菌染色体编码的EptA（Xu et al., 2018），本研究结合公开数据库中1062株分离自1968-2022年间气单胞菌属细菌的基因组（包含86个基因组完成图），对气单胞菌属细菌中NMCR-3基因家族进行探索。共从基因组完成图中检出177个NMCR-3家族成员（538-555 aa），可划分为14种型别（NMCR-3.1、NMCR-3.2、NMCR-3.3、…和NMCR-3.14）（图 1A），其中NMCR-3.1和NMCR-3.14是气单胞菌中的优势型别。NMCR-3.1 ~NMCR-3.14具有相似的二级和三级结构，且存在保守的氨基酸残基（图 1B,C），表明NMCR-3家族成员在蛋白质序列上具有遗传多样性，但在功能上高度保守。

                                                           图 1  非移动性粘菌素耐药决定因子3（NMCR-3）家族成员的系统发育分析和结构特征

　　进一步对NMCR-3及mcr基因家族成员进行系统发育分析。NMCR-3.1-3.6与mcr-3家族成员形成一个大的进化分支（图2 A），NMCR-3.9 ~-3.14与MCR-7.1紧密聚类，NMCR-3.8与MCR-5具有100%的序列同源性。这一证据表明NMCR-3是mcr-3、mcr-5和mcr-7的祖先基因，气单胞菌为mcr-3、mcr-5和mcr-7祖先基因的储存库。我们发现，基因组完成图中NMCR-3的遗传背景相对稳定，可作为区分基因组草图中NMCR-3和mcr基因的一种策略。通过氨基酸序列同源性比对，共检出851个MCRs/NMCRs阳性菌株，携带MCR-3的菌株其染色体均检出NMCR-3。同时，我们发现了与NMCR-3.4和NMCR-3.6同源的潜在新型mcr基因，它们可能属于与mcr-3家族密切相关的新的基因型别（图2 B,C）。

                                                                                         图 2 MCR基因家族与NMCR-3的系统发育分析

　　本研究从全球角度关注气单胞菌中NMCR-3和MCR-3的分子流行病学特征。我们发现，自2008年以来，气单胞菌携带的nmcr-3阳性率呈上升趋势，并在2017年和2019年出现两个高峰，而mcr的阳性率则呈不规则波动 （图3 A）。共检出1458个拷贝的NMCR-3及70个拷贝的MCR-3变体（图3 B）。 86个基因组完成图中MCR阳性率（3.5%，3/86）与1063个气单胞菌群落阳性率（3.3%，35/1063）一致，表明利用遗传背景识别NMCR-3和mcr-3的可靠性。我们对不同国家NMCR-3和MCR-3的检出阳性率进行比较，同时提出了一个用于评估染色体编码EptA转化为质粒携带mcr的耐药风险指数，即η值= MCR/NMCR，其中η值越高，多粘菌素耐药传播的风险越高。欧洲和北美的耐药风险η值较高（分别为0.188和0.068），南美和亚洲排名第二（η分别为0.031和0.007），非洲和大洋洲未检测到气单胞菌来源的MCR，耐药传播的风险较低（图3 C，D, E）。我们的结果提示，欧洲，特别是西欧沿海地区需要特别注意NMCR耐药风险的转变。

　　                                                               图 3 1063个气单胞菌基因组中NMCR-3变体和MCR-3成员的全球流行性分析

　　上述研究工作评估了气单胞菌对于mcr-3/NMCR-3的储存效能，基因型多样性及其全球流行情况、时空分布，为进一步评估气单胞菌在临床环境中对mcr-3的传播效率，探索气单胞菌介导的mcr-3的环境-临床传播规律奠定基础。文章以“The definition and global epidemiology of nonmobile colistin resistance (NMCR-3) determinants in Aeromonas from 1968 to 2022”为题在2023年9月发表于Drug Resistance Updates（IF=24.3）杂志。中国疾病预防控制中心传染病预防控制所于可艺博士为文章第一作者，黄振洲博士、肖悦助理研究员、白雪梅副研究员、高鹤副研究员参与了研究工作。王多春研究员为本文的责任作者。

　　参考文献：

　　1.  Yu K, Huang Z, Xiao Y, Bai X, Gao H, Wang D. The definition and global epidemiology of nonmobile colistin resistance (NMCR-3) determinants in Aeromonas from 1968 to 2022. Drug Resist Updat. 2023 Sep 7;71:101006.

　　2.  Ullah, S., Ji, K., Li, J., et al., 2021. Characterization of NMCR-2, a new non-mobile colistin resistance enzyme: implications for an MCR-8 ancestor. Environ Microbiol. 23, 844–860.

　　3. Zhang H, Wei W, Huang M, Umar Z, Feng Y. Definition of a Family of Nonmobile Colistin Resistance (NMCR-1) Determinants Suggests Aquatic Reservoirs for MCR-4. Adv Sci (Weinh). 2019 Apr 3;6(11):1900038. doi: 10.1002/advs.201900038. Erratum in: Adv Sci (Weinh). 2020 Sep 09;7(17):2002530

　　4. Xu Y, Zhong LL, Srinivas S, Sun J, Huang M, Paterson DL, Lei S, Lin J, Li X, Tang Z, Feng S, Shen C, Tian GB, Feng Y. Spread of MCR-3 Colistin Resistance in China: An Epidemiological, Genomic and Mechanistic Study. EBioMedicine. 2018 Aug;34:139-157.