β-內(nèi)酰胺類聯(lián)合氟喹諾酮類抗菌藥物治療銅綠假單胞菌感染機(jī)制研究進(jìn)展

徐 輝，何曉靜，李曉冰，菅凌燕

·綜述·

β-內(nèi)酰胺類聯(lián)合氟喹諾酮類抗菌藥物治療銅綠假單胞菌感染機(jī)制研究進(jìn)展

徐 輝，何曉靜，李曉冰，菅凌燕*

銅綠假單胞菌是一種革蘭陰性菌，是醫(yī)院感染的主要致病菌之一，具有致病力強(qiáng)、病死率高等特點(diǎn)。由于近年來抗菌藥物的廣泛使用，致使銅綠假單胞菌臨床耐藥率大幅度增長，多重耐藥銅綠假單胞菌所造成的感染已成為臨床治療的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文對β-內(nèi)酰胺類聯(lián)合氟喹諾酮類抗菌藥物治療銅綠假單胞菌感染的機(jī)制進(jìn)行綜述。

銅綠假單胞菌；多重耐藥；β-內(nèi)酰胺類；氟喹諾酮類；聯(lián)合治療

0 引言

銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa，PA)是常見的條件致病菌，易引發(fā)呼吸系統(tǒng)及泌尿系統(tǒng)感染、敗血癥等疾病，對某些常見抗菌藥物具有敏感性。近年來，由于耐藥菌株的不斷產(chǎn)生，使PA感染的治療難度不斷增加。目前，雖然國內(nèi)外對抗菌藥物聯(lián)合治療細(xì)菌感染觀點(diǎn)存在差異，但聯(lián)合用藥治療PA感染已經(jīng)成為一種重要手段[1]。根據(jù)2014年銅綠假單胞菌下呼吸道感染診治專家共識，β-內(nèi)酰胺類與氟喹諾酮類抗菌藥物聯(lián)合應(yīng)用已經(jīng)成為臨床治療PA下呼吸道感染的一種常見用藥方式[2]。本文針對近年來國內(nèi)外β-內(nèi)酰胺類與氟喹諾酮類抗菌藥物對PA耐藥機(jī)制的研究成果進(jìn)行對比綜述，對兩種藥物聯(lián)合應(yīng)用的可行性進(jìn)行分析，為臨床用藥提供借鑒。

1 流行病學(xué)調(diào)查

據(jù)2009-2013年“中國CHINET細(xì)菌耐藥性監(jiān)測”調(diào)查顯示[3-7]，在國內(nèi)不同地區(qū)教學(xué)醫(yī)院所分離出的臨床分離菌株中，PA分離率居所有革蘭陰性菌分離率的第3～4位；根據(jù)連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，PA對亞胺培南、頭孢他啶的年度耐藥率分別接近30%和20%，PA對環(huán)丙沙星、左氧氟沙星的年度耐藥率約為20%，泛耐藥PA菌株檢出率已達(dá)2.0%，抗PA治療的前景不容樂觀。有研究顯示，在國內(nèi)某醫(yī)院收集的259例醫(yī)院獲得性肺炎(Hospital-acquired pneumonia，HAP)患者的痰液標(biāo)本中，PA分離率高達(dá)22.0%，居所有分離菌株的首位，PA所造成的呼吸系統(tǒng)感染已經(jīng)成為臨床上最常見的細(xì)菌感染之一[2,8]。

2 主要耐藥機(jī)制研究進(jìn)展

2.1 產(chǎn)酶對β-內(nèi)酰胺類抗菌作用的影響 β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物主要通過抑制PA的D-丙氨酰-D-丙氨酸轉(zhuǎn)肽酶，進(jìn)而影響其細(xì)胞壁的正常合成而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。β-內(nèi)酰胺酶的產(chǎn)生是PA對β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物耐藥的最主要方式，主要包括頭孢菌素酶(Ampler class C β-lactamase，AmpC)、超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(Extend spectrum β-lactamases，ESBLs)和金屬β-內(nèi)酰胺酶(Metallo-β-lactamases，MBLs)等。

Amp C酶主要以頭孢菌素為底物，并且克拉維酸等β-內(nèi)酰胺酶抑制劑對其無抑制作用，可水解大部分抗PA β-內(nèi)酰胺類藥物。大多數(shù)PA菌株天然存在Amp C基因，通常只表達(dá)少量Amp C酶。細(xì)胞壁代謝所產(chǎn)生的N-乙酰葡糖胺-N-乙酰胞壁酰三肽(G-aMT)，可通過兩種代謝途徑被調(diào)控蛋白Amp D分解為兩種代謝產(chǎn)物N-乙酞胞壁酰三肽(aMT)和乙酰胞壁酰五肽(UDP-aMP)。1997年，Jacobs[9]在對細(xì)胞壁與耐藥關(guān)系的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物存在時，部分細(xì)菌的細(xì)胞壁代謝底物aMT將在胞內(nèi)大量積累并替代UDP-aMP，將轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子Amp R激活，從而誘導(dǎo)Amp C酶高表達(dá)，形成產(chǎn)Amp C酶的耐藥菌株。

目前，在臨床分離的各類型革蘭陰性桿菌中，國內(nèi)外學(xué)者已發(fā)現(xiàn)200余種ESBLs，在PA中已發(fā)現(xiàn)了8個群屬的ESBLs，其可通過質(zhì)粒介導(dǎo)的方式導(dǎo)致多種細(xì)菌對β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物產(chǎn)生耐藥，多見于大腸埃希菌等腸桿菌屬[10]。PA中存在的ESBLs，主要以TEM、OXA、VEB、PER、CTX-M等群屬最為常見。因抗菌藥物使用特點(diǎn)的區(qū)別，各國家和地區(qū)ESBLs類型在不同細(xì)菌中具有較大的差異。對PA產(chǎn)生的ESBLs進(jìn)行流行病學(xué)分析的結(jié)果顯示，巴西以CTX-M群屬最為常見，而在我國溫州地區(qū)的PA感染患者體液中收集到的460株P(guān)A中，54株P(guān)A攜帶TEM型ESBLs，占11.8%，CTX-M僅占總數(shù)的1.95 %[11-12]。

MBLs作為最廣譜的β-內(nèi)酰胺酶，可水解除氨曲南外所有的β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物。MBLs主要包括IMP、SIM、VIM等類型，其中在亞洲地區(qū)多以IMP型和VIM型最為常見。大多數(shù)的MBLs位于耐藥細(xì)菌的Ⅰ類整合子中，常與其他耐藥基因共存，極易發(fā)生水平傳播。2007年，王杰等[13]從我國16個城市28家醫(yī)院收集的645株P(guān)A菌株中，檢測出22株MBLs陽性PA菌株，包括1株IMP-1型，13株IMP-9型，8株VIM-2型。MBLs高水平檢出率已成為導(dǎo)致PA對β-內(nèi)酰胺類耐藥的重要因素之一。

2.2 靶位改變對氟喹諾酮類抗菌作用的影響 氟喹諾酮類抗菌藥物通過抑制細(xì)菌的DNA回旋酶和拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ，從而抑制DNA合成，產(chǎn)生殺菌作用。DNA回旋酶是由兩個gyrA亞基和兩個gyrB亞基組成的四聚體，拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ是兩個parC亞基和兩個parE亞基組成的四聚體，而其中的任意一個亞基突變都會導(dǎo)致細(xì)菌對氟喹諾酮類藥物的耐藥。

近年來，質(zhì)粒介導(dǎo)的氟喹諾酮類藥物耐藥機(jī)制(Plasmid-mediated quinolones resistance，PMQR)已逐漸成為氟喹諾酮類抗菌藥物耐藥的重要機(jī)制之一；目前的研究已發(fā)現(xiàn)多種PMQR機(jī)制，分別為qnr、aac(6′)-Ib-cr、qepA及oqxAB基因編碼，攜帶耐藥基因質(zhì)粒的菌株間傳播已經(jīng)成為喹諾酮類耐藥的重要原因之一[14]。質(zhì)粒所攜帶qnr、aac(6′)-Ib-cr等基因在一定程度上導(dǎo)致PA的MIC升高，使細(xì)菌對藥物的敏感性降低。Yang等[15-17]研究發(fā)現(xiàn)，在對氟喹諾酮類藥物高水平耐藥的菌株中，攜帶qnr基因的菌株較少，其原因可能是qnr基因可與DNA回旋酶和拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅳ最易發(fā)生突變的喹諾酮抗性決定區(qū)域(Quinolone resistance determining region，QRDR)相結(jié)合，對QRDR產(chǎn)生保護(hù)作用，使攜帶qnr的菌株選擇壓力小于不攜帶qnr的菌株。

3 β-內(nèi)酰胺類與氟喹諾酮類聯(lián)合治療銅綠假單胞菌感染可行性研究進(jìn)展

2014年銅綠假單胞菌下呼吸道感染診治專家共識指出，多個臨床研究的Meta分析結(jié)果顯示：與單獨(dú)用藥治療PA感染相比，聯(lián)合用藥組患者病死率降低10%～20%；并且，將β-內(nèi)酰胺類與氟喹諾酮類藥物聯(lián)用，可分別提高對PA的抗菌活性[2]。Zhao等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在最小抑菌濃度(Minimal inhibitory concentration，MIC)之上還存在防突變濃度(Mutant prevention concentration，MPC)，血藥濃度低于MIC時，由于無選擇壓力，耐藥突變菌株不會富集產(chǎn)生，當(dāng)血藥濃度高于MPC時，細(xì)菌需至少發(fā)生兩種耐藥突變才可正常生長，而自然狀況下細(xì)菌發(fā)生多次突變頻率非常低，耐藥菌株不會大量產(chǎn)生；MIC和MPC之間的濃度范圍稱為突變選擇窗(Mutant selection window，MSW)，當(dāng)血藥濃度位于MSW時，耐藥突變菌株將選擇性富集擴(kuò)增，導(dǎo)致細(xì)菌耐藥?？咕幬锫?lián)合使用時，由于兩類抗菌藥物的耐藥機(jī)制不同，單次突變菌群很難選擇性富集，致使MPC顯著降低、MSW縮小，能有效控制耐藥菌株的產(chǎn)生。對比美羅培南單藥治療PA感染和美羅培南分別與環(huán)丙沙星、左氧氟沙星聯(lián)合治療PA感染的藥敏結(jié)果顯示，美羅培南的突變選擇指數(shù)(Selection index，SI)由32分別降為2和4，抗菌藥物聯(lián)合使用后，美羅培南耐藥菌株出現(xiàn)頻率降低；Zhanel等[19-21]將β-內(nèi)酰胺類與氟喹諾酮類抗菌藥物聯(lián)合使用，突變選擇指數(shù)同樣有不同程度的降低。

根據(jù)對PA基因組序列分析，介導(dǎo)PA產(chǎn)生耐藥的外排泵主要包括4種RND外排系統(tǒng)，分別為MexAB-OprM、MexCD-OprJ、MexEF-OprN、MexXY-OprM，其結(jié)構(gòu)包括內(nèi)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、質(zhì)膜融合蛋白和外膜通道蛋白[22]。四種RND外排泵亞型對喹諾酮類的轉(zhuǎn)運(yùn)能力有顯著差異；不含氟的喹諾酮類抗菌藥(如哌啶酸、吡咯酸等)對MexEF-OprN最為敏感；左氧氟沙星、環(huán)丙沙星、諾氟沙星等含氟原子的喹諾酮類藥物對MexCD-OprJ和MexEF-OprN較敏感，MexAB-OprM及 MexXY-OprM次之[23-25]。原因是氟喹諾酮類藥物中具有極性大、電負(fù)性強(qiáng)的氟原子，對攜帶正電荷的MexCD-OprJ等外排泵產(chǎn)生較強(qiáng)的電荷效應(yīng)，導(dǎo)致親和力強(qiáng)。

在對β-內(nèi)酰胺類藥物的研究中，大部分青霉素類、頭孢菌素類以及碳青霉烯類(除亞胺培南)藥物均可被內(nèi)膜蛋白MexB識別；相比之下，MexD作用范圍較小，主要以羧芐青霉素、磺芐西林和頭孢他啶等藥物作為底物[24,26]。機(jī)制可能是具有賴氨酸殘基的MexD通過電荷作用對以負(fù)電荷存在的羧芐青霉素、磺芐西林等更有親和力。Sacha等[27]研究表明，MexAB-OprM過表達(dá)可明顯提高美羅培南的MIC，卻幾乎不影響PA對亞胺培南的敏感度。原因是美羅培南具有多個疏水末端與剛性側(cè)鏈，空間結(jié)構(gòu)較大，導(dǎo)致美羅培南對內(nèi)膜蛋白MexB遠(yuǎn)端連接口袋敏感性強(qiáng)；而亞胺培南具有體積小、疏水性弱等特點(diǎn)，使其對MexAB-OprM敏感性較低。通過對比上述報道，β-內(nèi)酰胺類與氟喹諾酮類藥物的主要外排系統(tǒng)具有差異，單一外排通道被激活不能同時使兩類藥物大量外排，兩類藥物聯(lián)合應(yīng)用，可防止外排通道單次突變導(dǎo)致的耐藥菌株富集擴(kuò)增。

OprD2孔道是亞胺培南進(jìn)入PA的特異性通道，Lee等[28]對OprD基因測序結(jié)果顯示，OprD基因突變主要是1 bp插入、基因缺失及核苷酸突變形成終止密碼子，可導(dǎo)致OprD2孔道缺失致使PA對亞胺培南產(chǎn)生耐藥。OprD基因突變對其他碳青霉烯類藥物影響較小，只會增加美羅培南的MIC；如出現(xiàn)對二者同時耐藥，往往合并其他耐藥機(jī)制，如AmpC酶的大量產(chǎn)生[29]。Livermore[30]同時證明，單一OprD基因突變導(dǎo)致OprD蛋白減少或缺失僅導(dǎo)致PA對亞胺培南耐藥；當(dāng)與MexCD-OprJ過度表達(dá)等氟喹諾酮耐藥機(jī)制并存時，PA才同時對喹諾酮類產(chǎn)生耐藥。

以上研究表明，氟喹諾酮類與β-內(nèi)酰胺類聯(lián)合應(yīng)用可避免單一突變導(dǎo)致的PA耐藥，同時具有更好的治療效果。值得注意的是，相對于耐藥菌株的不斷涌現(xiàn)，新型抗菌藥物的開發(fā)與研制進(jìn)度顯得緩慢。正確選擇與應(yīng)用抗菌藥，降低細(xì)菌選擇壓力，從而減少耐藥菌株的產(chǎn)生已成為今后治療細(xì)菌感染的重點(diǎn)。同時，對于單一藥物治療效果差的細(xì)菌，如多重耐藥PA等所造成的感染，不應(yīng)盲目聯(lián)合用藥，仍需以藥敏試驗(yàn)、較為成熟的科研理論所得出結(jié)果作為選擇最佳治療方案的指導(dǎo)，更好地控制耐藥菌株的產(chǎn)生及獲得更優(yōu)的治療效果。

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Research progress on the mechanism of beta lactam combined with fluoroquinolones in the treatment of infection ofPseudomonasaeruginosa

XU Hui,HE Xiao-jing,LI Xiao-bing,JIAN Ling-yan*

(Department of Pharmacy,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

Pseudomonasaeruginosaas a Gram-negative bacteria,is the main pathogenic bacteria of nosocomial infection with the characteristics of strong pathogenicity and high fatality rate.Due to the wide use of antibacterial agents in recent years,the resistance rate toPseudomonasaeruginosahas increased significantly.The infection caused by multiple drug-resistantPseudomonasaeruginosahas evolved into a hot and difficult point in clinical treatment. This paper reviews the mechanism of beta lactam combined with fluoroquinolones in the treatment of infection ofPseudomonasaeruginos.

Pseudomonasaeruginosa;Multi-drug resistance;Beta-lactams;Fluoroquinolones;Combination therapy

2017-01-16

中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院，沈陽 110004

遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2014021090)

10.14053/j.cnki.ppcr.201706027

*通信作者