肺炎克雷伯菌對碳青霉烯類抗菌藥物的主要耐藥機(jī)制及治療策略

曹慧軍，趙德軍

(1 貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院臨床檢驗(yàn)中心；貴陽 550004；2 清鎮(zhèn)市第一人民醫(yī)院檢驗(yàn)科；清鎮(zhèn) 551400)

肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae，Kpn)是臨床最常見的條件致病菌之一，可定植于人體腸道和呼吸道等部位，是引起呼吸道系統(tǒng)、泌尿道系統(tǒng)和血流系統(tǒng)感染的重要病原菌[1-2]。隨著Kpn的耐藥日益嚴(yán)重，對其耐藥特點(diǎn)和耐藥機(jī)制進(jìn)行系統(tǒng)的研究，有助于抗菌藥物的合理使用以及新的抗菌藥物的開發(fā)。另外，對耐藥機(jī)制的深入研究，對于不斷研制新的檢測手段也顯得很重要[3]。碳青霉烯類藥物是臨床醫(yī)生用于治療Kpn感染的重要藥物。然而，近年來CR-Kp在臨床的分離率逐年升高，CR-Kp感染治療難度大，可選擇的抗菌藥物有限，增加了患者的醫(yī)療費(fèi)用，同時(shí)增加了患者的死亡率[4-9]，如何治療CR-Kp感染是人類面臨的巨大挑戰(zhàn)。CR-Kp的耐藥機(jī)制較為復(fù)雜，一般由多個(gè)因素共同參與?，F(xiàn)有的研究資料表明，CR-Kp主要的耐藥機(jī)制可能包括：(1)產(chǎn)生各種類型碳青霉烯酶；(2)細(xì)胞膜孔道蛋白出現(xiàn)缺失或者數(shù)量不足；(3)細(xì)菌外排泵系統(tǒng)過度表達(dá)；(4)持留菌的形成；(5)生物膜的形成等。隨著研究的不斷深入，近年來有一些新藥和新的治療方案出現(xiàn)，給CR-Kp感染患者帶來了希望。本文從碳青霉烯酶的產(chǎn)生和孔道蛋白缺失或者數(shù)量不足兩個(gè)方面對CR-Kp的耐藥機(jī)制以及治療進(jìn)展做一綜述。

1 CR-Kp耐藥機(jī)制

1.1 產(chǎn)生碳青霉烯酶

碳青霉烯類抗菌藥物是治療Kpn感染的重要有力武器。CR-Kp可通過產(chǎn)生各種可能作用于碳青霉烯藥物的酶，從而分解該類抗菌藥物從而產(chǎn)生耐藥。根據(jù)mbler分類法，β-內(nèi)酰胺酶主要分為4類(包括A、B、C、D)，其中包含碳青霉烯酶的有A、B和D類。

1.1.1 A類碳青霉烯酶

A類碳青霉烯酶因含有絲氨酸殘基，又稱為絲氨酸酶。A類碳青霉烯酶種類較多，其中以Kpn碳青霉烯酶(Klebsiella pneumoniaeCarbapenemase，KPC)最常見。KPC于上世紀(jì)90年代首次報(bào)道，目前已陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了20多個(gè)類型。KPC水解能力強(qiáng)，可以水解所有的β-內(nèi)酰胺類(臨床常用的青霉素類、頭孢菌素類以及碳青霉烯類等)抗菌藥物[10-11]。KPC可存在于多種革蘭陰性桿菌，其中以Kpn最多見，目前已在115種ST(strain type)分型中存在，以ST258和ST11最常見。雖然KPC只能引起Kpn對碳青霉烯類抗菌藥物低水平耐藥，但值得注意的是，有研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生KPC的Kpn可存在異質(zhì)性耐藥，在抗菌藥物選擇性壓力下，可快速誘導(dǎo)高水平碳青霉烯耐藥性，其高水平耐藥與抗菌藥物篩選出OmpK36缺乏的菌株后協(xié)同KPC有關(guān)[12]。另外，有研究報(bào)道KPC可與其他耐藥基因共同存在同一株細(xì)菌而產(chǎn)生高水平耐藥，所以檢測KPC陽性Kpn不一定就代表低水平碳青霉烯耐藥性，需結(jié)合檢測菌株的遺傳背景[13-15]。

1.1.2 B類碳青霉烯酶

B類碳青霉烯酶又名金屬β-內(nèi)酰胺酶。B類碳青霉烯酶能夠水解多種帶有β-內(nèi)酰胺環(huán)的抗菌藥物。IMP(Imipenemase)、VIM(Verona integron-encoded metallo-β-lactamase)和NDM-1(New Delhi metallo-βlactamase 1)在Kpn中較常檢出，其中以IMP最先被發(fā)現(xiàn)，目前已發(fā)現(xiàn)30多種類型的IMP酶，IMP在我國部分醫(yī)院是引起CR-Kp最常見的因素，在美國也有一定程度的流行[16]。IMP對不同碳青霉烯類抗菌藥物水解活性有所不同，對除亞胺培南外的碳青霉烯類抗菌藥物水解能力弱。VIM對各類碳青霉烯類抗菌藥物均有較強(qiáng)的水解活性，所以產(chǎn)生VIM酶的Kpn對碳青霉烯類抗菌藥物耐藥性較高。NDM-1于2008年首次在印度發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)也有分離出NDM-1型金屬酶Kpn的報(bào)道。值得注意的是，NDM-1酶是部分醫(yī)院兒童患者CR-Kp出現(xiàn)最常見的因素，所以應(yīng)警惕其在兒童中的爆發(fā)流行[17-18]。產(chǎn)NDM-1菌株可對碳青霉烯類抗菌藥物產(chǎn)生較高耐藥性，同樣的，NDM-1可與其他耐藥基因協(xié)同而產(chǎn)生廣泛耐藥，給臨床治療帶來巨大挑戰(zhàn)[19-21]。

1.1.3 D類碳青霉烯酶

D類碳青霉烯酶，又稱為苯唑西林(OXA)酶。D類碳青霉烯酶可水解的酶類有限，對頭孢菌素、氨曲南等抗菌藥物無水解活性，但不被克拉維酸及三唑巴坦等酶抑制劑所抑制。對亞胺培南的親和力相對較高，水解效能較低，故對碳青霉烯類抗菌藥物的耐藥水平較低。D類碳青霉烯酶種類繁多，已有＞200多種被報(bào)道，在Kpn中以O(shè)XA48最為常見[22-23]。攜帶OXA酶的Kpn對碳青霉烯類抗菌藥物耐藥水平與拷貝數(shù)、攜帶OXA類型數(shù)量以及是否協(xié)同其他耐藥基因有關(guān)[24-25]，雖然該類酶底物譜窄，對碳青霉烯類抗菌藥物水解活性不強(qiáng)，然而，已有很多研究發(fā)現(xiàn)該類酶可協(xié)同其他酶而引起廣泛耐藥。最近有研究發(fā)現(xiàn)OXA-48和MCR-1可同時(shí)存在于同一菌株，從而對碳青霉烯和多黏菌素均產(chǎn)生耐藥性[26]。產(chǎn)生該類型酶的Kpn也可引起爆發(fā)性流行，所以應(yīng)該引起重視[27]。

以上三種類型的酶均可水解碳青霉烯類抗菌藥物，但水解能力、產(chǎn)生的耐藥程度、有效抗菌藥物有所不同，臨床分離株可產(chǎn)生兩種及以上酶型的菌株[28]。不同地區(qū)CR-Kp產(chǎn)生碳青霉烯酶類型可能不同，我國大部分地區(qū)以A類酶為主，但也有醫(yī)院報(bào)道以B類酶為主，所以對本醫(yī)院CR-Kp產(chǎn)生碳青霉烯酶的類型進(jìn)行流行病學(xué)調(diào)查是必要的[29-32]。另外，不同人群分離出CR-Kp碳青霉烯酶的流行病學(xué)可能不同，如不同年齡段、不同科室、不同基礎(chǔ)疾病的患者、不同分離部位等，其分離出來CR-Kp的酶型別各有不同，所以對本地區(qū)不同年齡段患者、不同科室患者、不同基礎(chǔ)疾病患者和不同標(biāo)本類型進(jìn)行流行病學(xué)調(diào)查很重要[33-38]。

1.2 細(xì)胞膜孔道蛋白的缺乏或者數(shù)量不足

孔道蛋白是革蘭陰性菌細(xì)胞外膜上存在的非特異孔道，抗菌藥物只有在通過該蛋白才能發(fā)揮抗菌作用。所以當(dāng)孔道蛋白缺失或者數(shù)量不足時(shí)，會(huì)使抗菌藥物無法進(jìn)入菌體，或使進(jìn)入菌體的抗菌藥物大量減少，從而影響抗菌藥物的抗菌作用，可表現(xiàn)為抗菌藥物對細(xì)菌的最低抑菌濃度升高，甚至出現(xiàn)耐藥性。此類機(jī)制引起的耐藥性會(huì)影響多類抗菌藥物，然而單一此類機(jī)制一般不形成高水平耐藥[39-40]。孔道蛋白的數(shù)量較多，與CR-Kp耐藥性相關(guān)的孔道蛋白主要有OmpK35、OmpK36、OmpK37，有研究報(bào)道OmpK26也可造成Kpn對碳青霉烯類抗菌藥物出現(xiàn)耐藥[41]?？椎赖鞍兹笔б鸬腃R-Kp多與其他耐藥機(jī)制共同發(fā)揮作用，OmpK36缺失同時(shí)產(chǎn)DHA-1 β-內(nèi)酰胺酶與Kpn對碳青霉烯類抗菌藥物耐藥相關(guān)[42]?？椎赖鞍譕mpK35和OmpK36缺失可能與產(chǎn)生NDM-1的Kpn在非洲某國的爆發(fā)有一定關(guān)系[43]?？椎赖鞍兹笔Э膳c產(chǎn)KPC酶、OXA-48酶和OXA-663酶等具有一定協(xié)同作用，可提高菌株對碳青霉烯類抗菌藥物的耐藥水平[44-48]?？梢娍椎赖鞍兹笔г贑R-Kp中的耐藥機(jī)制不容忽視。

2 治療策略

CR-Kp感染治療藥物有限，根據(jù)國內(nèi)外研究報(bào)道主要包括氨基糖苷類抗菌藥物、甲氧芐啶/磺胺甲噁唑、頭孢地爾(Cefiderocol)、替加環(huán)素、頭孢他啶/阿維巴坦、磷霉素、黏菌素、高劑量碳青霉烯類和多種抗菌藥物聯(lián)合治療等。

2.1 氨基糖苷類抗菌藥物

氨基糖苷類抗菌藥物是治療CR-Kp血流感染的一種選擇，研究報(bào)道當(dāng)致病菌株對氨基糖苷類抗菌藥物體外藥敏實(shí)驗(yàn)為敏感時(shí)，可達(dá)到70%的生存率。然而，據(jù)我國CHINET監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，CR-Kp對氨基糖苷類抗菌藥物耐藥率基本＞70%，所以氨基糖胺類抗菌藥物只有在藥敏實(shí)驗(yàn)確定為敏感的情況下才能使用[49]。

2.2 甲氧芐啶/磺胺甲惡唑

甲氧芐啶/磺胺甲惡唑可用于對其敏感的CR-Kp所致輕癥感染，尤其是尿路感染，但該抗菌藥物使用后可產(chǎn)生耐藥性，需謹(jǐn)慎使用[50]。

2.3 頭孢地爾(Cefiderocol)

頭孢地爾是日本科學(xué)家開發(fā)的一種新的抗菌藥物，該抗菌藥物屬于鐵載體頭孢菌素，可與三價(jià)鐵結(jié)合，通過細(xì)菌轉(zhuǎn)鐵蛋白，隨著細(xì)胞膜外膜被主動(dòng)運(yùn)輸至細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用。頭孢地爾對各類β-內(nèi)酰胺酶包括碳青霉烯酶具有穩(wěn)定性，臨床試驗(yàn)顯示頭孢地爾對CR-Kp具有較好殺菌活性[51]。

2.4 替加環(huán)素

據(jù)學(xué)者報(bào)道，替加環(huán)素治療兒童肝移植后碳青霉烯耐藥的革蘭陰性桿菌感染具有較好效果，生存率為84.6%，但該研究選擇的病例較少，還需更多的臨床試驗(yàn)對結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證[52]。有研究報(bào)道，替加環(huán)素用于治療CR-Kp導(dǎo)致的肺炎和化膿性胸膜炎有一定療效。目前，美國FDA批準(zhǔn)其主要用于成人社區(qū)獲得性肺炎、皮膚感染和軟組織感染的治療。替加環(huán)素治療CR-Kp感染可能造成耐藥菌株的產(chǎn)生，另有研究顯示單用替加環(huán)素治療CR-Kp導(dǎo)致的血流感染可能會(huì)引起死亡率的增加，如果聯(lián)合使用利福平、頭孢他啶則可降低死亡率的發(fā)生[53-57]。

2.5 頭孢他啶/阿維巴坦

頭孢他啶/阿維巴坦是一種新上市的復(fù)合制劑抗菌藥物(頭孢菌素+新型β-內(nèi)酰胺酶抑制劑)。美國FDA2015年批準(zhǔn)頭孢他啶/阿維巴坦上市，主要用于成人復(fù)雜性泌尿系統(tǒng)感染和復(fù)雜性腹腔感染的治療。頭孢他啶/阿維巴坦于2019年通過我國國家藥品監(jiān)督管理局，已有大量研究表明頭孢他啶/阿維巴坦對治療CR-Kp引起的感染有很好的療效。阿維巴坦可抑制各種β-內(nèi)酰胺酶，包括碳青霉烯酶A類、C類和部分D類酶，但對B類酶無抑制活性[58]。由于我國CR-Kp主要以產(chǎn)A類酶多見，所以頭孢他啶/阿維巴坦應(yīng)該有較好的應(yīng)用前景。體外藥敏試驗(yàn)顯示，產(chǎn)KPC或OXA-48碳青霉烯酶的CRE(耐碳青霉烯腸桿菌)對頭孢他啶/阿維巴坦的敏感率達(dá)到了98%，對產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(Extended-spectrum β-lactamases，ESBLs)和產(chǎn)AmpC β-內(nèi)酰胺酶的菌株同樣有較好的抑制活性[59]。有大量臨床研究表明，頭孢他啶/阿維巴坦對治療CR-Kp引起的復(fù)雜泌尿系統(tǒng)感染和腹腔感染有很好的效果，但是否對血流感染和肺部感染等有效還需進(jìn)行臨床實(shí)驗(yàn)。

2.6 磷霉素

磷霉素是一種通過抑制細(xì)菌早期細(xì)胞壁生成途徑而發(fā)揮抗菌活性的藥物[60]。磷霉素對革蘭陽性菌和革蘭陰性菌均有抗菌活性，有研究顯示磷霉素對CR-Kp的敏感率在39.2%～100%，存在一定的地域差別[61]。我國CHINET監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示CR-Kp對磷霉素的耐藥率在50%左右。值得注意的是，磷霉素對產(chǎn)B型金屬酶的CRE同樣具有94%的敏感率[62]。然后有關(guān)磷霉素治療CR-Kp感染的臨床研究尚少，另外，目前磷霉素只有口服制劑，能否在感染部位達(dá)到有效藥物濃度也缺乏相關(guān)研究[63]。

2.7 黏菌素

黏菌素對CR-Kp的敏感性較高，但其毒性大，存在異質(zhì)性耐藥，單獨(dú)使用可造成45%的復(fù)發(fā)率，同時(shí)可引起多黏菌素耐藥[67]。所以黏菌素一般與其他抗生素聯(lián)合使用，如有研究發(fā)現(xiàn)黏菌素與高劑量碳青霉烯聯(lián)合可提高Kpn感染治愈率[68]。

2.8 增大碳青霉烯抗菌藥物劑量

增大碳青霉烯抗菌藥物劑量也是治療CR-Kp感染的一種方法，有很多研究發(fā)現(xiàn)加大碳青霉烯抗菌藥物劑量可以提高CR-Kp感染患者的生存率，然而也存在失敗案例，所以在加大劑量前，判斷感染菌株是否可以使用是值得研究的問題。體外實(shí)驗(yàn)顯示，高劑量碳青霉烯抗菌藥物可以增加對CR-Kp的殺傷活性[64]。有研究顯示，高劑量碳青霉烯抗菌藥物比標(biāo)準(zhǔn)劑量死亡率顯著降低(47.9% VS 29.2%，P= 0.04)[65]。臨床研究發(fā)現(xiàn)相對于不使用高劑量碳青霉烯類抗菌藥物，高劑量碳青霉烯抗菌藥物聯(lián)合其他抗菌藥物能降低患者的死亡率，不管碳青霉烯抗菌藥物的MIC≥16mg/dL還是≤8mg/d[66]。

2.9 多種抗菌藥物聯(lián)合

多種抗菌藥物聯(lián)合也是治療CR-Kp的常用方法。對于CR-Kp引起的嚴(yán)重感染，有很多研究顯示聯(lián)合用藥比單一藥物使用死亡率顯著降低，但聯(lián)合用藥是否能成為標(biāo)準(zhǔn)療法還需要進(jìn)一步研究[69]。聯(lián)合用藥可產(chǎn)生毒性作用、破壞腸道菌群、引起艱難梭菌感染等副作用[70-71]。所以聯(lián)合用藥需考慮體外聯(lián)合抑菌試驗(yàn)結(jié)果、藥物間的相互作用、個(gè)體的基礎(chǔ)疾病和感染部位等因素。

3 展望

復(fù)雜的耐藥機(jī)制及耐藥背景，導(dǎo)致CR-Kp對常用抗菌藥物廣泛耐藥，臨床常常面臨無藥可選的窘境。近年來，使用免疫學(xué)方法治療CR-Kp成為一個(gè)新的方向，但目前還處于基礎(chǔ)研究階段，已經(jīng)取得了一定成果。細(xì)菌進(jìn)入人體可引起免疫反應(yīng)，一方面細(xì)菌可以逃避免疫反應(yīng)，一方面免疫反應(yīng)對細(xì)菌有一定殺傷作用，免疫學(xué)治療方法就是基于人體對細(xì)菌免疫反應(yīng)的研究。有研究報(bào)道，人體中性粒細(xì)胞可以對CR-Kp有一定殺傷作用[72]。然而，有研究顯示Kpn可逃避肺部的適應(yīng)性免疫反應(yīng)[73]。所以一方面可以設(shè)計(jì)免疫成分攻擊細(xì)菌，另一方面可以降低細(xì)菌免疫逃避的能力。有研究設(shè)計(jì)ST258型Kpn CPS2-特異IgGs可使細(xì)菌對人體血清和吞噬細(xì)胞更敏感，促進(jìn)吞噬作用[74]。下呼吸道Kpn感染動(dòng)物模型數(shù)據(jù)顯示針對ST258型Kpn CPS2-特異疫苗可以降低小鼠感染的死亡率[75]。但目前報(bào)道的特異抗體較少，也缺乏相關(guān)的臨床試驗(yàn)，后續(xù)研究可能需要開發(fā)更多針對Kpn特異的抗原設(shè)計(jì)抗體，聯(lián)合多抗體可能會(huì)取得更好的效果。通過積極地深入研究，將免疫學(xué)治療方法轉(zhuǎn)化為實(shí)際的臨床方案，對于提高CR-Kp感染患者的治愈率及醫(yī)院感染控制均具有重要意義。