磷霉素在多藥耐藥腸桿菌科細菌感染治療中的研究進展

靳迺詩，何菊英，馮 偉，張 欣

0 引言

隨著近年來抗菌藥物在醫(yī)療、畜牧及漁業(yè)等領(lǐng)域的濫用，多藥耐藥的腸桿菌屬細菌比例顯著升高。根據(jù)我國2021年CHINET細菌耐藥監(jiān)測[1]的數(shù)據(jù)，肺炎克雷伯菌對亞胺培南和美羅培南的耐藥率從2005年的3.0%和2.9%升高到2019年的25.3%和26.8%；大腸埃希菌對多個抗菌藥物的耐藥率持續(xù)高于50%。同時，新型抗腸桿菌屬細菌的抗菌藥物研發(fā)進展緩慢。如何合理利用現(xiàn)有抗菌藥物治療腸桿菌屬細菌感染是目前臨床治療的一大熱點和難點[2-3]。磷霉素因其抗菌機制獨特，抗菌譜廣泛且目前耐藥率仍維持在較低水平(2021年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在大腸埃希菌上檢測到耐藥率僅為5.5%[1])，有望在多藥耐藥腸桿菌屬細菌治療上有應(yīng)用前景。磷霉素作為一種廣譜的小分子抗菌藥物，其抗菌機制是抑制細胞壁的合成，因此被廣泛用于多種革蘭陰性、陽性菌及多藥耐藥菌導(dǎo)致的感染[4]。目前，臨床上磷霉素有口服劑型(磷霉素鈣、磷霉素氨丁三醇)和注射劑型(磷霉素鈉)，可用于多藥耐藥菌所致的多種感染。

1 磷霉素簡介

磷霉素(C3H7O7P·C4H11NO3)最早于1969年發(fā)現(xiàn)于西班牙土壤放線菌的培養(yǎng)液中[5]。目前主要通過生物合成或化學(xué)合成的方法獲得磷霉素。隨后于70年代早期被批準用于單純性尿路感染的治療，迄今仍為該感染的一線治療藥物。磷霉素有極為廣泛的抗菌譜，對革蘭陽性菌和革蘭陰性菌均有極好的抗菌作用，包括葡萄球菌屬、肺炎鏈球菌屬、大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌和銅綠假單胞菌等[4,6-7]。磷霉素的耐藥率目前還維持在一個比較低的水平[2,8]。

1.1 磷霉素的抗菌機制 磷霉素依靠L-α甘油-3-磷酸轉(zhuǎn)運體(Glycerol-3-phosphate transporter，GlpT)和葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)運體(Hexose-6-phosphate antipoter，UhpT)2種膜轉(zhuǎn)運系統(tǒng)侵入細菌內(nèi)部[4]。磷霉素獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu)可以同時激活2種轉(zhuǎn)運體并促進其后續(xù)表達，以轉(zhuǎn)運更多磷霉素入胞。入胞后的磷霉素不可逆地競爭性結(jié)合丙酮酸-二磷酸尿嘧啶乙酰葡糖胺轉(zhuǎn)移酶(UDP-N-acetylglucosamine 1-carboxyvinyltransferase，MurA)，此酶參與肽聚糖生物合成的初始步驟[9-10]。鑒于肽聚糖是細胞壁的主要成分，且細胞壁是革蘭陽性菌和陰性菌必需的結(jié)構(gòu)成分，可見磷霉素具有廣泛的抗菌作用。同時，這一獨特的破壞細菌細胞壁早期合成的抗菌機制可以促進其他抗菌藥物進入細菌并發(fā)揮其抗菌作用，提示其與其他抗菌藥物聯(lián)用可能產(chǎn)生協(xié)同作用。

1.2 磷霉素的抗菌譜及抗耐藥菌活性 國內(nèi)CHINET的數(shù)據(jù)顯示，2017年和2021年大腸埃希菌對磷霉素的耐藥率從2017年的4.2%升高到了2021年的5.5%[1,11]。De Lorenzis等[8]對保加利亞、希臘、意大利、北馬其頓、西班牙和土耳其7個國家11個中心的912例尿路感染患者分離的致病菌進行耐藥檢測后，發(fā)現(xiàn)大腸埃希菌對磷霉素耐藥率低于10%，克雷伯菌、腸桿菌、沙雷氏菌對磷霉素的整體耐藥率約為23%，革蘭陽性菌對磷霉素耐藥率為19%。對于多藥耐藥的腸桿菌屬細菌，磷霉素同樣有較高的抗菌活性。Patwardhan等[12]對印度分離得到的3 947例尿路感染菌株進行藥敏檢測后，發(fā)現(xiàn)腸桿菌屬細菌對磷霉素敏感率為98.1%(2 730/2 783)，假單胞菌屬對磷霉素敏感率為97.4%(375/385)，產(chǎn)超廣譜β內(nèi)酰胺酶(Extended spectrum β lactamase，EBSL+)和產(chǎn)金屬β內(nèi)酰胺酶(Metallo-β-lactamases，MBLs)分離株對磷霉素敏感率分別為96.5%和91.9%；甲氧西林敏感的金黃色葡萄球菌(Methicillin-ausceptibleStaphylococcusaureus，MSSA)分離株對磷霉素的敏感率為88.4%(61/69)。Bielen等[13]對在克羅地亞分離得到的288株多藥耐藥菌株進行體外實驗后，發(fā)現(xiàn)磷霉素的整體敏感率為82.6%，產(chǎn)ESBL的大腸埃希菌和產(chǎn)ESBL的肺炎克雷伯菌對磷霉素敏感率分別為97%和80%，多藥耐藥腸桿菌科分離株對磷霉素敏感率為85.7%。Flamm等[14]對美國臨床分離得到的菌株進行檢測后，發(fā)現(xiàn)97.7%的腸桿菌科分離株磷霉素最低抑菌濃度(Minimal inhibitory concentration，MIC)小于64 μg/ml；而98.5%的大腸埃希菌和97.0%的肺炎克雷伯菌的磷霉素MIC均小于64 μg/ml。該研究同樣評價了磷霉素對多種多藥耐藥菌株的抗菌作用：產(chǎn)EBSL的大腸埃希菌和肺炎克雷伯菌的磷霉素MIC均小于32 μg/ml，81.8%的產(chǎn)碳青霉烯酶的大腸埃希菌和91.7%的產(chǎn)碳青霉烯酶的肺炎克雷伯菌的磷霉素MIC小于64 μg/ml。綜上，磷霉素不僅對多種革蘭陰性菌和革蘭陽性菌保持著高水平的抗菌作用，對多數(shù)耐藥菌株也有很好的抗菌效果。

2 磷霉素對多藥耐藥腸桿菌屬細菌的抗菌活性

對于磷霉素治療多藥耐藥腸桿菌科細菌的研究報道較為匱乏，已有的報道也多集中在磷霉素與不同藥物聯(lián)用治療一種或多種不同感染，相關(guān)研究因橫向比較困難而難以為臨床實踐提供有益借鑒。根據(jù)目前的臨床研究報道及相關(guān)的專家共識推薦，磷霉素應(yīng)與其他藥物聯(lián)用治療多藥耐藥的腸桿菌屬細菌感染[15-16]。

2.1 體外實驗

2.1.1 磷霉素與青霉素類藥物聯(lián)用 研究提示，青霉素與磷霉素合用可協(xié)同殺滅腸桿菌科細菌。Flamm等[17]聯(lián)用哌拉西林/他唑巴坦和磷霉素對分離得到的20株腸桿菌科菌株體外共培養(yǎng)，使用棋盤法、時間與殺菌關(guān)系的動力學(xué)分析方法檢測后，發(fā)現(xiàn)哌拉西林/他唑巴坦聯(lián)合磷霉素呈現(xiàn)顯著的協(xié)同滅菌作用。同樣，對分離得到的ESBL、KPC和OXA介導(dǎo)的耐藥大腸桿菌菌株，阿莫西林和磷霉素聯(lián)用在體外也能取得較好的協(xié)同抗菌效果[18-20]。但近期研究顯示，這一聯(lián)用在青霉素耐藥的腸桿菌科菌株中的協(xié)同作用極為微弱[20]。

2.1.2 磷霉素和頭孢菌素類藥物聯(lián)用 Seok等[19]在體外將分離得到的產(chǎn)ESBL大腸埃希菌菌株與頭孢克肟聯(lián)合磷霉素共培養(yǎng)結(jié)果顯示，聯(lián)用取得幾乎100%的協(xié)同效果；Ojdana等[21-22]報道顯示，磷霉素聯(lián)用頭孢他啶/阿維巴坦對多種耐藥機制介導(dǎo)的肺炎克雷伯菌耐藥菌株也呈現(xiàn)協(xié)同殺滅作用。在系統(tǒng)性磷霉素合用其他抗菌藥物對腸桿科細菌殺滅效應(yīng)實驗上也體現(xiàn)了這一作用，該研究提示磷霉素和頭孢他啶合用可呈現(xiàn)對腸桿菌屬細菌的協(xié)同殺滅作用[17]。

2.1.3 磷霉素和碳青霉烯類藥物聯(lián)用 多個課題組的體外研究顯示，對多藥耐藥的大腸埃希菌，磷霉素和亞胺培南或美羅培南聯(lián)用均可起到協(xié)同殺滅作用[23-25]。值得一提的是，El-Wafa等[25]的研究發(fā)現(xiàn)，磷霉素與亞胺培南聯(lián)用可顯著恢復(fù)多藥耐藥的大腸埃希菌對碳青霉烯類抗菌藥物的敏感性。體外研究表明，磷霉素聯(lián)用亞胺培南或美羅培南對不同耐藥機制介導(dǎo)的肺炎克雷伯耐藥菌株也能起到較好的協(xié)同抗菌作用[24,26-27]。

2.1.4 磷霉素和多黏菌素聯(lián)用 體外實驗顯示，磷霉素和多黏菌素E聯(lián)用可協(xié)同殺滅產(chǎn)ESBL、碳青霉烯酶的腸桿菌屬耐藥菌[17,27]。多黏菌素B與磷霉素聯(lián)用在碳青霉烯介導(dǎo)的肺炎克雷伯菌耐藥株的體外滅殺實驗中同樣顯示出協(xié)同殺菌作用[28]。目前，體外實驗結(jié)果較為一致地提示，磷霉素聯(lián)用多黏菌素對肺炎克雷伯耐藥菌的滅殺效果較好，因此推薦其與多黏菌素聯(lián)合治療廣泛耐藥革蘭陰性菌感染[16]。

2.1.5 磷霉素和替加環(huán)素聯(lián)用 對腸桿菌屬細菌的體外研究顯示，替加環(huán)素聯(lián)用磷霉素對耐藥菌的協(xié)同殺滅作用較好[17,29]。對ESBL介導(dǎo)的大腸埃希菌耐藥菌株及KPC介導(dǎo)的肺炎克雷伯菌耐藥菌株，磷霉素聯(lián)合替加環(huán)素能起到較為顯著的抗菌作用[30-31]。磷霉素與替加環(huán)素聯(lián)合用藥也是治療廣泛耐藥革蘭陰性菌感染的方案之一[16]。

2.1.6 磷霉素與其他抗菌藥物聯(lián)用 研究顯示，磷霉素與大環(huán)內(nèi)酯、四環(huán)素、利福平和氯霉素聯(lián)用也可起到協(xié)同殺滅腸桿菌屬耐藥菌的效果[32]。但目前尚缺乏更多臨床數(shù)據(jù)支持，因此這些聯(lián)用的可行性還有待進一步體外及臨床研究的證實。

2.2 臨床相關(guān)研究 目前僅有數(shù)例磷霉素聯(lián)合用藥用于治療多藥耐藥細菌感染的臨床研究。早期Neuner等[33]報道了一項在克利夫蘭醫(yī)學(xué)中心開展的回顧性研究，以評價磷霉素氨丁三醇及聯(lián)合用藥在多藥耐藥菌誘發(fā)的尿路感染上的治療作用。該研究共納入41例患者，其中腸桿菌科耐藥菌誘發(fā)的感染25例，總體治愈率為59%，死亡4例。產(chǎn)生碳青霉烯酶的腸桿菌科細菌(Carbapenem-resistantEnterobacteriaceae，CRE)治愈率46%，EBSL治愈率57%，治療后出現(xiàn)磷霉素耐藥3例，均出現(xiàn)在磷霉素聯(lián)合替加環(huán)素治療CRE后，該研究并未闡明聯(lián)合用藥的具體治愈情況。van Duin等[34]收集了157例耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌誘導(dǎo)的尿路感染患者，其中，使用磷霉素單獨或聯(lián)合其他藥物治療19例，磷霉素單獨治療8例，有效率75%；磷霉素聯(lián)合氨基糖苷類治療7例，有效率57%；磷霉素聯(lián)合替加環(huán)素3例，有效率0%；磷霉素聯(lián)合粘菌素1例，有效率0%。總體有效率53%(有效率為0可能與納入病例數(shù)少及病情嚴重程度有關(guān))。研究結(jié)果提示，對于尿路感染，磷霉素聯(lián)合替加環(huán)素并不能提高治療的有效率。近期Putensen等[35]報道了一項多中心的前瞻性研究，旨在觀察磷霉素鈉在德國和澳大利亞重癥監(jiān)護室的使用效果。該研究納入了209例感染患者(其中腸桿菌屬細菌感染79例)，均使用了磷霉素聯(lián)合其他抗菌藥物進行治療，總體有效率為70.8%，磷霉素合并碳青霉烯類、頭孢菌素類以及青霉素類抗菌藥物的有效率分別為80.8%、87.5%、85.7%，提示磷霉素合用這3類抗菌藥物可有效應(yīng)對重癥監(jiān)護室常見感染。

3 細菌對磷霉素耐藥的主要機制

3.1 固有耐藥機制 這一機制主要發(fā)現(xiàn)在非腸桿菌屬細菌：①MurA活性位點的半胱氨酸到天冬氨酸的點突變，阻止了MurA與磷霉素的結(jié)合，使得磷霉素?zé)o法發(fā)揮抗菌作用；②細胞壁肽聚糖合成的替代途徑，磷霉素的抗菌作用主要抑制肽聚糖的從頭合成，研究顯示，部分假單胞菌亞種存在肽聚糖合成的不依賴MurA替代途徑，使得磷霉素抗菌效力大大降低[36]。

3.2 獲得性耐藥機制 ①磷霉素轉(zhuǎn)運相關(guān)通路的改變：在大腸埃希菌上，發(fā)現(xiàn)磷霉素進入細菌必需的蛋白GlpT和UlpT的突變使磷霉素進入減少；UhpT蛋白轉(zhuǎn)錄上游調(diào)控基因uhpA突變，同樣影響磷霉素的轉(zhuǎn)運；同時，GlpT和UlpT的表達依賴環(huán)磷酸腺苷(cyclic Adenosine monophosphate，cAMP)，cAMP表達調(diào)控基因ptsl和cyaA的突變使得胞內(nèi)cAMP濃度降低，進而誘發(fā)GlpT和UlpT表達降低，磷霉素轉(zhuǎn)運減少。②細菌對磷霉素的直接修飾：目前已發(fā)現(xiàn)多種質(zhì)粒和染色體編碼的修飾酶可以直接修飾磷霉素，降低其抗菌活性。已發(fā)現(xiàn)的修飾酶基因包括：FosA、FosB、FosX、FosC、FomA和FomB。FosA不僅可介導(dǎo)對磷霉素的耐藥，對β內(nèi)酰胺類、喹諾酮類、氨基糖苷類等都能產(chǎn)生耐藥；FosB介導(dǎo)的耐藥僅在革蘭陽性菌上觀察到；FosX介導(dǎo)的耐藥主要在李斯特菌；FosC、FomA和FomB在結(jié)構(gòu)和功能上類似，不同的是其介導(dǎo)的磷霉素耐藥體現(xiàn)在不同的菌種。此外，少量研究顯示，磷霉素在非腸桿菌屬細菌上可能存在異質(zhì)性耐藥的現(xiàn)象。相較于其他抗菌藥物，磷霉素臨床應(yīng)用較少，這可能是其耐藥率仍維持在較低水平的原因。Zhang等[37]對溫州醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院2013-2016年分離得到的761株腸球菌進行體外檢測后發(fā)現(xiàn)，磷霉素耐藥率為2.6%，且主要為MurA突變和FosB介導(dǎo)的磷霉素耐藥。有研究對17 602例大腸埃希菌導(dǎo)致的尿路感染患者進行5年的觀察，結(jié)果顯示，增加50%的磷霉素使用可導(dǎo)致產(chǎn)EBSL大腸埃希菌磷霉素耐藥率由2.2%升高至21.7%[38]。這些研究提示,現(xiàn)有磷霉素耐藥水平雖維持在較低水平，但隨著其使用量的增加，耐藥率也可能上升，因此，應(yīng)加強對磷霉素耐藥的監(jiān)測。

4 小結(jié)

多藥耐藥的腸桿菌屬細菌危害較大，且新型抗菌藥物研發(fā)周期長、無法滿足實際需求。因此，合理利用現(xiàn)有抗菌藥物并探索新的聯(lián)用策略顯得極為重要。既往臨床監(jiān)測顯示，多數(shù)耐藥腸桿菌屬細菌對磷霉素仍保持著較高的敏感性，且體內(nèi)外研究均顯示磷霉素聯(lián)合大多數(shù)抗菌藥物均有較好的協(xié)同效果，且具有較好的抗多藥耐藥腸桿菌屬細菌的能力，這提示磷霉素在臨床上具有更為廣泛的應(yīng)用范圍。目前的臨床研究仍存在著納入范圍窄、納入樣本少、臨床觀察不具體等局限性，需要開展多中心、大樣本、前瞻性、隨機對照的臨床研究，以確切評價磷霉素聯(lián)合其他抗菌藥物對多藥耐藥腸桿菌屬感染的治療作用。