頭孢他啶-阿維巴坦耐藥性及其機制研究進(jìn)展

傅倩雯， 徐 杰， 趙衛(wèi)峰

近年來，隨著廣譜抗生素的廣泛使用及細(xì)菌耐藥基因的出現(xiàn)，耐碳青霉烯類革蘭陰性菌在世界范圍內(nèi)的播散已逐漸成為世界一大重要公共衛(wèi)生問題[1]。其中主要包括耐碳青霉烯類腸桿菌目細(xì)菌（CRE），耐碳青霉烯類銅綠假單胞菌（CRPA）和耐碳青霉烯類鮑曼不動桿菌（CRAB），其中CRE及CRAB往往攜帶碳青霉烯酶，可以使絕大多數(shù)β內(nèi)酰胺類抗生素失活，并且這些細(xì)菌還攜帶可以水平轉(zhuǎn)移的耐藥質(zhì)粒，進(jìn)一步加劇碳青霉烯類耐藥性傳播[2]。以革蘭陰性菌為代表的多重耐藥（MDR）菌檢出率呈逐年上升趨勢，且其感染治療難度大，病死率高，迫使我們不斷去尋找新的抗感染方案。

頭孢他啶-阿維巴坦（ceftazidime-avibactam）是一種新型的β內(nèi)酰胺類-β內(nèi)酰胺酶抑制劑復(fù)方制劑，于2015年2月與2019年5月分別獲美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）和中國國家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）批準(zhǔn)上市，用于治療由MDR或泛耐藥（PDR）革蘭陰性菌引起的復(fù)雜性尿路感染和復(fù)雜性腹腔內(nèi)感染[3]。盡管頭孢他啶-阿維巴坦耐藥仍然不常見，但耐藥問題報道越來越多，感染頭孢他啶-阿維巴坦耐藥菌株患者的死亡率似乎很高（近40%）[4]。因此為減少細(xì)菌耐藥，延緩耐藥性的出現(xiàn)及蔓延，為臨床診治提供參考，本文就頭孢他啶-阿維巴坦耐藥性的變遷及其可能機制進(jìn)行綜述。

1 抗菌機制及應(yīng)用

頭孢他啶-阿維巴坦是一種由第三代頭孢菌素頭孢他啶與新型β內(nèi)酰胺酶抑制劑阿維巴坦組成的合劑，其主要抗菌機制是阿維巴坦抑制多種類型的β內(nèi)酰胺酶，進(jìn)而保護(hù)頭孢他啶的殺菌作用[5]。頭孢他啶具有廣譜抗菌活性，通過與革蘭陰性桿菌的青霉素結(jié)合蛋白結(jié)合，抑制細(xì)胞壁合成[6]。阿維巴坦對各類β內(nèi)酰胺酶有廣泛的抑制活性，包括A類酶（如CTX-M-15、KPC-2等）、C類酶（AmpC）和某些D類酶（如OXA-48）；但對由于缺乏活性位點絲氨酸殘基的B類金屬酶（NDM-1）無抑制能力[7]。頭孢他啶-阿維巴坦對大多數(shù)產(chǎn)AmpC、KPC和超廣譜β內(nèi)酰胺酶（ESBL）的腸桿菌有活性，但對鮑曼不動桿菌的抗菌活性取決于對頭孢他啶的敏感性[8]。頭孢他啶-阿維巴坦于2015年被批準(zhǔn)用于復(fù)雜性腹腔內(nèi)感染（聯(lián)合甲硝唑）及復(fù)雜性尿路感染的治療；2016年6月被歐洲藥品管理局（EMA）批準(zhǔn)用于治療復(fù)雜性腹腔炎（聯(lián)合甲硝唑）、復(fù)雜性尿路感染（包括腎盂腎炎）和醫(yī)院獲得性肺炎（包括呼吸機相關(guān)性肺炎）等有限的革蘭陰性菌導(dǎo)致的感染[9]。每2.5 g復(fù)方制劑中包括頭孢他啶五水合物（相當(dāng)于頭孢他啶C22H22N6O7S22.0 g）和阿維巴坦鈉（相當(dāng)于阿維巴坦C7H11N3O6S 0.5 g），并建議2.5 g 每8小時1次，靜脈輸注持續(xù)時間大于120 min，療程一般為5～14 d，根據(jù)感染嚴(yán)重程度、病原菌、患者臨床情況和細(xì)菌學(xué)進(jìn)展調(diào)整療程時間。

2 耐藥現(xiàn)狀

根據(jù)國際最佳耐藥性監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)（International Network for Optimal Resistance Monitoring，INFORM）數(shù)據(jù)顯示2015－2017年美羅培南耐藥的腸桿菌對頭孢他啶-阿維巴坦的耐藥率為27%[10]。據(jù)國際耐藥性監(jiān)測報道，大部分腸桿菌科細(xì)菌對頭孢他啶-阿維巴坦的耐藥率較低（＜2.6%）[11]，而銅綠假單胞菌耐藥率相對較高，可達(dá)到4%～8%[12]。2006－2018年，美國開展的大量研究均報道了頭孢他啶-阿維巴坦的耐藥性，其結(jié)果顯示大多數(shù)革蘭陰性菌的耐藥率都在3.7%以下[13]。同樣在歐洲和亞太地區(qū)，腸桿菌屬對頭孢他啶-阿維巴坦的耐藥率分別為＜1.1%和＜1.7%，銅綠假單胞菌則為＜8.9%和＜7.4%[14-15]。在加拿大及巴西，其耐藥率大多低于5.3%[16-17]。但根據(jù)中國細(xì)菌耐藥性監(jiān)測網(wǎng)（CHINET）公布的2020年細(xì)菌耐藥性監(jiān)測顯示，耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌（CRKP）對頭孢他啶-阿維巴坦的耐藥率為12.3%，CRPA的耐藥率則為13.4%，其耐藥率相對較高[18]。我國臨床分離CRE中碳青霉烯酶分布特征主要以產(chǎn)KPC酶為主，其中大腸埃希菌主要產(chǎn)生NDM型金屬酶，而對于肺炎克雷伯菌，成人分離株主要產(chǎn)KPC酶，兒童分離株產(chǎn)KPC、NDM和OXA-48型酶，且OXA-48型酶不同地域差異較大[19]。

3 耐藥機制研究

發(fā)生頭孢他啶-阿維巴坦耐藥性的主要幾種機制：①產(chǎn)生金屬β內(nèi)酰胺酶；②blaKPC基因過表達(dá)及β內(nèi)酰胺酶關(guān)鍵位點氨基酸突變；③膜孔蛋白丟失所致的細(xì)胞通透性改變；④外排泵的過表達(dá)。其中產(chǎn)金屬酶是最常見的耐藥機制。B類金屬β內(nèi)酰胺酶通過鋅離子與β內(nèi)酰胺類底物結(jié)合，可水解所有臨床使用的絲氨酸β內(nèi)酰胺酶抑制劑，包括阿維巴坦[20]，因此不推薦頭孢他啶-阿維巴坦用于產(chǎn)此類酶菌株的感染。除產(chǎn)金屬酶外，KPC型碳青霉烯酶基因突變是導(dǎo)致對頭孢他啶-阿維巴坦耐藥的最主要機制。已報道的耐藥機制包括β內(nèi)酰胺酶氨基酸突變或缺失、膜通透性缺陷（即OmpK35、OmpK36和OmpK37的改變）和青霉素結(jié)合蛋白突變，有時與KPC及ESBL決定簇（SHV-、CTX-M-或VEB型）過表達(dá)有關(guān)[13]。

3.1 β內(nèi)酰胺酶關(guān)鍵位點的氨基酸替換

2015年，Humphries等[21]報道了首例從既往未接受過頭孢他啶-阿維巴坦治療的患者中分離出對頭孢他啶-阿維巴坦耐藥菌株（MIC 32-4 mg/L），并考慮其耐藥性與產(chǎn)KPC酶相關(guān)。隨后在頭孢他啶-阿維巴坦耐藥株中發(fā)現(xiàn)1個單一L169P氨基酸替換的KPC-2突變體，將其命名為KPC-35，與KPC-2相比，其藥敏顯示明顯降低了對頭孢他啶-阿維巴坦的敏感性，而增強了碳青霉烯酶活性[22]。Winkler等[4]通過對頭孢他啶-阿維巴坦耐藥的銅綠假單胞菌進(jìn)行多種藥物組合測試，推斷耐藥性最大的因素是膜通透性的改變和外排泵的增加。

頭孢他啶-阿維巴坦對A類、C類和D類β內(nèi)酰胺酶具有良好抗菌活性[23]。然而，當(dāng)β內(nèi)酰胺酶活性位點關(guān)鍵殘基處發(fā)生突變時，菌株的MIC值將顯著增加。Ω環(huán)是位于Arg164和Asp179之間的鹽橋，是β內(nèi)酰胺酶的重要活性位點，對維持其結(jié)構(gòu)具有重要作用[24]。Ω環(huán)突變可導(dǎo)致結(jié)合位點結(jié)構(gòu)“不穩(wěn)定性”，增強了頭孢他啶的親和力，而降低與阿維巴坦的結(jié)合，從而導(dǎo)致頭孢他啶-阿維巴坦產(chǎn)生耐藥性[25]。A類β內(nèi)酰胺酶中的KPC酶突變已被廣泛報道，既往報道過Asp179Tyr、Val240Gly、Ala240Val、Ala177Glu、Thr243Met、Pro169Leu、Asn179Asp、Tyr179Asp、Gln169Leu和Gly130Ser的突變，165-166Glu-Leu插入以及167-168Glu-Leu的缺失導(dǎo)致頭孢他啶-阿維巴坦耐藥[26-31]。不同位點及不同形式的突變可導(dǎo)致頭孢他啶-阿維巴坦的MIC值不同程度升高，且組合突變通常具有協(xié)同作用[32]。

在銅綠假單胞菌、陰溝腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌、弗氏枸櫞酸桿菌、沙雷菌中均出現(xiàn)了AmpC突變的耐藥菌株。腸桿菌屬AmpC中第168、176、309～314和366位氨基酸突變，R2結(jié)合位點、H-9和H-10螺旋以及Tyr150Cys取代的結(jié)構(gòu)改變均可導(dǎo)致頭孢他啶-阿維巴坦耐藥[33-35]。頭孢他啶-阿維巴坦對OXA-2突變體（OXA-539，包含關(guān)鍵殘基D149的重復(fù)）銅綠假單胞菌菌株的MIC值明顯升高，為正常OXA-2菌株的32倍[36]。在鮑曼不動桿菌中，含有D類β內(nèi)酰胺酶如OXA-23、40、58、66、69、88、93～96和206菌株對頭孢他啶-阿維巴坦耐藥[37]。D類β內(nèi)酰胺酶OXA-48在大腸埃希菌中同時發(fā)生Ala68Pro和Ser211Tyr替換時表現(xiàn)為對頭孢他啶-阿維巴坦耐藥性[36]。

3.2 孔蛋白突變導(dǎo)致的細(xì)胞膜通透性障礙介導(dǎo)耐藥

在敲除實驗中，分別對孔蛋白OmpK36敲除C端的16個氨基酸或插入2個氨基酸（Gly134Asp135）、以及在孔蛋白OmpK35中插入堿基對后均出現(xiàn)了孔蛋白的功能喪失，從而產(chǎn)生耐藥性[38]。報道稱OmpK35及OmpK36孔蛋白的缺乏與頭孢他啶對肺炎克雷伯菌的耐藥相關(guān)，導(dǎo)致對頭孢他啶-阿維巴坦的MIC值顯著升高（4→32 mg/L）[39]，且OmpK35孔蛋白缺乏引起的頭孢他啶對細(xì)菌MIC值的升高大于OmpK36孔蛋白缺乏[40]。然而，這些耐藥機制往往需要其他機制的參與得以顯著升高M(jìn)IC值。Nelson等[38]報道了2株耐頭孢他啶-阿維巴坦的分離株，在OmpK35功能缺失的背景下，當(dāng)OmpK36失活，同時blaKPC-3和blaSHV-12的表達(dá)增加，可導(dǎo)致頭孢他啶-阿維巴坦的耐藥。Galani等[27]也報道了1株耐頭孢他啶-阿維巴坦的分離株，其耐藥歸因于OmpK36的表達(dá)減少和OmpK35的終止密碼子提前。

3.3 外排泵過表達(dá)介導(dǎo)耐藥

外排泵過表達(dá)在頭孢他啶-阿維巴坦耐藥方面似乎沒有發(fā)揮主要作用。外排泵抑制劑苯丙氨 酸-精 氨 酸-β萘 酰 胺（phenylalanine-arginine β-napthylamide， PaβN）的加入并沒有使頭孢他啶-阿維巴坦的MIC值降低1/3[41]。然而，Winkler等[4]在頭孢他啶-阿維巴坦耐藥菌株中添加了外排泵抑制劑羰基氰化物間氯苯腙（carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazine， CCCP）和 PaβN，部分菌株的MIC值明顯降低，其中銅綠假單胞菌MIC值從＞32 mg/L降至＜0.06 mg/L。因此MIC值的降低可能是多種耐藥機制疊加的結(jié)果。當(dāng)耐藥菌株存在AmpC過表達(dá)時，則過表達(dá)MexAB-OprM進(jìn)一步有助于菌株產(chǎn)生耐藥[42]。

3.4 青霉素結(jié)合蛋白突變介導(dǎo)耐藥

青霉素結(jié)合蛋白因其對青霉素的親和力而得名，是細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖的重要組成部分[43]。據(jù)報道，在含NDM的大腸埃希菌菌株中出現(xiàn)了PBP3突變，突變表現(xiàn)為在第333氨基酸殘基后插入了4個氨基酸，由12對堿基對重復(fù)（導(dǎo)致YRIN）或具有單一錯配的相同重復(fù)（導(dǎo)致YRIK）構(gòu)成[44]。具有YRIN插入的PBP3突變菌株，可同時攜帶其他β內(nèi)酰胺酶，如CMY-42、OXA-1、CTX-M-15、TEM-1、NDM-5和 CTXM-55.1， 可降低多種β內(nèi)酰胺類抗生素如美羅培南、頭孢他啶-阿維巴坦等的敏感性[45]。盡管目前頭孢他啶-阿維巴坦對于此類菌株的敏感率仍較高，但青霉素結(jié)合蛋白突變及獲得性β內(nèi)酰胺酶所導(dǎo)致的交叉耐藥仍應(yīng)得到密切監(jiān)測。

3.5 ESBL突變介導(dǎo)的耐藥

大多數(shù)ESBL突變可導(dǎo)致通透性、外排泵或β內(nèi)酰胺酶數(shù)量的變化，但仍有報道提示突變致β內(nèi)酰胺酶突變，加劇耐藥發(fā)生。Livermore等[35]在產(chǎn)ESBL及AmpC大腸埃希菌株篩選出1株ESBL突變菌株，突變導(dǎo)致CTX-M-15發(fā)生了Asp182Tyr取代，使頭孢他啶-阿維巴坦對該細(xì)菌的MIC值上升了8倍（0.25→2 mg/L）。其他 ESBL突 變， 包 括 Gln169Leu（CTX-M-15）、Gly130Ser（CTX-M-15）、Pro 170Ser（CTX-M-14）、Thr264Ile（CTX-M-14）及130位點氨基酸缺失（SHV-）也均有報道[35-46]。當(dāng)OmpK36或ESBL單獨存在時，頭孢他啶-阿維巴坦對肺炎克雷伯菌的MIC值為0.5 mg/L，與兩者均不存在時的MIC值相似，然而，當(dāng)兩者同時存在時，MIC為1 mg/L[47]。

4 對頭孢他啶-阿維巴坦耐藥菌株的治療策略

目前臨床上針對頭孢他啶-阿維巴坦耐藥可供選擇的替代治療方法并不多，美羅培南-韋博巴坦（meropenem-vaborbactam）、亞胺培南-瑞來巴坦、頭孢地爾、依拉環(huán)素、氨曲南-阿維巴坦等這些正在開發(fā)的新型抗菌藥物可能會成為另一種選擇[48]。既往已有報道美羅培南-韋博巴坦成功挽救性治療了頭孢他啶-阿維巴坦耐藥肺炎克雷伯菌血流感染的相關(guān)病例[49]?？紤]到頭孢他啶-阿維巴坦產(chǎn)生耐藥性的主要機制是出現(xiàn)β內(nèi)酰胺酶，其他β內(nèi)酰胺類-β內(nèi)酰胺酶抑制劑復(fù)方制劑組合（即美羅培南-韋博巴坦和亞胺培南-瑞來巴坦）的作用總體上是有限的。頭孢他啶-阿維巴坦的聯(lián)合抗菌方案可能對頭孢他啶-阿維巴坦耐藥菌感染產(chǎn)生良好的效果，臨床上頭孢他啶-阿維巴坦常常與多黏菌素、替加環(huán)素、氨基糖苷類、碳青霉烯類、磷霉素及氨曲南聯(lián)合使用，但其療效及具體方案仍存在爭議。在一項前瞻性觀察研究中，接受頭孢他啶-阿維巴坦聯(lián)合氨曲南治療的產(chǎn)金屬β內(nèi)酰胺酶腸桿菌屬血流感染患者的30 d死亡率明顯低于其他有效抗生素治療組[50]。Shaw等[51]報道了10例頭孢他啶-阿維巴坦聯(lián)合氨曲南治療產(chǎn)NDM-1/OXA-48/CTX-M-15酶的肺炎克雷伯菌感染，臨床有效率為60%（6/10）。在體外試驗中，頭孢他啶-阿維巴坦和氨曲南的聯(lián)用對產(chǎn)金屬酶的銅綠假單胞菌和陰溝腸桿菌也同樣有效[52]。磷霉素可抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的合成，并增加其他抗生素的吸收，在體外試驗中，頭孢他啶-阿維巴坦和磷霉素的聯(lián)用可以降低MDR銅綠假單胞菌的MIC值[15]。碳青霉烯類藥物也常與頭孢他啶-阿維巴坦聯(lián)合使用，Gaibani等[53]在體外試驗中評價了頭孢他啶-阿維巴坦與6種常用的抗菌藥物組合（厄他培南、亞胺培南、美羅培南、慶大霉素、替加環(huán)素和環(huán)丙沙星）對產(chǎn)KPC酶肺炎克雷伯菌的抗菌療效，結(jié)果顯示只有頭孢他啶-阿維巴坦和亞胺培南或美羅培南的組合具有協(xié)同活性。盡管IDSA在關(guān)于耐藥革蘭陰性菌感染治療的最新指南中建議不要對CRE感染進(jìn)行常規(guī)聯(lián)合治療[54]。其原因可能是阿維巴坦對碳青霉烯酶的水解有保護(hù)作用，而碳青霉烯類對blaKPC-3突變具有反選擇作用，可導(dǎo)致頭孢他啶-阿維巴坦耐藥，目前沒有數(shù)據(jù)支持頭孢他啶-阿維巴坦和碳青霉烯類聯(lián)合治療，而且還不清楚在這種情況下是否會產(chǎn)生其他耐藥性機制，如孔蛋白突變或外排泵過表達(dá)。綜上所述，單藥還是聯(lián)合用藥以及聯(lián)合治療方案的選擇仍然是一個未解的問題。

5 結(jié)論與展望

以革蘭陰性菌為代表的MDR菌檢出率呈逐年上升趨勢，且其感染治療難度大，病死率高，迫使我們不斷去尋找新的抗感染方案。頭孢他啶-阿維巴坦作為一種新型的抗菌藥物，目前對于革蘭陰性菌特別是腸桿菌屬保持著非常好的活性，但對于近年來逐漸上升的頭孢他啶-阿維巴坦耐藥率仍需引起密切關(guān)注。與對腸桿菌屬的耐藥率（0～4.2%）相比，銅綠假單胞菌對頭孢他啶-阿維巴坦的耐藥率較高（3.2%～13.4%）。β內(nèi)酰胺酶關(guān)鍵位點的氨基酸替換、膜蛋白突變所致膜的通透性改變、外排泵過表達(dá)和青霉素結(jié)合蛋白及ESBL突變均可介導(dǎo)頭孢他啶-阿維巴坦耐藥的發(fā)生。頭孢他啶-阿維巴坦不應(yīng)用于天然耐藥的病原體，對于頭孢他啶-阿維巴坦獲得性耐藥的菌株，應(yīng)考慮其他有效抗菌藥物或頭孢他啶-阿維巴坦與其他抗菌藥物聯(lián)合使用。目前，針對頭孢他啶-阿維巴坦耐藥，頭孢他啶-阿維巴坦聯(lián)合治療方案選擇及其療效仍需進(jìn)一步研究。