多重耐藥肺炎克雷伯菌耐藥機制及治療策略的研究進展

齊臻 綜述 朱曄涵 審校

蘇州大學附屬第一醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科，江蘇 蘇州 215000

肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae，Kpn)是一種條件致病菌，易導致免疫力低下的人群發(fā)生呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、傷口等部位的感染甚至產(chǎn)生敗血癥。近年世界各國均有報道發(fā)現(xiàn)新型高毒力及多重耐藥的肺炎克雷伯菌(multidrug resistance Klebsiella pneumoniae，MDR-Kpn)，當感染免疫力低下人群后易引起全身侵襲性感染如肝膿腫、腦膜炎等[1]。臨床研究表明，在重癥監(jiān)護病房和新生兒病房易爆發(fā)MDR-Kpn感染[2]，也有研究結果顯示患者感染MDR-Kpn與吸煙史、慢性病史、是否入住重癥監(jiān)護病房、吸痰、手術史、輸血史等有關[3]。MDR-Kpn 菌株的產(chǎn)生和傳播是目前亟待解決的問題。了解MDR-Kpn 的耐藥機制、制定有效的治療策略對臨床工作有重要意義。以下就近幾年內(nèi)對MDR-Kpn 的耐藥機制研究及治療策略進展方面做一簡要綜述。

1 多重耐藥肺炎克雷伯菌的主要耐藥機制

Kpn為革蘭陰性短桿菌，細胞膜由內(nèi)膜、含肽聚糖層的水性周質(zhì)及外膜三層結構組成，由于結構上的特殊性，大部分抗菌藥難以通過其細胞膜產(chǎn)生抗菌作用[4]。Kpn 多重耐藥的主要機制包括抗菌藥物的攝入減少、產(chǎn)生多種藥物分解酶、生物被膜形成以及通過質(zhì)粒結合方式的耐藥基因轉(zhuǎn)導等[2]。故MDR-Kpn 的產(chǎn)生是多因素綜合造成的，下面分別陳述：

1.1 藥物的攝入減少

1.1.1 外排泵作用 加強外排泵(efflux pumps)是細菌將胞內(nèi)的藥物或毒物排出細胞外的整合膜蛋白，主要有以下五類：主要易化家族、多藥與毒物外排家族、小多藥耐藥家族、耐藥結節(jié)分化家族(RND家族)和 ATP 結合盒家族[5]。RND 家族中的 AcrAB 和OqxAB外排泵在腸桿菌科檢出率最高，可將β-內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、四環(huán)素類及喹諾酮類藥物排出細菌體外，以降低細菌胞內(nèi)藥物濃度，減弱藥物抗菌活性[6]。若外排泵調(diào)控基因發(fā)生突變，對編碼外排泵基因的抑制作用減弱，外排泵基因的表達亢進，則細菌耐藥性增強[7]。

1.1.2 外膜孔蛋白(outer membrane protein，Omp)改變 外膜孔蛋白是革蘭陰性菌外膜上的三聚體蛋白通道，抗菌藥物可經(jīng)Omp 進入菌體。Kpn中與碳青霉烯類藥物耐藥相關的膜蛋白有OmpK26、OmpK35、OmpK36 和 OmpK37[8]。OmpK35 和 OmpK36 編 碼基因的改變會導致Omp 結構、孔徑大小和特性發(fā)生變化，進而抑制抗菌藥物的擴散及與靶目標的結合[9]。CASTANHEIRA 等[10]的研究表明頭孢菌素酶(AmpC酶)協(xié)同OmpK36 蛋白的變性失活或缺失可介導Kpn臨床分離株對碳青霉烯類產(chǎn)生耐藥。故轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的Omp減少可使細菌產(chǎn)生暫時性耐藥。

1.1.3 青霉素結合蛋白(penicillin binding proteins，PBPs)改變 青霉素結合蛋白是一類催化細菌細胞壁肽聚糖結構合成的酶，結合碳青霉烯類藥物后會長時間酰化從而活性降低甚至失活[11]，導致細菌細胞壁結構破損，菌體破裂死亡。由于哺乳動物細胞無細胞壁結構，故使用碳青霉烯類藥物時機體正常細胞不會受到影響[12]。PBPs是細胞壁上抗菌藥的主要靶點，若編碼PBPs的基因表達量減少或組成PBPs的結構發(fā)生變異，則會導致碳青霉烯類藥物與細菌結合減少，耐藥性增強。研究表明，PBPs按質(zhì)量大小可分為高分子量PBPs和低分子量PBPs，前者是轉(zhuǎn)肽酶，后者為水解酶。LEVY 等[13]的研究也顯示PBPs 中僅幾個氨基酸被替換就會極大增加細菌對抗菌藥物的耐受性。

1.2 產(chǎn)生藥物分解酶

1.2.1 β-內(nèi)酰胺酶 β-內(nèi)酰胺類藥物抗菌治療效果好，可選擇范圍大，臨床應用廣泛。產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶是對該類抗菌藥耐藥的主要原因，β-內(nèi)酰胺酶類有青霉素酶、AmpC 酶、超廣譜β-內(nèi)酰胺酶(ESBLs)及金屬β-內(nèi)酰胺酶(MBLS)等[14]。目前臨床上產(chǎn)ESBLs的Kpn檢出率較前增加，廣譜抗菌藥物的長期應用也可誘導產(chǎn)ESBLs的Kpn的形成。β-內(nèi)酰胺酶通過質(zhì)粒介導或染色體突變破壞β-內(nèi)酰胺環(huán)，使抗菌藥失去活性[15]。藥物學家針對耐藥機制研制出克拉維酸、阿維巴坦等β-內(nèi)酰胺酶抑制劑與β-內(nèi)酰胺類抗菌藥聯(lián)合使用，成功增加了藥物抗菌活性[16]。

1.2.2 氨基糖甙類酶 臨床常用的氨基糖甙類抗菌藥物有慶大霉素、阿米卡星、鏈霉素等，結合細菌核糖體后通過干擾細菌細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成、破壞細菌細胞結構從而起到抗菌作用，對Kpn 感染療效較好。氨基糖甙類抗菌藥物主要的耐藥機制是細菌產(chǎn)生共價修飾酶即氨基糖甙類滅活酶，該酶主要存在于細菌胞漿中，發(fā)生磷酸化作用后變成氨基糖苷磷酸轉(zhuǎn)移酶(APH)、發(fā)生核苷化作用變成核苷轉(zhuǎn)移酶(ANT)、發(fā)生乙?；饔米兂砂被擒找阴＾D(zhuǎn)移酶(AAC)，以上酶類對藥物均有不同程度滅活作用[17]。氨基糖甙類滅活酶基因由質(zhì)粒及轉(zhuǎn)座子編碼[18]，易在在不同菌種間傳播，導致細菌對氨基糖苷類抗菌藥耐藥性增強。

1.2.3 碳青霉烯酶 碳青霉烯酶是ESBLs 的一種，可水解頭孢菌素類、青霉素類及碳青霉烯類等多種抗菌藥[19]，是導致Kpn 對碳青霉烯類抗菌藥物敏感性下降最關鍵的原因。目前碳青霉烯酶主要分為A、B、D三類。

1.2.3.1 A 類碳青霉烯酶 簡稱A 類酶，是絲氨酸蛋白酶的一種，具有廣泛的抗菌藥物水解活性。肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(Klebsiella pneumoniae carbapenemase，KPC)是目前臨床最多見的 A 類酶。2001 年YIGIT 等[20]在美國首次分離出產(chǎn) KPC 的 Kpn 菌株，在我國KPC-2型碳青霉烯酶檢出率最高[21]。KPC可分解舒巴坦、克拉維酸等常見類型β-內(nèi)酰胺酶抑制劑，含KPC 的Kpn對多黏菌素、替加環(huán)素等抗菌藥敏感性較高，是目前臨床的主要治療手段。

1.2.3.2 B 類碳青霉烯酶 簡稱B 類酶，都最少含有一個金屬鋅離子活性中心，故也稱為金屬β-內(nèi)酰胺酶。B類酶中的新德里β-內(nèi)酰胺酶(NDM)能水解幾乎所有的β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物[22]。NDM 與KPC編碼基因相比，其傳播形式更為復雜。NDM 基因不僅可以被肺炎克雷伯菌獲得，也可以被其他腸桿菌科細菌獲得[23]。產(chǎn)NDM 的Kpn 菌株常與非β-內(nèi)酰胺類藥物交叉耐藥，進一步產(chǎn)生多重耐藥[24]，對于新型β-內(nèi)酰胺類/β-內(nèi)酰胺酶抑制劑頭孢他啶-阿維巴坦也產(chǎn)生耐藥，但對替加環(huán)素和多黏菌素較敏感。

1.2.3.3 D 類碳青霉烯酶 D 類碳青霉烯酶又稱為苯唑西林(OXA)酶，在Kpn中以OXA48最為常見[25]。D類碳青霉烯酶種類繁多，文獻報道的有200 余種，但該類酶可水解的抗菌藥物種類較少，雖與碳青霉烯類抗菌藥物的結合力高但水解效能低，故耐藥性較低。但有研究發(fā)現(xiàn)D 類酶可與其他藥物分解酶產(chǎn)生協(xié)同作用從而導致廣泛耐藥，BERGLUND等[26]的研究證實某菌株如同時攜帶OXA-48 與黏菌素耐藥基因MCR-1，則對碳青霉烯類和多黏菌素均會產(chǎn)生耐藥。產(chǎn)D類酶的Kpn 發(fā)生院內(nèi)爆發(fā)性流行的可能性較大，值得臨床重視[27]。

1.3 生物被膜的形成 細菌在機體內(nèi)繁殖分化的過程中會分泌一些多糖、脂蛋白和DNA等物質(zhì)將菌群包裹形成微生物聚集體，這些物質(zhì)被稱為生物被膜。Kpn 生物被膜內(nèi)的多糖基質(zhì)可阻止各種抗菌藥物、蛋白酶、補體等進入菌體，并協(xié)助β-內(nèi)酰胺酶破壞抗菌藥分子，使細菌耐藥性增強[28]。氨基糖類藥物與生物被膜上的正電荷性質(zhì)一致，在進入細菌時除機械屏障、化學滅活外又增加了電荷屏障，使Kpn 對氨基糖類藥物耐藥性進一步增強[29]。生物被膜的存在增強了Kpn 在各種環(huán)境條件下的適應能力、抵抗宿主免疫反應及抗菌藥物攻擊的能力[30]，是MDR-Kpn維持其活性的重要條件之一。

1.4 基因突變的產(chǎn)生 Kpn 對氟喹諾酮類藥物耐藥的主要機制為編碼DNA旋轉(zhuǎn)酶中的CyrA基因及編碼的拓撲異構酶的ParC基因發(fā)生變異，相關抗菌藥同酶-DNA 的復合物無法有效結合，導致抑制細菌DNA合成的功能失效[31]。如果CyrA與ParC同時突變，Kpn 對氟喹諾酮類藥物的耐藥性會進一步增強[32]。WANG 等[33]通過病毒體譜發(fā)現(xiàn)blaKPC 基因突變與Kpn 對碳青霉烯的耐藥等有關。LI 等[34]通過對一株MDR-Kpn 進行全基因組測序發(fā)現(xiàn)耐藥質(zhì)粒是Kpn 廣泛耐藥的遺傳機制，由于質(zhì)粒的可轉(zhuǎn)移性遺傳因素，多種突變產(chǎn)生的耐藥基因在不同菌種間傳播，導致MDR-Kpn產(chǎn)生。

2 MDR-Kpn感染的治療策略

選擇MDR-Kpn 感染的治療藥物及方案時要重視細菌藥敏試驗的作用，應選擇藥敏結果提示敏感的抗菌藥物，還要注意聯(lián)合用藥時藥物的協(xié)同性[35]。給藥時注意根據(jù)不同患者的年齡、肝腎功能及體表面積來調(diào)整給藥劑量、給藥間隔及抗菌藥滴注速度等。

2.1 碳青霉烯類 碳青霉烯類藥物是抗菌譜最廣、抗菌活性最強的非典型β-內(nèi)酰胺酶類抗菌藥，對大多數(shù)β-內(nèi)酰胺酶相對穩(wěn)定[36]，是目前我國臨床用于治療MDR-Kpn 感染的首選藥物。研究顯示，耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌(CRKP)感染時，碳青霉烯類藥物與其他藥物聯(lián)合用藥的療效優(yōu)于碳青霉烯類單藥[37]。用藥過程中要嚴格控制以避免不合理用藥或藥物濫用造成的Kpn菌株耐藥性突變。

2.2 多黏菌素 目前我國臨床上使用的多黏菌素類抗菌藥主要為多黏菌素B 和多黏菌素E，其抗菌譜較窄，主要用于治療嚴重耐藥的革蘭陰性菌感染。體外藥敏試驗證實多黏菌素存在異質(zhì)性耐藥，單獨使用療效不佳，故臨床上常與碳青霉烯類、替加環(huán)素、磷霉素等聯(lián)合應用[38]。EZADI等[39]發(fā)現(xiàn)以多黏菌素B為基礎聯(lián)合用藥治療MDR-Kpn感染療效較好，同時可降低抗菌藥用量，減少耐藥菌株的產(chǎn)生。多黏菌素與利福平聯(lián)合應用可治療生物被膜相關的CRKP感染[40]。由于多黏菌素具有一定腎毒性及神經(jīng)毒性，故用藥期間需注意監(jiān)測腎功能，關注不良反應的發(fā)生。

2.3 替加環(huán)素 替加環(huán)素是新型四環(huán)素類衍生型抗菌藥，其抗菌機制是與細菌核糖體可逆性結合從而抑制蛋白質(zhì)的合成，抗菌譜廣泛，抗菌效能高。美國食品藥品管理局批準其用于治療復雜性皮膚軟組織感染，復雜性腹腔感染和難治性細菌引起的社區(qū)獲得性肺炎[41]。為了預防耐藥菌株產(chǎn)生并降低重癥感染患者的死亡率，現(xiàn)在臨床上常將超常規(guī)劑量替加環(huán)素與碳青霉烯類、β-內(nèi)酰胺類等其他類型抗菌藥聯(lián)合使用。

2.4 氨曲南 氨曲南是全人工合成的單環(huán)β-內(nèi)酰胺類抗菌藥，通過與PBP3 結合抑制細菌細胞壁合成，對革蘭氏陰性菌有很強的抗菌活性。碳青霉烯類藥物問世時氨曲南幾乎被棄用，隨著CRKP的傳播，氨曲南在臨床應用逐漸增加，在治療產(chǎn)MBLS的腸桿菌感染中有一定地位。目前氨曲南與β-內(nèi)酰胺酶抑制劑阿維巴坦聯(lián)合制劑正在臨床研發(fā)中，用于治療由產(chǎn)MBLS 的腸桿菌引起的嚴重感染[42]。氨曲南抗菌譜窄，不良反應較少，結合藥敏結果應用可有效避免因濫用而誘導的耐藥菌株產(chǎn)生。

2.5 β-內(nèi)酰胺酶抑制劑 β-內(nèi)酰胺酶抑制劑常與抗菌藥物制成復合制劑，對于MDR-Kpn感染，β-內(nèi)酰胺類/β-內(nèi)酰胺酶抑制劑復合制劑比單用β內(nèi)酰胺類抗菌藥療效更好[43]。2019 年 5 月 21 日新型β-內(nèi)酰胺類/β-內(nèi)酰胺酶抑制劑復合制劑頭孢他啶-阿維巴坦在國內(nèi)批準應用臨于臨床，其對存在ESBLs、KPC、AmpC及OXA-48耐藥機制的大多數(shù)革蘭氏陰性菌感染均有一定的抑制作用，且有臨床證據(jù)顯示在初期治療階段其療效優(yōu)于多黏菌素[44]。第三代頭孢菌素具有廣譜抗革蘭氏陰性桿菌活性，同時阿維巴坦擴大了頭孢他啶的活性范圍，增強了對多重耐藥的革蘭氏陰性桿菌的抗菌效能。頭孢他啶-阿維巴坦聯(lián)合氨曲南治療MDR-Kpn 感染，是一個兼顧多重耐藥機制的合理選擇。BUSH[16]報道一例同時產(chǎn)KPC-4 和NDM-1 的Kpn 菌株引起的重癥肺炎合并血流感染，使用頭孢他啶-阿維巴坦聯(lián)合氨曲南治療獲得成功。

2.6 磷霉素 磷霉素是一種環(huán)氧化物型抗菌藥物，其分子量小且結構簡單，組織穿透性較好，可與多種細菌細胞壁結合后破壞細胞壁結構發(fā)揮抗菌作用。磷霉素與多種抗菌藥聯(lián)合用藥時均表現(xiàn)為協(xié)同作用，且無交叉耐藥產(chǎn)生[45]。磷霉素還可以抑制細菌生物被膜形成，從而加速機體對細菌的清除，提高藥物抗菌效果[46]。長期應用磷霉素可產(chǎn)生水鈉潴留和電解質(zhì)紊亂，失代償性心力衰竭、腎衰竭或肝硬化的患者需要謹慎使用。

2.7 其他新型藥物

2.7.1 頭孢地爾 頭孢地爾是2019年11月14日美國批準上市的第5 代新型頭孢菌素，其結合三價鐵后通過革蘭氏陰性菌細胞膜上的鐵轉(zhuǎn)運蛋白而進入細胞內(nèi)，通過這種轉(zhuǎn)運方式，頭孢地爾可在細菌胞內(nèi)達到一定的濃度并抑制細菌細胞壁的合成過程。目前頭孢地爾尚未進入我國臨床，但臨床實驗結果表明頭孢地爾治療組對革蘭氏陰性桿菌的有效性強于碳青霉烯治療組[47]。

2.7.2 瑞巴坦 瑞巴坦是一種新型β-內(nèi)酰胺酶抑制劑，目前常與亞胺培南組成聯(lián)合制劑應用于臨床，從而增加亞胺培南對非發(fā)酵革蘭氏陰性菌的抗菌活性。臨床實驗表明亞胺培南和瑞巴坦都具有良好的肺穿透性，亞胺培南/瑞巴坦組對醫(yī)院獲得性肺炎和呼吸機相關肺炎的治療效果較亞胺培南聯(lián)合多黏菌素組更好[48]。目前瑞巴坦雖未正式應用于我國臨床，但根據(jù)臨床研究結果其對MDR-Kpn的治療效果值得期待。

2.7.3 普唑霉素 普唑霉素是在西梭霉素結構基礎上改造得到的一種新型的氨基糖苷類抗菌藥物，改造后可抵抗氨基糖苷鈍化酶的破壞從而保持活性，通過抑制細菌蛋白質(zhì)的合成而起到抗菌作用[49]。臨床實驗中普唑霉素主要用于治療多重耐藥的革蘭陰性腸桿菌引起的嚴重感染，并且研究發(fā)現(xiàn)普唑霉素可與β-內(nèi)酰胺類抗菌藥物產(chǎn)生潛在協(xié)同作用，抑制并減少碳青霉烯酶產(chǎn)生，抗菌效果較好。

2.7.4 依拉瓦霉素 依拉瓦霉素是一種新合成的四環(huán)素類衍生物，對包括產(chǎn)ESBLs的Kpn等腸桿菌和多種革蘭氏陽性菌均有抗菌活性。依拉瓦霉素的蛋白質(zhì)結合率較高，治療中不需要根據(jù)腎功能調(diào)整用藥劑量，最常見的不良反應是惡心、嘔吐和腹瀉。臨床試驗數(shù)據(jù)顯示，對于醫(yī)院獲得性感染的早期治療，依拉瓦霉素效果優(yōu)于替加環(huán)素[50]，但目前其安全性有待確定。

3 展望

Kpn生態(tài)分布廣泛，基因組成多樣，易在菌種間水平傳播，是院內(nèi)感染的重要細菌。一旦發(fā)生多重耐藥甚至泛耐藥Kpn 的感染，則治療難度大，預后較差。因耐藥速度快、耐藥范圍廣，耐藥機制復雜，新型藥物的研發(fā)又滯后于耐藥菌株的產(chǎn)生，MDR-Kpn 治療一直是臨床的棘手問題及難點。探究細菌耐藥機制，加強MDR-Kpn的流行病學監(jiān)測，控制耐藥菌株的播散，延緩抗菌藥耐藥進程，加快新型藥物研發(fā)，相信MDR-Kpn的感染一定能得到有效的控制。