基于蒙特卡洛模擬優化萬古霉素與替考拉寧治療耐甲氧西林葡萄球菌血流感染的給藥方案*

周義正，黃晨，嵇金如，應超群，王培培，劉志盈，肖永紅

(1.湖北省荊州市中心醫院檢驗醫學部，荊州 434020；2.長江大學第二臨床醫學院，荊州 434020；3.寧波市醫療中心李惠利醫院呼吸內科，寧波 315000；4.浙江大學醫學院附屬第一醫院傳染病診治國家重點實驗室、國家感染性疾病臨床醫學研究中心、感染性疾病診治協同創新中心，杭州 310003)

近年來，隨著創傷性診療技術在臨床的廣泛開展以及廣譜抗菌藥物和糖皮質激素的大量使用，血流感染的發病率呈現逐年增高趨勢。血流感染病死率高，且住院時間延長，增加住院費用，危害嚴重[1]。葡萄球菌是導致血流感染的重要病原菌，其中耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(methicillin-resistantStaphylococcusaureus，MRSA)和耐甲氧西林凝固酶陰性葡萄球菌(methicillin-resistant coagulase negativestaphylococci，MRCNS)所占比例均呈逐年增高的趨勢[2-3]。鑒于MRSA與MRCNS的多重耐藥性，糖肽類抗菌藥物中萬古霉素與替考拉寧成為治療此類多重耐藥菌最有效的藥物。糖肽類抗菌藥物在體內多以原型經腎臟排泄，僅少量經其他方式排泄，在腎功能正常成人體內，萬古霉素平均半衰期為 6 h，替考拉寧平均半衰期則達到45～60 h。但在腎功能不全者中，以上兩種糖肽類抗菌藥物半衰期則顯著延長。因此，有必要對其在不同腎功能患者中的給藥方案進行優化，以便更好地指導臨床合理用藥。

目前，計算機模擬方法已被美國食品藥品管理局(FDA)推薦用于制定臨床給藥方案，其中蒙特卡洛模擬(monte carlo simulation，MCS)[4]是一種基于計算機模擬的分析方法，其通過計算機運行成千上萬次模擬，從而較準確地獲得指定目標的發生概率，為決策者提供參考數據。該技術能有效規避目前臨床實踐中存在的主觀干擾大和樣本量少等問題，其主要用于模擬抗菌藥物藥動學(pharmacokinetics，PK)/藥效學(pharmacodynamics，PD)模型以優選給藥方案。筆者在本文以該方法優化萬古霉素與替考拉寧對耐甲氧西林葡萄球菌血流感染不同腎功能患者的給藥方案，以期為臨床用藥提供科學客觀的參考依據。

1 材料與方法

1.1PK/PD參數 本研究關于萬古霉素和替考拉寧在18歲以上成人人群中藥動學參數來自于MOISE-BRODER等和BYRNE等[5-6]發表的高質量臨床試驗研究相關文獻，具體數值見表1。依據表1中的肌酐清除率(CLcr)，將腎功能不同患者分為 3 組：A組[CLcr 91～120 mL·min-1·(1.73 m2)-1]、B 組[CLcr 60～90 mL·min-1·(1.73 m2)-1]和 C 組[CLcr 30～59 mL·min-1·(1.73 m2)-1]。

表1 腎功能不同成人患者中萬古霉素與替考拉寧的藥動學參數

1.2菌株來源與鑒定 本次研究共納入耐甲氧西林葡萄球菌(methicillin-resistant staphylococcus，MRS)1235株，其來源于全國血流感染細菌耐藥監測聯盟(Bloodbacterial Resistant Investigation Collaborative System，BRICS)平臺2018—2019年收集的菌株。1235株細菌均來源于非重復患者的血培養標本，血培養操作遵照《臨床微生物實驗室血培養操作規范》(WS/T503-2017)[7]，并排除污染菌株。細菌鑒定采用布魯克公司的MALDI Biotyper微生物快速質譜鑒定系統，操作步驟與質量控制均遵照廠家提供的操作手冊，基質液和標準品為廠家配套產品。

1.3菌株的藥敏試驗 采用頭孢西丁紙片法檢測葡萄球菌對甲氧西林耐藥性，具體方法如下：將待測菌株接種于哥倫比亞血瓊脂平板，35 ℃培養18～24 h，取適量菌落于0.9%氯化鈉溶液中調成0.5麥氏濁度菌懸液，然后按要求均勻涂布于M-H瓊脂，最后將頭孢西丁紙片貼于其上，35 ℃培養16～18 h，量取抑菌圈直徑觀察結果，具體操作和判定標準遵照臨床實驗室標準化協會(Clinical and Laboratory Standards Institute，CLSI)文件M100-S30[8]。對萬古霉素(溫州康泰生物科技公司)和替考拉寧(大連美倫生物技術有限公司)的最低抑菌濃度(minimum inhibitory concentration，MIC)檢測采用微量肉湯稀釋法，具體操作和判定標準遵照CLSI文件M100-S30[8]。

1.4給藥方案 各組給藥劑量依據國家食品藥品監督管理局(CFDA)批準的萬古霉素(商品名：穩可信，禮來蘇州制藥有限公司)藥品說明書和替考拉寧(商品名：他格適，賽諾菲北京制藥有限公司)藥品說明書，確定萬古霉素與替考拉寧給藥方案，萬古霉素：500 mg、q12h，1000 mg、qd，1000 mg、q12h，1000 mg、q8h；替考拉寧：400 mg、qd，600 mg、qd，400 mg、q12h，600 mg、q12h(首劑負荷)。以上給藥方案針對的研究對象是≥18歲成人。

1.5蒙特卡洛模擬 以萬古霉素和替考拉寧在不同腎功能患者體內的PK參數和對MRS菌株的藥效學數據建立PK/PD模型，萬古霉素與替考拉寧均為長抗菌后效應(postantibiotic effect，PAE)的時間濃度依賴性抗菌藥，其抑菌效果隨濃度提高而增大，其PK/PD參數可以表示為：AUIC=AUC·MIC-1，其計算公式為：AUC24h=Dose24·CL-1，AUC24h·MIC-1=Dose24·CL-1·MIC-1。其中，AUC24h為24 h藥物濃度-時間曲線下面積(mg·h·L-1)；Dose24為24 h給藥劑量(mg·kg-1)；CL為萬古霉素的血漿清除率(L·kg-1·h-1)；MIC為最低抑菌濃度(μg·mL-1)。fAUC24=AUC24h×游離參數，根據文獻，萬古霉素在人血液中的游離參數被設定為50%[9]。

根據PK/PD模型，本研究將AUIC作為靶參數，對以上設定的給藥方案進行蒙特卡洛模擬，可得到PK/PD參數達標概率(probabtarget，PTA)或累計反應分數(cumulative reaction fraction，CFR)。評價與優化給藥方案采用比較PTA或CFR的大小，當 PTA最高或當菌株的MIC不確定而對不同腎功能患者采取經驗性治療時，可參考目標菌群的CFR值，將PTA≥90%或 CFR≥90%設定為治療方案可能的最佳選擇。

本研究采用浙江大學醫學院附屬第一醫院傳染病診治國家重點實驗室購買自美國甲骨文公司的水晶球軟件(版本11.1.2.4.000)進行MCS，分別對不同MIC值下的給藥方案進行MCS。參照文獻[6，10]，本研究中萬古霉素與替考拉寧治療MRS可獲得滿意療效的藥效學目標分別設定為：fAUIC≥200和AUIC≥800。假設藥動學參數服從對數正態分布，MIC值服從自定義分布，模擬運行10 000次，置信區間設為95%，計算各組不同腎功能患者在不同給藥方案下的PTA與CFR。

2 結果

2.1細菌鑒定與藥敏試驗結果 頭孢西丁紙片法檢測結果顯示，納入研究的1235株葡萄球菌均對甲氧西林耐藥，具體包括金黃色葡萄球菌(sau)394株、人葡萄球菌(sho)316株、表皮葡萄球菌(sep)280株、溶血葡萄球菌(shl)151株和頭狀葡萄球菌(sca)94株。萬古霉素藥敏試驗結果顯示，2株金黃色葡萄球菌與1株人葡萄球菌為中介，其他菌株均敏感。替考拉寧藥敏試驗結果顯示，12株和2株金黃色葡萄球菌分別為中介和耐藥，其他菌株均敏感。萬古霉素與替考拉寧對不同細菌MIC值分布頻率見表2。

表2 萬古霉素與替考拉寧對不同菌株的MIC值頻率分布

2.2蒙特卡洛模擬抗菌藥物不同給藥方案對MRS的PTA 4種萬古霉素給藥方案的研究結果顯示，3種腎功能情況下，MIC≥4 μg·mL-1時，PTA值均<90%；MIC=0.25 μg·mL-1時，PTA值均達到100%；MIC值0.5～2 μg·mL-1時，PTA值隨MIC值波動于0～100%。具體數據見表3。4種替考拉寧給藥方案的研究結果顯示，3種腎功能情況下，MIC≥4 μg·mL-1時，PTA值均<90%；MIC≤0.5 μg·mL-1時，PTA值均達到100%；MIC值1～2 μg·mL-1時，PTA值隨MIC值波動于0～100%，具體見表4。

表3 3組萬古霉素不同給藥方案對MRS的PTA

表4 3組替考拉寧不同給藥方案對MRS的PTA

2.3蒙特卡洛模擬抗菌藥物不同給藥方案對MRS的CFR值 上述PTA值為特定給藥方案在已知MIC值下達到PK/PD參數目標閾值的概率。但臨床在面對MRS導致的血流感染危急情況時，通常需要在藥敏試驗結果尚未出來前制定合理經驗給藥方案，此時參考CFR值有較大幫助，因為CFR值代表某種給藥方案對所有可能MIC值范圍內的菌株群體達到PK/PD參數目標閾值的概率。

對萬古霉素給藥方案的研究結果顯示，腎功能重度不全時，給藥方案1000 mg、q12h對sho的CFR為90.2%，給藥方案1000 mg、q8h對5種MRS菌株的CRF均>94.0%；腎功能中度不全時，給藥方案1000 mg、q8h對sho的CFR為90.4%；其他所有給藥方案對其他菌株的CRF均<90%，具體見表5。對替考拉寧給藥方案的研究顯示，在3種腎功能下，4種替考拉寧給藥方案對金黃色葡萄球菌和溶血葡萄球菌的CRF值均<90%；部分給藥可能對人葡萄球菌、表皮葡萄球菌和頭狀葡萄球菌的CRF值>90%，具體見表6。

表5 3組萬古霉素給藥方案對MRS的CFR

表6 3組替考拉寧給藥方案對MRS的CFR

3 討論

蒙特卡洛模擬是一種先進的統計建模方法，可以依據藥動學個體差異和藥敏試驗結果擴大樣本量，以使用不同的模擬方案預測治療目標的成功可能性。其通過計算PTA和CFR以探索不同模擬劑量方案的最佳折點，并確定經驗性抗菌治療的適當劑量方案和治療成功的可能性。本研究綜合考量臨床分離菌株的耐藥水平和患者腎功能狀態，借助蒙特卡洛模擬對萬古霉素和替考拉寧治療MRS所致菌血癥的方案進行了初步探討。

研究顯示，正常腎功能情況下，4種萬古霉素給藥方案對5種葡萄球菌的CFR值均<90%，這表明當菌株MIC值不明確時，對于正常腎功能者，本研究中的所有給藥方案對葡萄球菌所致菌血癥的經驗性治療效果不佳。以上情況與既往相關的文獻報道不一致[11]，其原因可能與不同感染來源的葡萄球菌對萬古霉素的敏感程度存在差異，也可能是近年來在抗菌藥物壓力下，萬古霉素對葡萄球菌的MIC值增高造成的。1000 mg、q8h給藥方案是本研究中唯一可能達到療效的方案，但結合萬古霉素腎毒性，尤其是在腎功能不全患者中，此劑量下發生腎毒性的風險將會顯著增高[12]。針對腎功能不全患者，常規需要降低給藥劑量至500 mg、q12h或500 mg、q24h，在該給藥方案下，本研究發現對MRS所取得的CFR值僅為8.3%～57.0%，表明采用萬古霉素治療葡萄球菌所致菌血癥時，有必要檢測菌株MIC值，這將有利于提前評估療效并決策聯合其他抗菌藥物治療的必要性。

替考拉寧與萬古霉素同屬糖肽類抗菌藥物，是臨床常用治療革蘭陽性菌感染的重要藥物。替考拉寧對多種革蘭陽性球菌具有高等抗菌活性，對大多數金黃色葡萄球菌和其他凝固酶陰性葡萄球菌的抗菌活性與萬古霉素一致或略優。本研究顯示，在3種腎功能狀態下，針對MRSA，4種替考拉寧給藥方案的CFR值均<90%，表明替考拉寧用于治療MRSA所致菌血癥時應適當提高劑量以提高療效或者與其他抗菌藥物聯合治療，這與相關文獻的推薦一致[13]。對于MRCNS而言，后3種給藥方案對于人葡萄球菌的CFR值在不同腎功能情況下均能超過90%；但對其他菌種的CFR值則因腎功能狀態呈現不同水平。此外，本研究顯示替考拉寧治療溶血葡萄球菌的CFR值在5種葡萄球菌中最低，這可能與本研究中溶血葡萄球菌對替考拉寧的MIC值較高有關，也與相關文獻的報道一致[13]。與萬古霉素類似，在不同MIC值情況下，各給藥方案的PTA存在差異。當MIC≥4 μg·mL-1時，3種腎功能情況下4種給藥方案的PTA均<90%；但當MIC≤0.5 μg·mL-1時，3種腎功能情況下4種給藥方案PTA均>90%。這表明采用替考拉寧治療MRS所致菌血癥時，有必要檢測菌株MIC值，這將有利于選擇更佳的治療方案或評估療效和調整治療方案。此外值得關注的是，本研究發現了2株對替考拉寧耐藥的金黃色葡萄球菌，此類特殊耐藥菌株近年來有少量文獻報道[14-15]，其耐藥機制可能與tcaRAB、vraSR、graSR等基因的突變有關[15]，但確切耐藥機制有待進一步研究。

總之，本研究通過大數據方法，對來源于全國的1235株血流感染來源的葡萄球菌的萬古霉素和替考拉寧MIC值進行測定，并結合不同腎功能狀態下的相關藥動學參數，采用蒙特卡洛模擬對萬古霉素和替考拉寧治療MRS所致血流感染的給藥方案進行相關評價。本研究表明，經驗性用藥時，目前推薦萬古霉素給藥方案1000 mg、q12h對多數MRS所致菌血癥療效欠佳，有必要根據患者腎功能狀態合理提高劑量或者聯合其他抗菌藥物治療。此外，測定MIC值對于萬古霉素和替考拉寧治療方案的制定具有較高價值，這有利于提前評估療效或調整治療方案。需要說明的是，本研究中使用的萬古霉素和替考拉寧藥動學參數來源于國外文獻，考慮到國外人群的體質量相對國內偏高所帶來的影響，其可能對針對國內人群的療效評估產生影響。此外，本研究未考慮患者免疫狀態對療效的影響；同時，蒙特卡洛模擬并不能考慮藥物應用的安全性，也未考慮血流感染患者常伴有多器官受損情況。因此，實際應用時應綜合考慮患者情況，對治療方案進行針對性調整。臨床采用蒙特卡洛模擬所推薦的治療方案時，還應密切關注患者用藥后是否存在不良反應。

志謝：本研究數據來源于全國血流感染細菌耐藥監測聯盟(BRICS)成員單位2018—2019年監測數據，數據使用已獲BRICS成員單位授權。

特此鳴謝BRICS成員單位(排名按實際分析菌株)：

浙江大學醫學院附屬第一醫院；

麗水市中心醫院；

濱州醫學院附屬醫院；

連云港市第一人民醫院；

安徽醫科大學第一附屬醫院；

皖南醫學院弋磯山醫院；

安徽省立醫院；

武漢市普仁醫院；

荊州市第一人民醫院；

寧夏回族自治區人民醫院；

安陽地區醫院；

云南省第二人民醫院；

浙江省中醫院；

黃山市人民醫院；

寧德市閩東醫院；

濟寧醫學院附屬醫院；

慶陽市人民醫院；

滕州市中心人民醫院；

六安市人民醫院；

新疆伊犁哈薩克自治州友誼醫院；

宜春市人民醫院；

九江市第一人民醫院；

山東第一醫科大學附屬省立醫院；

荊州市中心醫院；

贛南醫學院附屬第一醫院；

莆田市第一醫院；

海寧市人民醫院；

勝利油田中心醫院；

牡丹江醫學院附屬紅旗醫院；

寧波大學醫學院附屬醫院；

浙江大學醫學院附屬婦產科醫院；

安徽醫科大學第四附屬醫院；

安徽省天長市人民醫院；

陜西省人民醫院；

河南科技大學第一附屬醫院；

荊州市第二人民醫院；

六安世立醫院；

蚌埠醫學院第二附屬醫院；

河南大學淮河醫院；

山東大學齊魯兒童醫院；

自貢市第三人民醫院；

山西醫科大學第二醫院；

安徽廬江縣人民醫院；

嘉峪關市第一人民醫院；

合肥市第三人民醫院；

中國人民解放軍北部戰區總醫院；

新余市新鋼中心醫院；

西安醫學院第一附屬醫院；

甘肅省中醫院；

郴州市第一人民醫院；

山西醫科大學第一醫院；

云南省盈江縣人民醫院；

福建醫科大學附屬第二醫院；

六安市兒童醫院；

南昌大學第一附屬醫院；

蘭州大學第二醫院。