多重耐藥肺炎克雷伯菌耐藥機(jī)制及治療策略的研究進(jìn)展

齊臻 綜述 朱曄涵 審校

蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)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(dǎo)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(guó)均有報(bào)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(dāng)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(hù)病房和新生兒病房易爆發(fā)MDR-Kpn感染[2]，也有研究結(jié)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(hù)病房、吸痰、手術(shù)史、輸血史等有關(guān)[3]。MDR-Kpn 菌株的產(chǎn)生和傳播是目前亟待解決的問(wèn)題。了解MDR-Kpn 的耐藥機(jī)制、制定有效的治療策略對(duì)臨床工作有重要意義。以下就近幾年內(nèi)對(duì)MDR-Kpn 的耐藥機(jī)制研究及治療策略進(jìn)展方面做一簡(jiǎn)要綜述。

1 多重耐藥肺炎克雷伯菌的主要耐藥機(jī)制

Kpn為革蘭陰性短桿菌，細(xì)胞膜由內(nèi)膜、含肽聚糖層的水性周質(zhì)及外膜三層結(jié)構(gòu)組成，由于結(jié)構(gòu)上的特殊性，大部分抗菌藥難以通過(guò)其細(xì)胞膜產(chǎn)生抗菌作用[4]。Kpn 多重耐藥的主要機(jī)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(guò)質(zhì)粒結(jié)合方式的耐藥基因轉(zhuǎn)導(dǎo)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(qiáng)外排泵(efflux pumps)是細(xì)菌將胞內(nèi)的藥物或毒物排出細(xì)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(jié)節(jié)分化家族(RND家族)和 ATP 結(jié)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(xì)菌體外，以降低細(xì)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(duì)編碼外排泵基因的抑制作用減弱，外排泵基因的表達(dá)亢進(jìn)，則細(xì)菌耐藥性增強(qiáng)[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(jìn)入菌體。Kpn中與碳青霉烯類藥物耐藥相關(guān)的膜蛋白有OmpK26、OmpK35、OmpK36 和 OmpK37[8]。OmpK35 和 OmpK36 編 碼基因的改變會(huì)導(dǎo)致Omp 結(jié)構(gòu)、孔徑大小和特性發(fā)生變化，進(jìn)而抑制抗菌藥物的擴(kuò)散及與靶目標(biāo)的結(jié)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(dǎo)Kpn臨床分離株對(duì)碳青霉烯類產(chǎn)生耐藥。故轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的Omp減少可使細(xì)菌產(chǎn)生暫時(shí)性耐藥。

1.1.3 青霉素結(jié)合蛋白(penicillin binding proteins，PBPs)改變 青霉素結(jié)合蛋白是一類催化細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖結(jié)構(gòu)合成的酶，結(jié)合碳青霉烯類藥物后會(huì)長(zhǎng)時(shí)間酰化從而活性降低甚至失活[11]，導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)破損，菌體破裂死亡。由于哺乳動(dòng)物細(xì)胞無(wú)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，故使用碳青霉烯類藥物時(shí)機(jī)體正常細(xì)胞不會(huì)受到影響[12]。PBPs是細(xì)胞壁上抗菌藥的主要靶點(diǎn)，若編碼PBPs的基因表達(dá)量減少或組成PBPs的結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，則會(huì)導(dǎo)致碳青霉烯類藥物與細(xì)菌結(jié)合減少，耐藥性增強(qiáng)。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(gè)氨基酸被替換就會(huì)極大增加細(xì)菌對(duì)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(yīng)用廣泛。產(chǎn)生β-內(nèi)酰胺酶是對(duì)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(zhǎng)期應(yīng)用也可誘導(dǎo)產(chǎn)ESBLs的Kpn的形成。β-內(nèi)酰胺酶通過(guò)質(zhì)粒介導(dǎo)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(xué)家針對(duì)耐藥機(jī)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(jié)合細(xì)菌核糖體后通過(guò)干擾細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成、破壞細(xì)菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)從而起到抗菌作用，對(duì)Kpn 感染療效較好。氨基糖甙類抗菌藥物主要的耐藥機(jī)制是細(xì)菌產(chǎn)生共價(jià)修飾酶即氨基糖甙類滅活酶，該酶主要存在于細(xì)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)生乙酰化作用變成氨基糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶(AAC)，以上酶類對(duì)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(dǎo)致細(xì)菌對(duì)氨基糖苷類抗菌藥耐藥性增強(qiáng)。

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(dǎo)致Kpn 對(duì)碳青霉烯類抗菌藥物敏感性下降最關(guān)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(jiǎn)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(guó)首次分離出產(chǎn) KPC 的 Kpn 菌株，在我國(guó)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(duì)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(jiǎn)稱B 類酶，都最少含有一個(gè)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(fù)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(xì)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(jìn)一步產(chǎn)生多重耐藥[24]，對(duì)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(duì)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O(shè)XA48最為常見[25]。D類碳青霉烯酶種類繁多，文獻(xiàn)報(bào)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(jié)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(dǎo)致廣泛耐藥，BERGLUND等[26]的研究證實(shí)某菌株如同時(shí)攜帶OXA-48 與黏菌素耐藥基因MCR-1，則對(duì)碳青霉烯類和多黏菌素均會(huì)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(xì)菌在機(jī)體內(nèi)繁殖分化的過(guò)程中會(huì)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(bǔ)體等進(jìn)入菌體，并協(xié)助β-內(nèi)酰胺酶破壞抗菌藥分子，使細(xì)菌耐藥性增強(qiáng)[28]。氨基糖類藥物與生物被膜上的正電荷性質(zhì)一致，在進(jìn)入細(xì)菌時(shí)除機(jī)械屏障、化學(xué)滅活外又增加了電荷屏障，使Kpn 對(duì)氨基糖類藥物耐藥性進(jìn)一步增強(qiáng)[29]。生物被膜的存在增強(qiáng)了Kpn 在各種環(huán)境條件下的適應(yīng)能力、抵抗宿主免疫反應(yīng)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(duì)氟喹諾酮類藥物耐藥的主要機(jī)制為編碼DNA旋轉(zhuǎn)酶中的CyrA基因及編碼的拓?fù)洚悩?gòu)酶的ParC基因發(fā)生變異，相關(guān)抗菌藥同酶-DNA 的復(fù)合物無(wú)法有效結(jié)合，導(dǎo)致抑制細(xì)菌DNA合成的功能失效[31]。如果CyrA與ParC同時(shí)突變，Kpn 對(duì)氟喹諾酮類藥物的耐藥性會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)[32]。WANG 等[33]通過(guò)病毒體譜發(fā)現(xiàn)blaKPC 基因突變與Kpn 對(duì)碳青霉烯的耐藥等有關(guān)。LI 等[34]通過(guò)對(duì)一株MDR-Kpn 進(jìn)行全基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)耐藥質(zhì)粒是Kpn 廣泛耐藥的遺傳機(jī)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(dǎo)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(shí)要重視細(xì)菌藥敏試驗(yàn)的作用，應(yīng)選擇藥敏結(jié)果提示敏感的抗菌藥物，還要注意聯(lián)合用藥時(shí)藥物的協(xié)同性[35]。給藥時(shí)注意根據(jù)不同患者的年齡、肝腎功能及體表面積來(lái)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(qiáng)的非典型β-內(nèi)酰胺酶類抗菌藥，對(duì)大多數(shù)β-內(nèi)酰胺酶相對(duì)穩(wěn)定[36]，是目前我國(guó)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(shí)，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(guò)程中要嚴(yán)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(guó)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(yán)重耐藥的革蘭陰性菌感染。體外藥敏試驗(yàn)證實(shí)多黏菌素存在異質(zhì)性耐藥，單獨(dú)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(yīng)用[38]。EZADI等[39]發(fā)現(xiàn)以多黏菌素B為基礎(chǔ)聯(lián)合用藥治療MDR-Kpn感染療效較好，同時(shí)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(yīng)用可治療生物被膜相關(guān)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(cè)腎功能，關(guān)注不良反應(yīng)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(jī)制是與細(xì)菌核糖體可逆性結(jié)合從而抑制蛋白質(zhì)的合成，抗菌譜廣泛，抗菌效能高。美國(guó)食品藥品管理局批準(zhǔn)其用于治療復(fù)雜性皮膚軟組織感染，復(fù)雜性腹腔感染和難治性細(xì)菌引起的社區(qū)獲得性肺炎[41]。為了預(yù)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(guò)與PBP3 結(jié)合抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合成，對(duì)革蘭氏陰性菌有很強(qiáng)的抗菌活性。碳青霉烯類藥物問(wèn)世時(shí)氨曲南幾乎被棄用，隨著CRKP的傳播，氨曲南在臨床應(yīng)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(yán)重感染[42]。氨曲南抗菌譜窄，不良反應(yīng)較少，結(jié)合藥敏結(jié)果應(yīng)用可有效避免因?yàn)E用而誘導(dǎo)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(fù)合制劑，對(duì)于MDR-Kpn感染，β-內(nèi)酰胺類/β-內(nèi)酰胺酶抑制劑復(fù)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(fù)合制劑頭孢他啶-阿維巴坦在國(guó)內(nèi)批準(zhǔn)應(yīng)用臨于臨床，其對(duì)存在ESBLs、KPC、AmpC及OXA-48耐藥機(jī)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(shí)阿維巴坦擴(kuò)大了頭孢他啶的活性范圍，增強(qiáng)了對(duì)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(gè)兼顧多重耐藥機(jī)制的合理選擇。BUSH[16]報(bào)道一例同時(shí)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組織穿透性較好，可與多種細(xì)菌細(xì)胞壁結(jié)合后破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)發(fā)揮抗菌作用。磷霉素與多種抗菌藥聯(lián)合用藥時(shí)均表現(xiàn)為協(xié)同作用，且無(wú)交叉耐藥產(chǎn)生[45]。磷霉素還可以抑制細(xì)菌生物被膜形成，從而加速機(jī)體對(duì)細(xì)菌的清除，提高藥物抗菌效果[46]。長(zhǎng)期應(yīng)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(jǐn)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(guó)批準(zhǔn)上市的第5 代新型頭孢菌素，其結(jié)合三價(jià)鐵后通過(guò)革蘭氏陰性菌細(xì)胞膜上的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，通過(guò)這種轉(zhuǎn)運(yùn)方式，頭孢地爾可在細(xì)菌胞內(nèi)達(dá)到一定的濃度并抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的合成過(guò)程。目前頭孢地爾尚未進(jìn)入我國(guó)臨床，但臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明頭孢地爾治療組對(duì)革蘭氏陰性桿菌的有效性強(qiáng)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(yīng)用于臨床，從而增加亞胺培南對(duì)非發(fā)酵革蘭氏陰性菌的抗菌活性。臨床實(shí)驗(yàn)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(duì)醫(yī)院獲得性肺炎和呼吸機(jī)相關(guān)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(yīng)用于我國(guó)臨床，但根據(jù)臨床研究結(jié)果其對(duì)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(jié)構(gòu)基礎(chǔ)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(guò)抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成而起到抗菌作用[49]。臨床實(shí)驗(yàn)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(yán)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(duì)包括產(chǎn)ESBLs的Kpn等腸桿菌和多種革蘭氏陽(yáng)性菌均有抗菌活性。依拉瓦霉素的蛋白質(zhì)結(jié)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(yīng)是惡心、嘔吐和腹瀉。臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，對(duì)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(xì)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(yù)后較差。因耐藥速度快、耐藥范圍廣，耐藥機(jī)制復(fù)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(wèn)題及難點(diǎn)。探究細(xì)菌耐藥機(jī)制，加強(qiáng)MDR-Kpn的流行病學(xué)監(jiān)測(cè)，控制耐藥菌株的播散，延緩抗菌藥耐藥進(jìn)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。