NDM-1“超级细菌”现状及防治对策

马宏伟 周玉乔,2综述 赵健蕾 周黎明△审校

(1.四川大学华西临床医学院2007级八年制临床医学专业;2.四川大学华西口腔医学院2008级口腔医学专业;3.四川大学华西基础医学与法医学院药理学教研室,四川 成都 610041)

2010年8月11日出版的权威医学杂志《柳叶刀◦传染病》介 绍,在一些国家发现NDM-1(New Delhi metallo-β-lactamase-1)病例,英国37例,印度钦奈地区 44例,印度哈里亚纳邦26例,巴基斯坦和印度其他地方共计73例。携带NDM-1基因的细菌能够对包括广谱抗生素碳青霉烯类在内的绝大部分抗生素产生耐药性[1]。

近几年对超级细菌的报道屡见不鲜：耐甲氧西林金黄色葡萄球菌,所谓的 ESKAPE(肠球菌 Enterococcus faecium,金黄色葡萄球菌S.Aureus,肺炎克雷伯菌Klebsiella,鲍曼不动杆菌Acinetobacter baumannii,铜绿假单胞菌 Pseudomonas aeruginosa,肠杆菌 Enterobacter的缩写)以及其他[2]。多数情况下,这些微生物之所以得到“超级”的头衔不是因为致病性或毒力增加(虽然有些可能在特定情况下导致严重疾病),而是它们对多种抗生素的耐药性增加。

1 碳青霉烯类耐药的出现

碳青霉烯类抗生素包括亚胺培南,美洛培南,帕尼培南,法罗培南等,是抗菌谱最广,抗菌活性最强的非典型β-内酰胺抗生素,因其具有对β-内酰胺酶的稳定性以及低毒性等特点,已经成为治疗多重耐药的G-菌感染最有效的抗菌药物之一。细菌对碳青霉烯类的耐药机制主要有：①青霉素结合蛋白的结合力下降,主要见于耐甲氧西林葡萄球菌及某些肠球菌;②Ⅰ型β-内酰胺酶水解碳青霉烯类的微弱活性加上细菌对碳青霉烯类通透性下降致耐药性产生,主要见于一些肠杆菌及铜绿假单胞菌;③菌株产生含锌的β-内酰胺酶水解碳青霉烯类,这些菌株大多为临床非常见的病原菌。其中一个例子就是携带NDM-1基因的“超级细菌”。

表1 在英国和印度发现的107株产NDM-1肠杆菌对抗生素的敏感性＊[1]

碳青霉烯类因为产超广谱β-内酰胺酶肠杆菌(尤其大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌)的出现而被广泛使用[3]。碳青霉烯类常为治疗产超广谱β-内酰胺酶细菌的最后的选择,因为这些细菌对第三代头孢菌素耐药,在某些情况下对喹诺酮类,氨基糖苷类,复方新诺明以及哌拉西林-三唑巴坦也耐药(表1)。另外,碳青霉烯类还常用于治疗铜绿假单胞菌和耐药鲍曼不动杆菌的感染。然而,在临床实践中产碳青霉烯酶的细菌越来越多地被发现,已危及到碳青霉烯的有效使用,并可能导致新一代革兰阴性“超级细菌”的产生。尤其值得担忧的是,含有这些强大酶类的细菌通常是共生体,从而增加了其在医院外无症状携带者间传播的危险。

碳青霉烯酶根据氨基酸序列的不同可分为三类：Ambler A、D类(丝氨酸碳青霉烯酶类)和Ambler B类(金属碳青霉烯酶)。A类有肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶,B类有VIM-1、IMP-1,D类有苯唑西林酶-48(Oxacillinase-48)。实验室检测碳青霉烯酶有一定难度,因为碳青霉烯对产碳青霉烯酶细菌的最小抑菌浓度(MIC)可因酶类型,酶活性表达,细菌种类,其他耐药机制的存在(例如头孢菌素酶),通透性降低,外排泵的存在而出现显著差异。碳青霉烯类对肠杆菌类的M IC增加可能源于AmpCβ-内酰胺酶的高表达水平,或者是超广谱β-内酰胺酶联合孔蛋白改变的结果。

携带产碳青霉烯酶细菌传播的例子包括：西班牙,意大利,希腊,以色列的VIM-1,土耳其的苯唑西林酶-48(Oxacillinase-48);以及亚洲和巴西的 IMP型[4,5]。

2 什么是NDM-1“超级细菌”

所谓“超级细菌”并不是一种细菌的名称,而是一类对绝大多数抗生素都有强耐药性的细菌的统称。随着抗生素滥用问题日益严重,“超级细菌”的家族也越来越庞大。NDM-1是“新德里-金属-β-内酰胺酶-1”的缩写,因首先发现于印度新德里而得名。金属-β-内酰胺酶(Metallo-beta-lactamases,MBL)又称金属酶,是一组活性部位为金属离子、且必须依赖金属离子的存在而发挥催化活性的酶类,它能水解除单环类以外的包括碳青霉烯在内的一大类β-内酰胺类抗生素,其活性可被离子螯合物EDTA、菲咯啉以及巯基化合物所抑制,但不被克拉维酸、舒巴坦等常见的β-内酰胺酶抑制剂抑制[6]。携带NDM-1耐药基因的细菌产生的特殊金属酶可以灭活碳青霉烯抗生素的活性部位。

正如之前所知,这种酶最初在一株肺炎克雷伯菌中发现,这名瑞士籍患者在印度新德里旅行时发生泌尿道感染。原始细菌对除多粘菌素以外的抗生素都耐药[1]。分子测试显示它含有一种β内酰胺酶,很容易水解青霉素,头孢菌素和碳青霉烯类(氨曲南除外)。

编码这种新型β内酰胺酶的基因(以前未被发现过)存在于一段180 kb的DNA片段上,很容易传给其他肠杆菌类,该基因还包括一系列其他抗性决定因子,包括一个编码广谱β-内酰胺酶(cmy-4)的基因——一种质粒介导的AmpC(头孢菌素酶)β-内酰胺酶,可产生对碳青霉稀类的耐药;以及一个包含arr-2基因的Ⅰ型整合子——是一个新的红霉素酯酶同工酶基因,产生对红霉素耐药。另外,该遗传因子还编码一种能增加抗药性的外排泵[7]。

3 NDM-1的流行现况

NDM-1碳青霉烯酶第一次被报道是在2009年,一名之前在新德里接受过治疗的患者在瑞典医院接受泌尿道感染治疗时,从其尿液中分离出一种耐碳青霉烯的肺炎克雷伯菌[7]。在英国发现的类似病例促使英国健康保护局(HPA)在2009年1月发布全国防治警报[5]。截止2009年底,英国至少从29名病人身上分离出的带有NDM-1碳青霉烯酶的大肠埃希菌和克雷伯菌,携带NDM-1基因的细菌也成为英国耐碳青霉烯的主要菌株[1]。上述29名患者当中17名曾经去印度半岛旅游过,14人曾在当地接受过医疗护理。印度研究人员在印度、巴基斯坦和孟加拉等多个地域发现了携带NDM-1基因的大肠埃希菌和克雷伯菌[1]。尤其值得关注的是哈里亚纳邦分离出的26株菌种有一种无法识别的遗传特征,这说明了单一流行株的传播。

孟买的一家三级医疗中心对2009年8月到11月之间从患者体内分离出的24株耐碳青霉烯肠杆菌种分析,发现其中22株产生NDM-1酶[8]。由于缺乏获得印度半岛NDM-1流行数据的有效途径,致使评估其程度和范围十分困难。

美国疾病控制和预防中心(C DCP)在2010年7月发布宣布,在美国3个州发现了3例产NDM-1的菌株,3名患者全部在印度接受过医疗护理[9]。加拿大安大略省健康保护和促进机构在2010年5月发布警告称,产NDM-1细菌很可能被引入加拿大[10]。随后于2010年8月在安大略省发现第一例菌株,携带者在印度接受过医疗护理。在荷兰发现2例产NDM-1的肺炎克雷伯菌,其携带者均刚从印度归来[11]。一名在孟加拉接受肺炎治疗的澳大利亚人回国后也被检查到NDM-1大肠埃希菌[12]。

2010年10月26日,中国疾病预防控制中心和军事医学科学院同时宣布在中国大陆的宁夏和福建分别发现了“超级细菌”[13]。宁夏两个病例[14]分别为3月8日与3月11日在宁夏回族自治区某县级医院出生的新生儿,且均为低体重儿。两患儿于出生后2至3日出现腹泻和呼吸道感染症状,其中一名患儿还有缺氧表现。随后由产科病房转入儿科病房,分别在住院治疗9天和14天后痊愈后出院。经随访,目前两患儿健康状况良好。两患儿虽然被检出携带耐药基因的屎肠球菌,但患儿所患疾病不一定由该菌株引起。福建的病例是一位携带NDM-1鲍曼不动杆菌的83岁老人,因右肺癌并胸膜转移伴右肺阻塞性肺炎、高血压、脑梗塞后遗症,于2010年 5月12日入院治疗,6月1日出院,6月11死亡。该患者的主要死亡原因为晚期肺癌,鲍曼不动杆菌感染在该患者病程发展中的作用尚不明确。

据报道,发现NDM-1细菌的国家和地区还包括比利时,法国,肯尼亚,日本,新加坡和台湾[14]。

4 原因分析

抗生素的滥用是NDM-1出现的首要原因。印度新德里阿波罗医院传染病专家阿布杜尔◦加法尔在2010年8月中旬接受中国新华社记者吴强采访时说：“近来印度出现携带NDM-1抗药基因的超级细菌与印度国内长期滥用抗生素有关”,“印度是世界上滥用抗生素现象较为严重的国家,今年(2010年)仅在孟买的一家医院就连续发现22例携带NDM-1基因的超级细菌感染病例。”

从微生物进化的角度看,“超级细菌”的出现是微生物与人类斗争的必然结果,是抗菌药物的使用过程中无法避免的[16]。Martnez J L.认为[15],自然界中存在着广泛的耐药基因,如产生抗生素的真菌、放线菌,其抗生素合成基因组中本身就含有“耐药基因”。生活在这些产抗生素菌周围环境中的微生物,为了生存也会进化出“耐药基因”。动物活动、人类迁移、物理因素都能促进这些抗药基因的传播。从耐青霉素的金黄色葡萄球菌到耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌(MRSA),再到耐万古霉素金黄色葡萄球菌(VRSA)的出现,均体现了微生物强大的适应力。再加上目前医疗、畜牧业、农业中广泛大量使用抗生素,更加快了耐药菌株的筛选。

多重耐药株的传播：耐药基因可通过质粒在不同细菌间传播,也可通过医务人员与病人的接触在医院内传播,还可通过无症状携带者造成社区传播。因此,耐药细菌的水平传播能力很强。

国际旅行是耐药菌定植或感染的重要危险因素。加拿大的卡尔加里健康区对产超广谱β-内酰胺酶的大肠埃希菌进行了基于人口的前瞻性的监测。Laupland和他的同事[16]发现海外旅行显著增加检出该大肠埃希菌的风险。在到过印度,中东和非洲的旅客中风险最高。患者感染产NDM-1细菌的危险因素之一为入住印度半岛的医院。虽然疾病和创伤也可导致耐药性微生物的侵袭,但是多数患者都是“医疗旅游热”的参与者,即是发达国家的消费者因其定居地医疗服务过于昂贵或在某些方面尚不完善,所以到国外寻求相宜的医疗保健服务,并与休闲旅游相结合,印度和泰国是医疗旅游的主要目的地[17]。

5 NDM-1的检测

恰当的治疗和控制产碳青霉烯酶肠杆菌感染需要对其迅速准确地识别。值得庆幸的是,虽然目前的研究成果有限,但其中一项研究表明肠杆菌科大多数金属β内酰胺酶介导的碳青霉烯类耐药都可以用市售的自动药敏鉴定系统Vitek 2,MicroScan WalkAway和Phoenix检测出[18]。

6 NDM-1的治疗

报道显示,产碳青霉烯酶的克雷伯菌引起的菌血症的病死率高达50%[19,20]。然而目前治疗该类细菌感染的临床经验十分有限,只有替加环素(Tigecycline)和多黏菌素(Polymyxin)对携带NDM-1基因的菌株显示较好的体外活性。根据目前最全面的微生物评估分析,从英国的37例分离出的NDM-1菌对多黏菌素的 MIC50为0.5 mg◦L-1,MIC90是8 mg◦L-1(也就是说89%敏感);对替加环素的 MIC50为1 mg◦L-1,MIC90是4 mg◦L-1(也就是说65%敏感)。

在5种多黏菌素(多黏菌素A-E)中,临床上使用的是多黏菌素B(Polymyxin B)和多黏菌素E(Colistin)。其肾毒性明显,为最主要的不良反应,发生率约为22.2%,主要损伤肾小管上皮细胞[21]。尽管这种抗生素在50多年前就被批准使用了,但是最有效和低毒性的使用方法仍不明确,很大程度上因为它在上世纪七十年代肾毒性更低的抗生素出现后就被禁用了。最近的报道大多关于粘菌素衍生的制备。多粘菌素E甲磺酸钠(又名多粘菌素磺酸)是多粘菌素E肠外给药的形式,药物在组织内水解成为多粘菌素E后发挥作用。

近期关于多粘菌素E的效能和安全性的报道仅限于回顾性病例报告和病例分析。很多病人有大量潜在的并发症,而病例的数量也不足以全面评估治疗的功效。尽管如此,使用这些药物仍然是有效的。在希腊一所医院中,12名感染产碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌的患者使用了含多粘菌E素的治疗方案,归因死亡率降低为18.8%[22]。虽然发病率比初始预计要低,但是肾毒性仍是主要问题;耐药性的出现也是一大担忧：在纽约,多达25%的多重耐药(包括耐碳青霉烯类)肺炎克雷伯菌对多粘菌素耐药[23]。

替加环素是首个被批准的类抗生素,是四环素衍生物,有包括革兰阴性菌在内的广谱抗菌活性。然而,已经有其耐药性的研究报道。替加环素推荐初始剂量为100 mg静脉注射,维持剂量为每12小时50 mg。临床研究显示它对几乎70%感染碳青霉烯类耐药或多重耐药肠杆菌的患者取得有利结果(虽然样本数量较小)[24]。替加环素临床常见的不良反应是恶心、呕吐和腹泻,其他不良反应包括血液蛋白不足和呼吸困难[25]。近期,美国食品和药物管理局(FDA)更新了替加环素的药品标签,提示与其他抗生素相比,替加环素存在更高的死亡风险[26]。该风险最常见于使用替加环素治疗医院获得性肺炎的患者,尤其是在呼吸机相关肺炎患者中。另外,这种风险在并发皮肤和皮肤结构感染、腹内感染以及糖尿病足感染的患者中也有发生。替加环素与多粘菌素E的联合治疗在临床上也有使用。一项研究显示,多粘菌素E和替加环素对一种相似的碳青霉烯酶有协同作用[27]。目前,对于治疗NDM-1菌和其他碳青霉烯类耐药菌引起的感染尚缺乏确证有效的治疗方案,因此对新的方法的需求尤为迫切。

7 防控对策

首先需要理性看待超级细菌,没必要过度恐慌,也不能盲目乐观。超级细菌并不是一件全新事物,细菌产生耐药性是进化的必然结果;NDM-1只是耐药基因,并不是毒力基因,不会增强细菌的致病力;携带NDM-1的细菌以条件致病菌为主,且多存在与医院中,对公众及健康人影响较小。因此,超级细菌本身不可怕,重要的是敲响了控制多重耐药菌的警钟。

监测耐药菌：针对目前的情况,应该重视并加强对多重耐药菌和泛耐药菌的监测和筛查,尤其是对有相关流行病学史的患者(如曾前往南亚地区)进行致病微生物检测和细菌耐药监测。若发现对碳青霉稀类耐药的菌株,则应进一步鉴定其是否为NDM-1。

消毒隔离制度：针对目前的超级细菌是在医院这个特定环境中出现的,临床上的预防措施应该是遵循严格的消毒和隔离制度以避免交叉感染。

抗生素的合理使用：贯彻执行《抗菌药物临床指导原则》和《卫生部办公厅关于抗菌药物临床应用管理有关问题的通知》;严格控制Ⅰ类切口手术预防用药,加强围手术期抗菌药物预防性应用的管理;严格控制氟喹诺酮类药物临床应用;严格执行抗菌药物分级管理制度。

创新科研思路：鉴于超级细菌耐药产生的原因是“新德里-金属-β-内酰胺酶-1”,建议要努力寻找以此金属酶为靶点的活性物质。多年来我们在筛选新抗生素研究中往往只重视最小抑菌浓度(MIC)而忽视了防止细菌耐药突变的防突变浓度(MPC)。这样选择出的抗生素抑菌作用虽强,但细菌对其产生耐药性的可能性也变大;由于细菌同时发生两个靶位点突变的几率很小(通常在10-6至10-8)[28],所以阻止突变株细菌的选择性生长,可抑制细菌耐药性突变的发展。建议增加 MPC的指标,重视挑选突变选择窗(MPC和MIC差值)小的新药进行重点研究。

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