耐药突变选择窗与抗菌药物防耐药突变浓度的研究进展

刘 淼 刘海凤 郑风劲 审校

1（四川大学 基础医学与法医学院，成都 610041）

2（新乡医学院 第三附属医院，新乡 453003）

目前临床上大量病人反复使用抗菌药物所产生的选择性压力［1］，使细菌中的突变压群逐渐发展成为优势菌群，导致细菌发生不同水平的耐药，以致于这种耐药大规模的传播，造成人类健康的严重威胁。美国学者XilinZhao［2，3］等首先提出了防细菌耐药突变体选择浓度（mutant prevention concentration，MPC），突变选择窗（mutant selection window，MSW）的新假说和新理论，为临床抗菌药物给药方案提供了新思路。

1 抗菌药物的MPC

1.1 MPC的概念

MPC 是指防止单次耐药突变菌株被选择性富集扩增所需的最低抗菌药物浓度。这一概念最早是由美国国立卫生研究院的XilinZhao 研究小组于1999年提出的，用于评价抗菌药物的抗菌活性并反映其抑制细菌耐药的能力。

细菌发生耐药突变，并在菌群中得到选择性优势生长，是细菌产生耐药的必需条件。据研究［4］，细菌出现耐药必须具备两个条件：（1）出现耐药突变菌株；（2）该耐药突变菌株在菌群中的到选择性优势增菌（也称富集扩增）。通常情况下，细菌在繁殖过程中会因为自发的遗传变异或耐药基因在细菌间的水平转移等原因而产生耐药突变菌，但这种突变菌株的出现频率较低［5］，一般需要菌群的菌落数目达到107时，才有可能出现1 个耐药突变菌株。细菌数量达到1014时，才可能出现同时发生两次耐药突变的菌株。临床实际中，人体感染部位可达到1010CFU，但不可能达到1014CFU，因此将没有双重突变菌株供选择，MPC 的理论就是在此基础上提出，试图通过防止最不敏感、一步耐药突变菌株被选择性富集扩增，从而限制细菌耐药的进一步发展。

1.2 MPC的测定方法

MPC的测定方法最早是由Dong［6］等建立的。研究发现，随着琼脂平板中氟喹诺酮（FQ）药物浓度的增加，平板中生存的结核分支杆菌和金黄色葡萄球菌恢复增长的菌落数出现两次明显下降。第一次下降发生在MIC 时，归因于抑制了野生型药物敏感性细菌的生长，随着药物浓度增加，恢复增长的菌落数逐渐减少并维持在一个相对稳定的水平（平台期）；随着药物浓度的进一步增长，直至某一限度时，琼脂板上没有了菌落的生长，即达到了抑制单步突变耐药菌生长的浓度（MPC），在这一过程中出现了菌落数第二次的明显下降。

标准的测定使用104～105CFU 的细菌，由于人体感染部位的细菌数量很少能超过1010CFU，且从1010CFU细菌中能敏感地发现耐药突变菌（103），同时超过1010CFU 在操作起来具有一定困难，因此规定MPC测定时使用数量为1010CFU的细菌［7］。

1.3 MPC的适用范围

目前Zhao［8］的观点普遍为大家认同：MPC 是一个活性测定，所以MPC 概念适用于广泛的遗传耐药问题，而不仅仅是双靶位药物氟喹诺酮类（FQ）耐药问题。除FQ 外，研究者还检测了红霉素、青霉素、四环素、妥布霉素、利萘唑酮和泰利霉素等抗菌药对金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌、大肠杆菌、流感嗜血杆菌、结核分支杆菌及包皮垢分枝杆菌等细菌的MPC。其菌落恢复生长曲线均可见随着药物浓度升高有两次明显的下降，只是平台的宽度各不相同。因此，MPC不仅仅适用于杀菌药物，而且对抑菌药物也同样适用。

2 抗菌药物的MSW

2.1 MSW 概念

细菌突变耐药株在最低抑菌浓度（MIC）到防突变浓度（MPC）之间会被选择出来，此为突变选择窗。低于MIC，因为敏感株细菌和突变株细菌都不被抑制，故突变株细菌不被选择实现；高于MPC，因细菌同时兼有两种耐药机制几率非常小［9～10］，故突变株细菌已被杀灭，。当药物浓度大部分时间处于MSW 内时，耐药突变菌株被选择性富集扩增。该理论与传统理论的区别在于传统理论认为在抗菌药物浓度低于MPC 时，耐药突变菌株易被诱导产生，从而导致细菌耐药，忽略了药物浓度落在MSW内时，导致的耐药突变菌株的选择性富集。低于MIC的治疗浓度不会导致耐药突变菌株的选择性富集，因它可使整个病原菌群增强，从而相对地增加了耐药突变菌株数量，而这些耐药突变菌株在以后的抗菌药物治疗中将被选择性富集扩增。

2.2 MSW 的理论依据

1990年Baquero［11］最早提出抗菌药物存在一个最易选择出耐药突变体的危险浓度区域，但没有进一步实验证实。1999年Dong［6］等通过氟喹诺同类药物对结核分枝杆菌和金黄色葡萄球菌作用的研究定义了最小抑菌浓度MIC 和防耐药突变浓度（MPC）的范围为MSW。而后又有Blonduau 和Hansen等测定氟喹诺酮药物对肺炎链球菌的MIC，MPC，通过与氟喹诺酮药物的药代动力学参数的比较印证MSW 理论。

目前临床上已测出MPC 的细菌包括肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、铜绿假单孢菌、结核分枝杆菌等，研究结果表明目前临床上应用的药物治疗量落在了MSW 内，在解释了目前临床广泛、严重耐药问题的原因［12］的同时印证了MSW 理论。

2.3 MSW 的适用范围

和MPC一样，MSW 概念适用于广泛的遗传耐药问题，而不仅仅是氟喹诺酮类（FQ）药物；MSW概念关心的不是具体外排机制、靶位改变或是水解酶去阻遏引起的耐药，而是细菌是否被选择性富集。因此，MSW 概念适用于突变积累过程的任何一步。再者，因引入了MPC 作为抗菌药物活性测定，且杀菌活性不是抑制耐药突变菌株扩增的必要条件，所以MSW 概念不要求MPC 与敏感菌的MIC紧密相关，也不要求MPC 与药物杀菌活性相关，因此MSW 也适用于非杀菌性药物。

3 基于MSW 理论的治疗策略

3.1 缩小MSW

缩小MSW 的方法有两个：（1）缩短血浆（或组织、器官）药物浓度在MSW 中的时间。原则上，首次使药物快速达峰浓度而通过MSW，并使其余的治疗时间保持在MPC 浓度之上而最大限度的缩短突变选择的时间。（2）减少MPC 和MIC 的差距：MS W 的宽窄可以通过选择指数（SI）即MP C／MI C 比值大小来评价，选择指数越小，MPC 与MIC差距越小，反应该药物具有越强的限制耐药突变株选择的能力，为临床提供了一项新的疗效评定标准。C－8－甲氧基FQ 较C－8－氢FQ 有较强的杀灭突变菌株活性，因而具有较低的MPC。而对于大肠埃希菌，C－8－甲氧基可提高FQ 对野生型敏感菌的进一步缩小选择窗。

3.2 药物联合应用关闭MSW［13］

对大多数药物来说，要获得血浆或组织液药物浓度超过MPC 是很困难的，因为一般该浓度将引起患者严重的毒副反应。当两种不同作用机制的抗菌药物联合应用并同时处于各自的MIC 之上时，细菌需要同时发生两种耐药突变才能生长。因此不同作用机制的药物联合应用提供了一种关闭MSW的途径，即使这些药物各自都有非常高的MPC，但仍有多种情况致使MSW 开放：（1）两种药物的药代动力图不完全重叠而使MSW 开放：两种药物的浓度在不同的时间内大于各自的MIC；（2）由于药物浓度的波动而使MSW 开放：一种药物浓度暂时性低于其MIC，而另一种药物仍在其MIC之上；（3）药物的MIC 提高或组织／血浆药物浓度波动而使MSW 开放；（4）由于一种耐药突变而导致细菌多药耐药：如外排系统的突变可导致对多种不同类型的抗菌药物同时耐药。因此，当几种不同作用机制的药物有类似的药代动力学时，通过剂量和处方管理使几种药物在治疗过程中一直保持在各自的MIC之上才能达到理想的治疗效果。陈愉、张智洁等研究证明单药治疗易导致耐药突变菌株的富集生长，可通过联合用药方式限制细菌耐药的发生［14］。

4 MPC，MSW 理论对新药研发的指导意义

目前细菌耐药已进入了多药耐药阶段，克服耐药将是开发新药的新要求。从耐药突变菌被选择角度看，因为提高MIC 可以缩窄MSW，杀菌剂在MSW 内杀灭大量敏感菌，可能比抑菌剂更容易选择出耐药突变菌所以MIC 较低的抗菌药和杀菌剂都不是最符合要求的。从MPC，MSW 理论可知，最有效的抗生素应该是可以阻断或杀灭耐药突变菌的药物，研究发现［15］，将C－8甲氧基加入环丙沙星，可使后者的MPC 及选择指数显著下降，可见改变药物结构可以缩窄MSW，这对改造现有抗菌药提高其抗耐药菌活性，延长抗菌药的使用寿命具有现实意义。通过测定生长在不同温度和氧张力下大肠杆菌，对不同FQ 药物的MIC，MPC，并根据MPC，t1／2计算出假定选择周期，发现新近研制的半衰期长的抗菌药，尽管服用方便，但药物浓度在MSW 内的时间较长，有利于细菌对FQ 耐药突变的发生，因此研制半衰期长的新药还需慎重考虑MSW［16］。

研究还发现，万古霉素与磷霉素联合缩小MRSA 耐药突变窗的能力强于万古霉素与利福平的联合方案，而磷霉素MSW 较利福平平台期窄得多，因此，各单药的MSW 越窄，联合使用后MPC 降低的幅度越大［17］，对指导临床联合用药具有深远意义。

MPC，MSW 理论增加了限制耐药的新目标。因此，MPC低、MSW 窄，能安全地使血清药物浓度超过MPC，并保持一定时间的药物成为新开发的最理想抗菌药；也可通过调整用药剂量［18］，寻找不同结构和作用机制药物，使其药动学匹配等方法，通过对生物利用度、生物有效性、组织分布等研究而指导开发两药或多药联合治疗成为研究重点。MPC，MSW 策略的提出，改变了以往研发抗菌药的理念，必将对开发新药、重构用药方案及PK／PD 评价理论，以解决临床耐药难题产生深远的影响。

5 结语

随着MPC研究的深入，这一理论日益受到实验室与临床的重视，并逐渐被接受。如果通过动物体内实验及人体实验能够验证MPC及MSW 理论，将会彻底改变目前的用药方案及药效学评价理论，同时也为解决临床耐药难题提供一种新的思路和方法。

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