碳青霉烯类耐药肺炎克雷伯杆菌耐药机制及治疗策略研究进展

赖宁燕 虞亦鸣 邓在春

[摘要] 肺炎克雷伯杆菌（Klebsiella pneumonia，KP）是临床常见致病菌之一，近年来随着碳青霉烯类抗生素应用的增加，碳青霉烯类耐药肺炎克雷伯杆菌（Carbapenem-resistant klebsiella pneumoniae，CRKP）逐渐增多，并在世界范围内爆发流行，其呈多重耐药性，感染后病死率高，预后不良。CRKP耐药机制主要包括产碳青霉烯酶、产高水平的AmpC酶或超广谱β内酰胺酶（Extended-spectrum β-lactamases，ESBL）合并外膜孔蛋白（Outer membrane pore protein，Omp）缺失、外排泵、逃避补体识别和攻击等。CRKP的治疗手段局限，多为抗生素联合治疗，疗效欠佳。为改善患者预后，提高临床对CRKP的认识及诊治，本文就CRKP的耐药机制及治疗策略进行综述。

[关键词] 肺炎克雷伯杆菌;碳青霉烯类耐药;耐药机制;治疗策略

[中图分类号] R446.5          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-9701（2019）36-0163-06

Research progress in resistant mechanism and treatment strategy of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae

LAI Ningyan1， 2   YU Yiming1， 2   DENG Zaichun1， 2

1.Medical School of Ningbo University， Ningbo   315211， China; 2.Department of Respiratory and Critical Care Medicine， the Affiliated Hospital of Medical School of Ningbo University， Ningbo   315020， China

[Abstract] Klebsiella pneumonia （KP） is one of the most common clinical pathogens. In recent years， with the increasing application of carbapenems， carbapenem-resistant Klebsiella pneumonia （CRKP） gradually increases and has epidemic outbreaks in worldwide， with multiple resistances， high mortality after infection and poor prognosis. The resistant mechanisms of CRKP mainly include the production of carbapenemases， high-level AmpC enzyme or extended-Spectrum β-Lactamases （ESBL） combined with deletion， efflux pump， and evasion of recognition attack by complement of outer membrane pore protein （Omp）. There are limited treatment methods for CRKP， which mostly is antibiotic combination therapy， with poor effect. In order to improve the prognosis of patients and enhance the clinical understanding and diagnosis and treatment of CRKP， the resistant mechanism and treatment strategy of CRKP are simply summarized in this paper.

[Key words] Klebsiella pneumonia; Carbapenem-resistant; Resistant mechanism; Treatment strategy

近年來，随着碳青霉烯类药物应用的增加，CRKP感染率及检出率逐年升高，在世界范围内爆发流行，因其多重耐药性曾被称为“超级细菌”，患者在感染后45 d内极易发生血流感染，病死率高达42.14%[1-2]。由于治疗手段受限，严重影响患者治疗效果及预后，因此控制肺炎克雷伯杆菌耐药情况成为亟待解决的问题。本文主要就CRKP的耐药机制及治疗策略进行综述，提高临床对CRKP的认识及诊治，改善患者预后。

1 CRKP流行病学概况

全球CRKP耐药率呈现出广泛差异，CRKP耐药率在印度最高约60%，在部分南美洲国家也超过15%，在东南亚国家虽然很低，但处于上升趋势，我国肺炎克雷伯杆菌中CRKP可能低于10%[3]。2017年世界卫生组织发布了一份目前世界流行病原体清单，其中碳青霉烯类及第三代头孢菌素耐药肠杆菌科细菌位列世界第三，其中最常见的即为肺炎克雷伯杆菌[4]。据2017年CHINET中国细菌耐药性监测显示，我国肺炎克雷伯菌对亚胺培南和美罗培南的耐药率分别从2005年的3.0%、2.9%上升到2017年的20.9%、24.0%，耐药率上升幅度高达8倍[5]。在Marcos López-Dosil等[6]的研究中分析了位于马德里的两家医院2013～2014年检测到的197株耐碳青霉烯类肠杆菌科细菌（Carbapenem resistant Enterobacteriaceae，CRE），其中最常见的为CRKP（87.8%），OXA-48是最常见的碳青霉烯酶（91.9%）。在Asmir Ald？觩i A等[7]所研究的9种革兰阴性多重耐药菌中，感染分离率最高的菌株为产ESBL肺炎克雷伯菌，为23.18%。在美国每年有9000例与卫生保健相关的耐碳青霉烯类肠杆菌科细菌感染，导致约600人死亡，死亡率高达6.6%[8]，其中以CRKP最为常见。综上，CRKP在全球流行，且其耐药率呈上升趋势，是应引起重视的重大公共安全问题。

2 CRKP耐药机制

2.1 产碳青霉烯酶

碳青霉烯酶是指能分解包括碳青霉烯类抗生素在内的几乎所有β内酰胺类抗生素的一大类β内酰胺酶，包括Ambler A、B、D3类酶，是碳青霉烯类耐药最常见的耐药机制。

2.1.1 A类碳青霉烯酶  A类以丝氨酸残基为活性位点，包括肺炎克雷伯杆菌碳青霉烯酶（Klebsiella pneumoniae carbapenemase，KPC）、CTX-M、SHV1、TEM1等，其中KPC与CRKP耐药密切相关，产KPC酶细菌对青霉素类、头孢菌素类、碳青霉烯类等多种抗生素耐药，是目前肠杆菌科细菌对碳青霉烯类耐药的主要耐药机制。第一株产KPC酶肺炎克雷伯菌于2001年在美国首次报道，由于KPC具有质粒介导、易传播等特点，产KPC型CRKP随后在全球范围内快速播散，世界各地多个医院报道出现院内爆发流行。我国流行的主要为KPC-2，多项研究表明我国分离的CRKP菌株中bla KPC-2基因携带率超过80%[9-11]，甚至在上海瑞金医院的一项研究中，所分析的100株CRKP均产KPC-2。

2.1.2 B类碳青霉烯酶  B类是金属酶，包括VIM、IMP、GIM和新德里β內酰胺酶（New Delhi β lactamase，NDM）等，能水解和灭活几乎所有碳青霉烯类抗生素，NDM是此类酶中最重要的一种，携带NDM-1基因的菌株常与某些非β-内酰胺类药物呈现出交叉耐药，呈多重耐药，仅对替加环素和多黏菌素敏感[12]。NDM-1是2009年英国学者Yong D等[13]发现并最终证实的一种新金属酶，2010年多国学者曾联合研究报道其可导致细菌多重耐药，耐药基因可通过质粒迅速传递，可能会引起世界范围内的广泛流行，严重威胁人类的健康[14]。

2.1.3 D类碳青霉烯酶  D类为青霉素酶，对青霉素的水解效率很高，但对碳青霉烯类的水解能力较弱，且不含广谱头孢菌素，其中OXA-48与碳青霉烯类耐药密切相关，目前为止，OXA-48只在肠杆菌中被发现，最常见于肺炎克雷伯菌[15]，且在肠杆菌科中耐药报道日渐增多。OXA-48是2001年由Poirel L等[16]在一株几乎对所有β-内酰胺类药物耐药的肺炎克雷伯菌中发现，后逐渐在多国爆发流行，地中海、伊朗、沙特阿拉伯[17-19]是其主要流行地区。可能是由于产β-内酰胺酶的菌株不活化或改变了OXA-48的表达，产OXA-48菌株对碳青霉烯类药物的敏感性降低，也可能是由于外膜通透性降低，从而对碳青霉烯类药物具有一定的水解活性[20]。

2.2 高产AmpC酶或ESBLs酶合并Omp缺失

AmpC酶是由肠杆菌科细菌或/和铜绿假单胞菌的染色体或质粒介导产生的一类β内酰胺酶，是肠杆菌科细菌耐碳青霉烯类抗生素的主要机制之一，可作用于头孢菌素且不被克拉维酸所抑制，仅对碳青霉烯类、第四代头孢菌素敏感。按其产酶方式可分为诱导高产酶、持续高产酶和持续低产酶3类，临床上常见耐药株为持续高产酶型，仅产AmpC酶一般不会导致碳青霉烯类耐药，当其合并外膜孔蛋白缺失时可表现出耐药性，并且是引起细菌对碳青霉烯类抗生素耐药的原因之一，但由于常规检验工作中无法检测细菌外膜孔蛋白的表达情况，外膜孔蛋白在细菌耐药中的作用一直没有得到足够的重视[21]。

ESBLs酶即超广谱β内酰胺酶，其产生与Omp缺失存在相关性，在Willemsen I等[22]2010～2014年在荷兰的一项研究中表明，ESBL阳性率为5%，其中大肠埃希菌最多（77.24%），其次是肺炎克雷伯菌（6.20%）。据Starzyk-？覵uszcz K等[23]报道，ESBL阳性肺炎克雷伯杆菌感染与超过55%的CRKP死亡率相关。

Omp缺失可降低外膜对药物的渗透性，减少进入细胞的抗菌药量，引起耐药。肺炎克雷伯杆菌中被证实主要为Ompk35、Ompk36、Ompk37，其中Ompk37表达量极低，不易检测。在Lin D等[10]的一项研究中，所研究的38株CRKP中均出现Ompk35缺失，其中15株Ompk35和Ompk36均缺失，15株中有13株产碳青霉烯酶，表明膜孔蛋白缺失普遍存在于CRKP中，Ompk36基因突变或表达降低均是引起肺炎克雷伯菌对碳青霉烯类耐药的重要因素。两种膜孔蛋白缺失会使肺炎克雷伯杆菌对大多碳青霉烯类抗生素耐药。

研究发现，膜孔蛋白缺失与AmpC和（或）ESBL联合作用是CRE产生碳青霉烯类抗药性的主要机制[24]。对于产ESBLs的肺炎克雷伯菌，只缺失一种膜孔蛋白不会引起碳青霉烯耐药，但对头孢西丁和三代头孢菌素耐药;对于产AmpC酶的肺炎克雷伯菌，缺失一种或两种膜孔蛋白均可导致碳青霉烯耐药或中介耐药;Ompk35和Ompk36均缺失的产ESBLs肺炎克雷伯菌对碳青霉烯耐药或中介耐药[25]。

2.3 外排泵

外排泵可将进入细胞的药物泵出细胞，降低抗菌药物浓度，产生耐药。在Ogawa W等[26]的研究发现kexD氨基酸序列与耐药结节细胞分化（Resistance-nodulation-cell division，RND）型多药泵内膜蛋白的氨基酸序列相似，kexD是能量依赖的外排泵的组成部分，改变kexD的表达可能有助于多药耐药肺炎克雷伯菌的产生，因此RND型多药泵在肺炎克雷伯杆菌耐药中起到重要作用。RND外排泵AcrAB和OqxAB的过度表达是肠杆菌科中报道最多的耐药机制之一，Arac家族的几个转录调节因子，即Rama、Mara、Soxs和Rara通过激活外排泵参与对替加环素的耐药[27]。

2.4 逃避补体识别和攻击

有部分肺炎克雷伯杆菌随着环境的变化，开始使现有的棒状杆菌形态发生改变，使细菌能够在宿主内逃避补体的识别与攻击[28]，产生耐药。在一些复杂的逃避方法中，胶囊和脂多糖起着至关重要的作用，在其他宿主防御机制如抗菌肽等的保护方面也很重要，相比其他机会性病原体，肺炎克雷伯菌不分泌宿主特异性的补体抑制剂，对补体敏感性低及与其他细菌成分的相互作用为发现治疗肺炎克雷伯杆菌新方法提供了有前途的靶点，使免疫治疗成为肺炎克雷伯杆菌耐药的治疗手段之一。

3 CRKP治疗策略

CRKP初期抗感染治疗尤为重要，可影响预后，应遵循早期、足量原则。治疗分单药和联合抗感染治疗，有多项研究表明，联合抗感染治疗疗效优于单药治疗。常用的药物为多黏菌素、替加环素、碳青霉烯类、β-内酰胺酶抑制剂、复方新诺明、磷霉素、氨基糖苷类等，除此之外，联合治疗还可选用齐多夫定、利福平等药物，也可选用氨基糖苷类等单药治疗。近期有学者提出，免疫治疗也可用于CRKP治疗[28]，具体治疗方案有待临床进一步探索研究。

3.1 替加环素

替加环素属于新一代四环素类衍生抗生素，其抗菌作用是通过可逆结合细菌核糖体30 s亚基，阻断tRNA进入核糖体A位点，抑制蛋白质的合成，其具有广谱高效的抗菌效能，对CRKP等目前难治性细菌具有较高的敏感性，但其单独使用极易诱导耐药，因此，临床应用多采用联合用药。也有相关研究表明，在无严重药物副作用情况下，联合治疗和高剂量方案可能分别优于单次治疗和标准剂量方案[29]，大剂量替加环素联合治疗未增加不良反应，相反，可能降低住院时间及死亡率[30]。国内常将其与头孢哌酮-舒巴坦、碳青霉烯类、氨基糖苷类等联合应用，国外则常与多黏菌素联合应用。

3.2 多黏菌素

多黏菌素是环脂十肽类抗生素，包括多黏菌素B及多黏菌素E，对G-如大多数肠杆菌科、鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌均有效。20世纪60年代，由于其肾毒性和其他耐受性更好的抗生素被引入，其逐渐被弃用。但近些年由于CRKP等难治性耐药菌的出现，多黏菌素又重新回到人们的视野，甚至被认为是治疗此类感染治疗的最后一道防线。以多黏菌素B为基础的联合用药对CRKP有一定的抑菌效果，同时可降低用药剂量，延缓细菌耐药性的产生，为临床抗感染治疗提供新选择[31]，早期应用可明显降低CRKP病死率，其常与碳青霉烯类、喹诺酮类、替加环素等抗菌药物联合应用，特别针对严重感染初期，可与双碳青霉烯类联用，病情控制后改为双碳青霉烯类二联治疗[32]，近期也有研究表明黏菌素与利福平联合治疗对与生物被膜相关的CRKP感染有重要意义[33]。

3.3 β-内酰胺酶抑制剂

β-内酰胺酶抑制剂通过促进酶水解发挥抗菌药物活性，主要包括克拉维酸、舒巴坦和他唑巴坦，多与其他抗菌药物制成复方制剂应用于临床，如哌拉西林他唑巴坦、头孢哌酮舒巴坦等。对产ESBLs细菌而言，β-内酰胺类/β-内酰胺酶抑制剂复方制剂比单用β内酰胺类抗菌药物抗菌作用强[34]。CRKP能产生3种β-内酰胺酶，目前常用的β-内酰胺酶抑制剂主要对Ambler A类有效，对KPC酶作用不确定，因此，传统酶抑制剂对CRKP的疗效不是特别理想。近年来，新型β-内酰胺酶抑制剂复方制剂头孢他啶-阿维巴坦被批准应用，除ESBL，其对 KPC、AmpC、OXA-48均有抑制作用，对CRKP疗效也有所提高，是一种治疗CRKP的合理替代药物，甚至在初步治疗时疗效优于多黏菌素[35]。

3.4 碳青霉烯类

碳青霉烯类对大多数β-内酰胺酶的水解具有相对抗药性，具有广谱抗菌作用。CRKP基本上对碳青霉烯类所有抗生素耐药，但对MIC≤8 mg/L的CRKP而言，大剂量碳青霉烯类抗生素可作为其他药物的联合用药，对MIC≥16 mg/L CRKP血流感染，大剂量碳青霉烯类抗生素仍有保护作用[36]，研究显示碳青霉烯类与多黏菌素、替加环素等抗菌药物联合方案治疗CRKP感染的疗效优于单药或其他联合方案。研究发现厄他培南与KPC酶亲和力较其他碳青霉烯类药物高，极易被水解，因此探索出以厄他培南消耗KPC酶为基础的双碳青霉烯类药物联合治疗，可使危重CRKP患者28 d病死率明显降低[37-38]。

3.5 磷霉素

磷霉素对某些肺炎克雷伯杆菌有抗菌作用，在体外试验中被证明对产KPC的肺炎克雷伯菌有活性，可作为免疫受损宿主广泛耐药时联合抗感染的辅助剂，可与美罗培南、阿米卡星等联用，提高CRKP生存率，也曾被视为CRKP的替代药物之一。但CRKP可通过产磷霉素酶FosA 3产生耐药，且由于其耐药基因克隆传播迅速，不同地区研究得出的耐药率结果不一致，如台湾地区CRKP对磷霉素的耐药率为36.4%[39]，而另一个在我国涵盖5省、12家医院的研究表明CRKP对磷霉素的耐药率超过60%[40]。因此，应用磷霉素为基础的多药联合治疗CRKP前，应了解当地的磷霉素耐药概况，疗效有待进一步研究。

3.6 氨基糖苷类

有研究显示氨基糖苷类单药用于治疗CRKP感染疗效较好[41]，由于其耐药率低，在条件允许情况下，大剂量氨基糖苷类甚至比多黏菌素B或替加环素更有效，在尿路感染时尤为明显，包括庆大霉素在内的治疗方案在CRKP爆发流行时可有效降低感染死亡率[42]。氨基糖苷类也可与多黏菌素、替加环素、复方新诺明联合抗感染，研究表明阿米卡星联合复方新诺明对产KPC型CRKP疗效确切[43]。但在使用时需考虑其耳、肾毒性，密切监测肾功能，尽量确保用药安全。

3.7 其他药物

其他药物如利福平、复方新诺明、齐多夫定等，也可用于CRKP的治疗。利福平能抑制细菌DNA转录合成RNA，对多种病原微生物有抗菌活性，近期有研究表明黏菌素与利福平联合治疗对与生物被膜相关的CRKP感染有重要意义[33]。复方新诺明为磺胺甲恶唑与甲氧苄啶复方制剂，已有研究证明对CRKP有体外抗菌活性[44]，與阿米卡星联用可治疗产KPC型CRKP[43]。齐多夫定是一种核苷类似物，在Nq SMS等[45]研究中提示，其可用于治疗CRKP，并建议与敏感性较高的药物如替加环素、多黏菌素等联合使用，但该药物目前未广泛应用于抗CRKP感染，有待进一步开展相关临床试验。

4 总结与展望

近年来，随着实验室技术的发展，CRKP的检出率逐年上升，与此同时，由于细菌对广谱抗生素的广泛耐药导致碳青霉烯类抗生素成为感染控制的后防线，药物应用增加，导致耐药率进一步上升，临床抗感染治疗压力剧增。目前CRKP相关耐药机制研究主要包括减少药物摄入、产生水解药物的酶、免疫逃逸等，为抗菌药物的研究及感染控制提供了相应的解决措施，但目前仍有部分耐药机制无法解释，仍需进一步研究;在治疗上应选用有效抗菌药物联合治疗，同时需积极有效地控制抗生素使用，做好院感防控，积极研发新药，多方共同努力降低未来抗菌药物的耐药率。

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（收稿日期：2019-09-03）