肺炎克雷伯菌对碳青霉烯类抗菌药物的主要耐药机制及治疗策略

曹慧军，赵德军

(1 贵州医科大学附属医院临床检验中心；贵阳 550004；2 清镇市第一人民医院检验科；清镇 551400)

肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae，Kpn)是临床最常见的条件致病菌之一，可定植于人体肠道和呼吸道等部位，是引起呼吸道系统、泌尿道系统和血流系统感染的重要病原菌[1-2]。随着Kpn的耐药日益严重，对其耐药特点和耐药机制进行系统的研究，有助于抗菌药物的合理使用以及新的抗菌药物的开发。另外，对耐药机制的深入研究，对于不断研制新的检测手段也显得很重要[3]。碳青霉烯类药物是临床医生用于治疗Kpn感染的重要药物。然而，近年来CR-Kp在临床的分离率逐年升高，CR-Kp感染治疗难度大，可选择的抗菌药物有限，增加了患者的医疗费用，同时增加了患者的死亡率[4-9]，如何治疗CR-Kp感染是人类面临的巨大挑战。CR-Kp的耐药机制较为复杂，一般由多个因素共同参与。现有的研究资料表明，CR-Kp主要的耐药机制可能包括：(1)产生各种类型碳青霉烯酶；(2)细胞膜孔道蛋白出现缺失或者数量不足；(3)细菌外排泵系统过度表达；(4)持留菌的形成；(5)生物膜的形成等。随着研究的不断深入，近年来有一些新药和新的治疗方案出现，给CR-Kp感染患者带来了希望。本文从碳青霉烯酶的产生和孔道蛋白缺失或者数量不足两个方面对CR-Kp的耐药机制以及治疗进展做一综述。

1 CR-Kp耐药机制

1.1 产生碳青霉烯酶

碳青霉烯类抗菌药物是治疗Kpn感染的重要有力武器。CR-Kp可通过产生各种可能作用于碳青霉烯药物的酶，从而分解该类抗菌药物从而产生耐药。根据mbler分类法，β-内酰胺酶主要分为4类(包括A、B、C、D)，其中包含碳青霉烯酶的有A、B和D类。

1.1.1 A类碳青霉烯酶

A类碳青霉烯酶因含有丝氨酸残基，又称为丝氨酸酶。A类碳青霉烯酶种类较多，其中以Kpn碳青霉烯酶(Klebsiella pneumoniaeCarbapenemase，KPC)最常见。KPC于上世纪90年代首次报道，目前已陆续发现了20多个类型。KPC水解能力强，可以水解所有的β-内酰胺类(临床常用的青霉素类、头孢菌素类以及碳青霉烯类等)抗菌药物[10-11]。KPC可存在于多种革兰阴性杆菌，其中以Kpn最多见，目前已在115种ST(strain type)分型中存在，以ST258和ST11最常见。虽然KPC只能引起Kpn对碳青霉烯类抗菌药物低水平耐药，但值得注意的是，有研究发现产生KPC的Kpn可存在异质性耐药，在抗菌药物选择性压力下，可快速诱导高水平碳青霉烯耐药性，其高水平耐药与抗菌药物筛选出OmpK36缺乏的菌株后协同KPC有关[12]。另外，有研究报道KPC可与其他耐药基因共同存在同一株细菌而产生高水平耐药，所以检测KPC阳性Kpn不一定就代表低水平碳青霉烯耐药性，需结合检测菌株的遗传背景[13-15]。

1.1.2 B类碳青霉烯酶

B类碳青霉烯酶又名金属β-内酰胺酶。B类碳青霉烯酶能够水解多种带有β-内酰胺环的抗菌药物。IMP(Imipenemase)、VIM(Verona integron-encoded metallo-β-lactamase)和NDM-1(New Delhi metallo-βlactamase 1)在Kpn中较常检出，其中以IMP最先被发现，目前已发现30多种类型的IMP酶，IMP在我国部分医院是引起CR-Kp最常见的因素，在美国也有一定程度的流行[16]。IMP对不同碳青霉烯类抗菌药物水解活性有所不同，对除亚胺培南外的碳青霉烯类抗菌药物水解能力弱。VIM对各类碳青霉烯类抗菌药物均有较强的水解活性，所以产生VIM酶的Kpn对碳青霉烯类抗菌药物耐药性较高。NDM-1于2008年首次在印度发现，国内也有分离出NDM-1型金属酶Kpn的报道。值得注意的是，NDM-1酶是部分医院儿童患者CR-Kp出现最常见的因素，所以应警惕其在儿童中的爆发流行[17-18]。产NDM-1菌株可对碳青霉烯类抗菌药物产生较高耐药性，同样的，NDM-1可与其他耐药基因协同而产生广泛耐药，给临床治疗带来巨大挑战[19-21]。

1.1.3 D类碳青霉烯酶

D类碳青霉烯酶，又称为苯唑西林(OXA)酶。D类碳青霉烯酶可水解的酶类有限，对头孢菌素、氨曲南等抗菌药物无水解活性，但不被克拉维酸及三唑巴坦等酶抑制剂所抑制。对亚胺培南的亲和力相对较高，水解效能较低，故对碳青霉烯类抗菌药物的耐药水平较低。D类碳青霉烯酶种类繁多，已有＞200多种被报道，在Kpn中以OXA48最为常见[22-23]。携带OXA酶的Kpn对碳青霉烯类抗菌药物耐药水平与拷贝数、携带OXA类型数量以及是否协同其他耐药基因有关[24-25]，虽然该类酶底物谱窄，对碳青霉烯类抗菌药物水解活性不强，然而，已有很多研究发现该类酶可协同其他酶而引起广泛耐药。最近有研究发现OXA-48和MCR-1可同时存在于同一菌株，从而对碳青霉烯和多黏菌素均产生耐药性[26]。产生该类型酶的Kpn也可引起爆发性流行，所以应该引起重视[27]。

以上三种类型的酶均可水解碳青霉烯类抗菌药物，但水解能力、产生的耐药程度、有效抗菌药物有所不同，临床分离株可产生两种及以上酶型的菌株[28]。不同地区CR-Kp产生碳青霉烯酶类型可能不同，我国大部分地区以A类酶为主，但也有医院报道以B类酶为主，所以对本医院CR-Kp产生碳青霉烯酶的类型进行流行病学调查是必要的[29-32]。另外，不同人群分离出CR-Kp碳青霉烯酶的流行病学可能不同，如不同年龄段、不同科室、不同基础疾病的患者、不同分离部位等，其分离出来CR-Kp的酶型别各有不同，所以对本地区不同年龄段患者、不同科室患者、不同基础疾病患者和不同标本类型进行流行病学调查很重要[33-38]。

1.2 细胞膜孔道蛋白的缺乏或者数量不足

孔道蛋白是革兰阴性菌细胞外膜上存在的非特异孔道，抗菌药物只有在通过该蛋白才能发挥抗菌作用。所以当孔道蛋白缺失或者数量不足时，会使抗菌药物无法进入菌体，或使进入菌体的抗菌药物大量减少，从而影响抗菌药物的抗菌作用，可表现为抗菌药物对细菌的最低抑菌浓度升高，甚至出现耐药性。此类机制引起的耐药性会影响多类抗菌药物，然而单一此类机制一般不形成高水平耐药[39-40]。孔道蛋白的数量较多，与CR-Kp耐药性相关的孔道蛋白主要有OmpK35、OmpK36、OmpK37，有研究报道OmpK26也可造成Kpn对碳青霉烯类抗菌药物出现耐药[41]。孔道蛋白缺失引起的CR-Kp多与其他耐药机制共同发挥作用，OmpK36缺失同时产DHA-1 β-内酰胺酶与Kpn对碳青霉烯类抗菌药物耐药相关[42]。孔道蛋白OmpK35和OmpK36缺失可能与产生NDM-1的Kpn在非洲某国的爆发有一定关系[43]。孔道蛋白缺失可与产KPC酶、OXA-48酶和OXA-663酶等具有一定协同作用，可提高菌株对碳青霉烯类抗菌药物的耐药水平[44-48]。可见孔道蛋白缺失在CR-Kp中的耐药机制不容忽视。

2 治疗策略

CR-Kp感染治疗药物有限，根据国内外研究报道主要包括氨基糖苷类抗菌药物、甲氧苄啶/磺胺甲噁唑、头孢地尔(Cefiderocol)、替加环素、头孢他啶/阿维巴坦、磷霉素、黏菌素、高剂量碳青霉烯类和多种抗菌药物联合治疗等。

2.1 氨基糖苷类抗菌药物

氨基糖苷类抗菌药物是治疗CR-Kp血流感染的一种选择，研究报道当致病菌株对氨基糖苷类抗菌药物体外药敏实验为敏感时，可达到70%的生存率。然而，据我国CHINET监测数据显示，CR-Kp对氨基糖苷类抗菌药物耐药率基本＞70%，所以氨基糖胺类抗菌药物只有在药敏实验确定为敏感的情况下才能使用[49]。

2.2 甲氧苄啶/磺胺甲恶唑

甲氧苄啶/磺胺甲恶唑可用于对其敏感的CR-Kp所致轻症感染，尤其是尿路感染，但该抗菌药物使用后可产生耐药性，需谨慎使用[50]。

2.3 头孢地尔(Cefiderocol)

头孢地尔是日本科学家开发的一种新的抗菌药物，该抗菌药物属于铁载体头孢菌素，可与三价铁结合，通过细菌转铁蛋白，随着细胞膜外膜被主动运输至细菌细胞内发挥作用。头孢地尔对各类β-内酰胺酶包括碳青霉烯酶具有稳定性，临床试验显示头孢地尔对CR-Kp具有较好杀菌活性[51]。

2.4 替加环素

据学者报道，替加环素治疗儿童肝移植后碳青霉烯耐药的革兰阴性杆菌感染具有较好效果，生存率为84.6%，但该研究选择的病例较少，还需更多的临床试验对结果进行验证[52]。有研究报道，替加环素用于治疗CR-Kp导致的肺炎和化脓性胸膜炎有一定疗效。目前，美国FDA批准其主要用于成人社区获得性肺炎、皮肤感染和软组织感染的治疗。替加环素治疗CR-Kp感染可能造成耐药菌株的产生，另有研究显示单用替加环素治疗CR-Kp导致的血流感染可能会引起死亡率的增加，如果联合使用利福平、头孢他啶则可降低死亡率的发生[53-57]。

2.5 头孢他啶/阿维巴坦

头孢他啶/阿维巴坦是一种新上市的复合制剂抗菌药物(头孢菌素+新型β-内酰胺酶抑制剂)。美国FDA2015年批准头孢他啶/阿维巴坦上市，主要用于成人复杂性泌尿系统感染和复杂性腹腔感染的治疗。头孢他啶/阿维巴坦于2019年通过我国国家药品监督管理局，已有大量研究表明头孢他啶/阿维巴坦对治疗CR-Kp引起的感染有很好的疗效。阿维巴坦可抑制各种β-内酰胺酶，包括碳青霉烯酶A类、C类和部分D类酶，但对B类酶无抑制活性[58]。由于我国CR-Kp主要以产A类酶多见，所以头孢他啶/阿维巴坦应该有较好的应用前景。体外药敏试验显示，产KPC或OXA-48碳青霉烯酶的CRE(耐碳青霉烯肠杆菌)对头孢他啶/阿维巴坦的敏感率达到了98%，对产超广谱β-内酰胺酶(Extended-spectrum β-lactamases，ESBLs)和产AmpC β-内酰胺酶的菌株同样有较好的抑制活性[59]。有大量临床研究表明，头孢他啶/阿维巴坦对治疗CR-Kp引起的复杂泌尿系统感染和腹腔感染有很好的效果，但是否对血流感染和肺部感染等有效还需进行临床实验。

2.6 磷霉素

磷霉素是一种通过抑制细菌早期细胞壁生成途径而发挥抗菌活性的药物[60]。磷霉素对革兰阳性菌和革兰阴性菌均有抗菌活性，有研究显示磷霉素对CR-Kp的敏感率在39.2%～100%，存在一定的地域差别[61]。我国CHINET监测数据显示CR-Kp对磷霉素的耐药率在50%左右。值得注意的是，磷霉素对产B型金属酶的CRE同样具有94%的敏感率[62]。然后有关磷霉素治疗CR-Kp感染的临床研究尚少，另外，目前磷霉素只有口服制剂，能否在感染部位达到有效药物浓度也缺乏相关研究[63]。

2.7 黏菌素

黏菌素对CR-Kp的敏感性较高，但其毒性大，存在异质性耐药，单独使用可造成45%的复发率，同时可引起多黏菌素耐药[67]。所以黏菌素一般与其他抗生素联合使用，如有研究发现黏菌素与高剂量碳青霉烯联合可提高Kpn感染治愈率[68]。

2.8 增大碳青霉烯抗菌药物剂量

增大碳青霉烯抗菌药物剂量也是治疗CR-Kp感染的一种方法，有很多研究发现加大碳青霉烯抗菌药物剂量可以提高CR-Kp感染患者的生存率，然而也存在失败案例，所以在加大剂量前，判断感染菌株是否可以使用是值得研究的问题。体外实验显示，高剂量碳青霉烯抗菌药物可以增加对CR-Kp的杀伤活性[64]。有研究显示，高剂量碳青霉烯抗菌药物比标准剂量死亡率显著降低(47.9% VS 29.2%，P= 0.04)[65]。临床研究发现相对于不使用高剂量碳青霉烯类抗菌药物，高剂量碳青霉烯抗菌药物联合其他抗菌药物能降低患者的死亡率，不管碳青霉烯抗菌药物的MIC≥16mg/dL还是≤8mg/d[66]。

2.9 多种抗菌药物联合

多种抗菌药物联合也是治疗CR-Kp的常用方法。对于CR-Kp引起的严重感染，有很多研究显示联合用药比单一药物使用死亡率显著降低，但联合用药是否能成为标准疗法还需要进一步研究[69]。联合用药可产生毒性作用、破坏肠道菌群、引起艰难梭菌感染等副作用[70-71]。所以联合用药需考虑体外联合抑菌试验结果、药物间的相互作用、个体的基础疾病和感染部位等因素。

3 展望

复杂的耐药机制及耐药背景，导致CR-Kp对常用抗菌药物广泛耐药，临床常常面临无药可选的窘境。近年来，使用免疫学方法治疗CR-Kp成为一个新的方向，但目前还处于基础研究阶段，已经取得了一定成果。细菌进入人体可引起免疫反应，一方面细菌可以逃避免疫反应，一方面免疫反应对细菌有一定杀伤作用，免疫学治疗方法就是基于人体对细菌免疫反应的研究。有研究报道，人体中性粒细胞可以对CR-Kp有一定杀伤作用[72]。然而，有研究显示Kpn可逃避肺部的适应性免疫反应[73]。所以一方面可以设计免疫成分攻击细菌，另一方面可以降低细菌免疫逃避的能力。有研究设计ST258型Kpn CPS2-特异IgGs可使细菌对人体血清和吞噬细胞更敏感，促进吞噬作用[74]。下呼吸道Kpn感染动物模型数据显示针对ST258型Kpn CPS2-特异疫苗可以降低小鼠感染的死亡率[75]。但目前报道的特异抗体较少，也缺乏相关的临床试验，后续研究可能需要开发更多针对Kpn特异的抗原设计抗体，联合多抗体可能会取得更好的效果。通过积极地深入研究，将免疫学治疗方法转化为实际的临床方案，对于提高CR-Kp感染患者的治愈率及医院感染控制均具有重要意义。