多黏菌素吸入治疗肺炎的临床研究进展*

冷冰，张文，张莉，闫根全，段小菊

(1.山东第一医科大学附属省立医院药学部，济南 250021；2.中国人民解放军联勤保障部队第九六O医院临床药学科，济南 250031 )

肺炎是全世界感染性疾病死亡的主要原因，特别是近年来随着细菌耐药形势日益严峻以及新型治疗药物研发的滞后，肺炎的治疗变得更为棘手。鉴于此种情况，多黏菌素被重新启用，成为多重耐药革兰阴性菌(multidrug-resistant gram negetive bacteria，MDR-GRN)所致肺炎的最后一道防线。多黏菌素是浓度依赖型抗菌药物，但是多黏菌素全身给药治疗窗窄，肺部穿透力差，往往难以达到有效的肺组织浓度[1]。雾化吸入法则可以显著提高多黏菌素肺组织浓度的同时降低药物全身暴露水平，从而达到提高疗效、减少全身性不良反应的目的[2]。目前多个国内外指南和共识[3-4]推荐雾化吸入多黏菌素作为MDR-GNB所致肺炎的重要治疗方法之一。然而，这种治疗方式的临床前和临床药动学/药效学(Pharmacokinetics/Pharmacodynamics，PK/PD)研究较少，且主要来源于多黏菌素E甲磺酸钠(colistin methanesulfonate，CMS)的临床应用实践；而硫酸多黏菌素B(polymyxin B sulfate，PMBS)由于应用地区相对局限导致其相关研究十分有限，临床对其安全性和有效性缺乏足够的认识，使得吸入多黏菌素的临床合理应用充满挑战。本文从吸入多黏菌素治疗肺炎的最新临床应用指南拓展到现有研究状况，并结合临床实际应用情况进行总结，以期为临床制定合理给药方案提供参考。

1 多黏菌素概述

多黏菌素是由多黏芽孢杆菌发酵产生的一种多肽混合物，主要包括多黏菌素A、B、C、D、E 5种不同的分型，目前仅有多黏菌素B和多黏菌素E(又称黏菌素)应用于临床。多黏菌素B和E的化学结构中仅有一个6位氨基酸种类不同，前者为D-苯丙氨酸，后者为D-亮氨酸[5]。目前，国外可用的商品化制剂主要有硫酸多黏菌素E、CMS和PMBS，国内则有PMBS和硫酸多黏菌素E。CMS是多黏菌素E的前药，由多黏菌素E与甲醛和亚硫酸钠反应而得，在体内外均不稳定，易水解。文献中多黏菌素E的剂量度量单位多未统一，换算比较复杂，通常1 mg多黏菌素E活性基质(colistin base activity，CBA)=2.4 mg CMS；1 mg CMS=12 500单位CMS。2012年欧洲药品管理局(EMA)批准CMS吸入制剂上市[6]，用于治疗≥6岁由铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa，PAE)引起的囊性纤维化(cystic fibrosis，CF)患者的慢性肺炎[7]。PMBS以其活性形式给药，不需转化，到达作用部位直接发挥抗菌作用。虽然有研究和指南[3-4，8-9]推荐PMBS吸入疗法用于CF、医院获得性肺炎(hospital acquired pneumonia，HAP)和呼吸机相关性肺炎(ventilator associated pneumonia，VAP)等疾病的防治，但目前该药尚无吸入剂型。

2 多黏菌素全身给药治疗肺炎的局限性

铜绿假单胞菌等呼吸道病原体可以逃避先天性肺防御，在上皮细胞衬液(epithelial lining fluid，ELF)中存活和增殖。多黏菌素全身用药时，其游离型必须通过毛细血管腔和肺泡上皮细胞等屏障方能从血液分布到肺泡和ELF中。然而，肺泡上皮细胞属于闭锁小带连接，且含有外排泵系统，多黏菌素较难通过。特别是当肺炎伴发缺氧时，输送至肺组织的药量会进一步减少。LIN等[10]在静脉给予CMS治疗小鼠肺炎模型的ELF中未检测到多黏菌素。GURJAR等[11]发现静脉给予CMS(240 mg，q8h)治疗重症肺炎仅能使血浆多黏菌素E浓度略高于MIC水平，且至少48 h才能达到稳态浓度，因此临床上需要增加CMS剂量以保证此类患者获得足够的肺组织暴露量。然而有研究证实CBA静脉给药剂量高于5 mg·kg-1·d-1是肾毒性的高危因素[4]。同样，多黏菌素B静脉输注高于250 mg·d-1也会增加肾毒性发生风险[12]。总之，由于多黏菌素全身给药到达肺部的药量较少，临床上为取得良好的治疗效果，常需增加给药剂量，甚至达到中毒剂量。而该方法势必会增加药物全身不良反应的发生率。

3 吸入多黏菌素治疗肺炎的临床用药说明书/指南/共识

3.1吸入多黏菌素治疗肺炎的临床说明书用药 由于全身给药治疗肺炎存在一定局限性，及多耐药基因的出现、有效抗菌药物的缺乏，优化多黏菌素给药策略以提高其有效性至关重要。而对于治疗肺部感染，低渗透性的多黏菌素不仅可以用以静脉输注，还可以通过局部雾化提高感染部位的药物浓度，以增强疗效[5]。2012年EMA批准CMS吸入制剂上市[6]，其说明书指出[7]，可用于治疗≥6岁由PAE引起的CF患者的慢性肺炎，用法用量为CMS 125 mg(166.25万U)、q12h。

3.2吸入多黏菌素治疗肺炎的临床超说明书用药 近几年，随着吸入制剂装置技术的不断发展，以及吸入多黏菌素在人体或动物模型中的有效性和安全性等研究的深入，国内外研究机构相继发布多个指南共识[3-4，7，13-17]，从不同角度对多黏菌素吸入治疗肺炎的临床应用情况进行了讨论，见表1。由于我国目前没有批准上市的吸入用多黏菌素制剂，所以临床上仍然采用注射剂替代吸入剂型使用。因此，静脉注射用多黏菌素E和静脉注射用多黏菌素B吸入治疗肺炎属于超说明书用药。此外，CMS吸入制剂治疗由多重耐药肺炎克雷伯菌、肠杆菌、鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌导致的HAP/VAP患者以及由广泛耐药不动杆菌、铜绿假单胞菌、肠杆菌所致的HAP/VAP患者，没有被批准的相关适应证，同样属于超说明书用药。值得注意的是，由于目前多黏菌素吸入治疗肺炎的PK/PD研究数据仍较少，药物应用的有效性和安全性尚缺乏高质量证据支持，因此部分指南的观点有所不同，临床应用具体问题有待进一步探讨。

4 多黏菌素吸入治疗肺炎的有效性研究

4.1CMS吸入治疗肺炎的有效性研究 吸入多黏菌素治疗肺炎的临床前和临床PK/PD研究数据主要集中在CMS。近几十年的临床实践，以及近期发表的相关研究[1，18-19]证明CMS吸入法在治疗呼吸系统感染方面疗效显著。

6例CF合并PAE感染的受试者先后接受200万U CMS吸入、400万U CMS吸入和500万U CMS静脉注射治疗，吸入CMS可使痰中多黏菌素E的浓度高于静脉注射10倍以上，且大于细菌MIC90的时间持续12 h，最终得出雾化吸入后CMS和多黏菌素E的治疗有效性指数分别为387和24，药物靶向性指数分别为15 952和35，均显著高于静脉注射[18]。

表1 说明书/指南/共识(权威文献)对吸入多黏菌素治疗肺炎临床应用情况的推荐

ZHENG等[19]关于CMS治疗多重耐药鲍曼不动杆菌所致肺炎的PK/PD研究结果表明，接受CMS吸入治疗患者的ELF中多黏菌素E的浓度远高于其静脉注射在ELF所能达到的浓度。单独吸入CMS治疗是30 d生存率、临床有效和微生物根除的独立预测因子，单独静脉注射CMS是临床治疗失败的独立预测因子。然而，无论是在人类还是与人类相似的动物模型上，CMS吸入给药后在血浆和肺组织中的PK/PD特征仍缺乏高质量的研究数据，关于多黏菌素吸入方式、联合用药方案以及个体化给药等临床具体应用研究有待进一步探索。

4.2PMBS吸入治疗肺炎的有效性研究 PMBS吸入治疗肺炎的临床经验有限，临床研究多为20世纪70年代的报告，近年来发表文献较少。KLICK等[8]通过大规模的前瞻性临床研究(共纳入744例)，发现吸入PMBS(2.5 mg·kg-1·d-1，q4h)可以显著降低革兰阴性菌(尤其是PAE)在上呼吸道的定植率及肺炎发生率。PEREIRA等[9]进行的一项纳入19例患者的临床回顾性研究发现，14例肺炎患者在接受静脉注射PMBS治疗失败后开始联合吸入PMBS(50 mg，q12h，传统吸入器吸入)治疗，其中6例治愈，7例好转。5例仅接受PMBS吸入治疗的气管支气管炎患者中4例治愈，1例好转。证明了PMBS吸入疗法对MDR-GRN引起的肺炎和气管支气管感染患者有效。

2017年，LIN等[20]进行了第一项关于PMBS吸入治疗PAE所致小鼠肺炎模型的PK/PD研究，发现吸入PMBS(4.12 mg·kg-1·d-1)之后，多黏菌素B在ELF中浓度最高达131.6 mg·L-1，且暴露时间至少可达12 h，而静脉注射PMBS(4.12 mg·kg-1·d-1)后在小鼠ELF中未检测到药物。值得注意的是，该研究选择肺上皮衬液中药物浓度-时间曲线下面积与最小抑菌浓度之比(AUCELF)/MIC和游离血浆药物浓度-时间曲线下面积与最小抑菌浓度之比(fAUCPlasma/MIC)(R2分别为0.70～0.88和0.70～0.87)作为小鼠肺炎疗效最直接有效的PK/PD预测指标，其中AUC ELF/MIC可达1326～1506，远高于该团队同时期进行的多黏菌素E吸入研究指标(AUC ELF/MIC= 684～1050)[10]。此外，PMBS吸入的细菌清除率也明显优于多黏菌素E。

综上所述，尽管有指南共识[3-4]推荐PMBS吸入治疗肺炎，但实际上其相关研究仍较少，且主要为动物研究或小样本回顾研究，PMBS的吸入方式、临床疗效、应用剂量、PK/PD特性等具体内容尚需更多的临床研究来阐明，同时也期待有关PMBS与CMS吸入治疗肺炎对照研究文献的发表。

5 多黏菌素吸入治疗肺炎的安全性研究

长期以来，多黏菌素全身给药引起的安全性问题在一定程度上限制了其临床应用。有研究证明多黏菌素的肾毒性与该药在肾小管重吸收过程中的高浓度积聚有关[21]。多黏菌素雾化吸入因其在肺部局部应用，可避免大量药物进入血液循环，理论上会显著降低肾毒性等全身不良反应的发生率。

5.1CMS吸入治疗肺炎的安全性研究 CMS制剂目前尚未在国内上市，其吸入治疗的安全性相关研究主要来自国外。有研究表明多黏菌素E干粉吸入剂的安全性与其他吸入抗菌药物相似[22]，YAPA等[18]发现，CF受试者吸入200万和400万U CMS的全身利用度在3.13%～12.19%，血浆中多黏菌素E浓度低于定量限。一项关于CMS静脉输注联合吸入方式治疗MDR-GRN所致VAP的危重病患者的前瞻性研究，发现受试者肾毒性发生率相对较低，推测可能是因为同时给予吸入CMS，从而减少了静脉注射CMS用量[23]。另一项关于CMS单独吸入治疗多重耐药鲍曼不动杆菌所致肺炎的研究同样发现其肾毒性发生率明显低于单独静脉注射(6.1%和37.5%)[19]。VARDAKAS等[24]系统回顾了近年来有关CMS吸入治疗的12项临床研究，其中有两项研究观察到吸入给药引起神经毒性，仅有1例患者因无法耐受该不良反应而中止治疗。总体来说，多数临床研究显示CMS吸入给药肺部耐受性良好[9，18]，最常见的不良反应是咳嗽[25]，仅有少量个案报道其引起喉咙刺激和支气管痉挛等局部症状[24，26]。

5.2PMBS吸入治疗肺炎的安全性研究 尽管有关PMBS吸入给药的临床研究较少，仍有研究指出PMBS吸入治疗存在一定的安全性问题。PEREIRA等[9]发现19例吸入PMBS的患者中有4例发生咳嗽或支气管痉挛，药物减量后不良反应消失。SUN等[27]在体外动物试验中发现吸入PMBS可引起豚鼠肺部产生弥漫性炎性改变，而且对人胎儿肺成纤维细胞有明显的自发细胞毒性。AHMED等[28]在体外细胞试验中发现，24 h内PMBS诱导肺上皮细胞凋亡的毒性约为硫酸多黏菌素E的2倍，而CMS几乎无此毒性。基于此，《桑德福抗微生物治疗指南》(第48版)[16]建议吸入多黏菌素时宜选用CMS，而非多黏菌素B。但同样值得注意的是，AHMED在研究中也指出[28]，与肾小管细胞比较，肺上皮细胞更能耐受多黏菌素。因此，PMBS吸入治疗是否会引起更显著的肺毒性需要更多严谨的试验数据，尤其是临床试验数据的证实。

色素沉着是近年来PMBS临床应用中新发现的不良反应之一。2016年和2017年两个回顾性病例对照研究显示静脉注射PMBS引起色素沉着的总体发生率约为15%(9/60)和8%(20/249)[29-30]。目前其他多黏菌素类药物尚无此不良反应报道，而PMBS吸入是否会引起或加重色素沉着需要在今后的研究及应用中予以重视。此外，未来仍需对PMBS与CMS吸入引起的肺细胞毒性、神经毒性和皮肤色素沉着等不良反应进行对照研究。

6 多黏菌素吸入治疗肺炎作用差异的可能机制

多项研究证明CMS与PMBS吸入疗法均可用于耐药菌引起的肺炎，但两者在有效性和安全性上略有不同。CMS作为前药，本身无抗菌活性，需在体内转换成多黏菌素E方能起效，起效时间长，靶部位药物转化率低，有研究显示人类肺部中仅有1.4%的CMS转化为多黏菌素E[18，20]。PMBS以其活性形式给药，可以迅速在肺部达到治疗效果，对PAE的杀菌作用强[20]，并可中和内毒素，疗效相对多黏菌素E更优。但是，有研究显示PMBS的肺部毒性较多黏菌素E和CMS略大[27]。

有学者推测PMBS与CMS吸入治疗肺炎的疗效和毒性差异的关键在于两者化学结构中6位氨基酸的不同[31]。 前者苯丙氨酸含有芳香苄基，后者亮氨酸含有脂肪族异丁基，苯丙氨酸的芳香性和较大的尺寸导致两者立体构象的差异，这会引起不同的生物活性，导致前者与肺上皮细胞、肺表面活性剂、转运蛋白质和粘蛋白等结合增强，从而使得前者抗菌效力增强的同时不良反应相对较大。另外，生理条件下，多黏菌素B的聚阳离子形式较CMS的聚阴离子形式毒性大[21]，这也可能是导致PMBS毒性较大的重要因素之一。

临床上通常采用单独吸入疗法、吸入疗法联合静脉注射多黏菌素或其他活性抗菌药物等治疗方案，这在治疗肺炎的疗效和安全性方面同样有一定的影响。鉴于多黏菌素体外试验发现存在异质性耐药现象，单独应用可能导致临床治疗失败率增高。当联合使用不同类别的抗菌药物时，则可以避免异质性耐药现象，提高其临床疗效。有体外研究[32]发现多黏菌素B与多西环素联合吸入治疗对PAE所致小鼠急性肺炎有效，同时可对耐多黏菌素B的肺炎克雷伯菌等产生协同作用。另有研究[33]发现环丙沙星和多黏菌素E共载脂质体干粉吸入器剂型的抗MDR-GRN活性优于其中任一种单药。因此，研究方案中是否联合应用其他活性抗菌药物，同样可能是PMBS和CMS 吸入治疗肺炎临床疗效差异的一个重要原因。

多黏菌素吸入装置对治疗肺炎的疗效和安全性也有一定的影响。不同的吸入装置产生的颗粒大小不同，则肺部沉积率不同。传统的吸入装置沉积率约在10%，而CMS吸入制剂采用的振动雾化器可高达70%[34]。有研究表明，多黏菌素E以粉末形式和溶液形式吸入给药可能会产生不同的ELF浓度[35]，而新型纳米颗粒制剂可以显著降低多黏菌素E对肺上皮Calu-3细胞的毒性[36]。PMBS无专门的吸入制剂，目前临床多将静脉用制剂溶解于0.9%氯化钠注射液，然后借助传统吸入装置进行雾化吸入治疗。然而，静脉制剂和吸入制剂的质量标准差异以及吸入装置的不同[37]，很可能是PMBS和CMS 吸入治疗肺炎临床疗效和安全性差异的原因之一。

7 结论与展望

吸入多黏菌素的给药方式是治疗耐药菌所致肺炎的一种重要治疗途径，临床上一般采用单独吸入疗法、吸入联合静脉注射多黏菌素或其他活性抗菌药物等治疗方案。目前国外有专门的CMS吸入制剂，说明书推荐≥6岁由PAE引起的CF患者剂量为125 mg(16.625万U)，q12h。近年来，大多数指南建议对多黏菌素敏感的MDR-GRN所致HAP/VAP患者接受多黏菌素吸入治疗。临床报道CMS吸入治疗肺炎的剂量范围[27]主要为100万～1500万U·d-1，大多集中在100万～600万U·d-1，bid～tid。虽然PMBS吸入治疗肺炎有指南和共识推荐，但是临床研究较少且无吸入制剂，注射剂型用作雾化吸入的超说明书应用情况较为普遍，临床报道的剂量主要有50 mg，q12h和2.5 mg·kg-1·d-1，4～6 h一次[8-9]。CMS和 PMBS吸入治疗肺炎的疗程均视病情而定，通常几天到几十天不等。从目前文献来看，CMS吸入治疗肺炎的相关研究较多，安全性好，但由于其转化率低，疗效有限；而PMBS吸入治疗肺炎较CMS疗效好，国内临床可获得，但肺部不良反应尚不明确，这需要进一步的大样本对照研究进行评估。值得注意的是，吸入治疗的疗效和安全性受肺部解剖特征、疾病状态、机械通气、吸入颗粒大小、患者体位等众多因素影响，尽管有指南、共识及多项研究支持多黏菌素吸入治疗HAP或VAP，但实际上其给药剂型、最佳给药剂量、疗程、肺部PK/PD特性等临床具体应用问题仍缺乏定论。多黏菌素吸入治疗肺炎的安全性和有效性，未来尚需临床前和大规模多中心临床试验进一步评估，特别是以准确可靠的PK/PD数据来指导其临床应用。