碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌的感染现状和防治策略

任建伟， 朱光发

细菌耐药已成为全球公共卫生健康的重要威胁之一。根据世界卫生组织的预测，如果抗菌药物耐药以如此之势发展下去，由耐药细菌感染导致的死亡将仅次于癌症和心血管疾病，成为导致全球死亡的第三位主要原因，其中以碳青霉烯类耐药肠杆菌目细菌(carbapenem-resistant Enterobacteriaceae， CRE)引起的感染尤为突出[1]。CRE是指对碳青霉烯类药物如亚胺培南、美罗培南、多利培南或厄他培南中任何一种药物不敏感(包括中介或耐药)，或者证实产碳青霉烯酶；对亚胺培南天然不敏感的细菌(如摩氏摩根菌、变形杆菌属、普罗维登斯菌属)需要对除亚胺培南以外的任何一种碳青霉烯类药物不敏感[2]。CRE是最常见的革兰阴性细菌，几乎可以引起全身所有部位的感染，特别是医院获得性肺炎(hospital acquired pneumonia， HAP)、呼吸机相关性肺炎(ventilator-associated pneumonia， VAP)、血流感染和颅内感染[3]。CRE 感染多发生于有严重基础疾病、免疫缺陷和(或)长期反复应用广谱抗菌药物的患者，目前可用于治疗CRE感染的药物少之又少，治疗起来非常棘手，患者预后差[4]。本文就CRE感染的流行病学、耐药机制、预防控制和治疗策略进行综述，以期对临床CRE感染的预防和治疗有所裨益。

1 CRE感染的流行病学

流行病学数据[1]表明，携带不同CRE越来越普遍。自从上世纪80年代第1例产碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumonia, KP)在希腊被首次发现以来，目前几乎所有国家均发现有CRE感染的存在，但不同国家和地区感染的发生率存在地域差异。在2001年以前希腊耐药菌监测数据表明，肺炎克雷伯菌对碳青霉烯类抗菌药物耐药的发生率不足1%，到2008年普通病房和重症监护室(intensive care unit， ICU)则分别上升至30%和60%。2011～2014年在美国进行的一项研究发现，肺炎克雷伯菌对碳青霉烯类抗菌药物的耐药率为10%，大肠埃希菌对第三代头孢菌素的耐药率为16%～36%。2014年根据欧洲疾病预防与控制中心(centers for disease control and prevention， CDC)的数据统计分析[5]显示，肺炎克雷伯菌分离株中有62.3%的菌株对碳青霉烯类抗菌药物耐药。与欧美国家相比，我国CRE感染的发生率呈逐年上升趋势，自2007年我国浙江省首次发现产碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌分离菌株以来，肺炎克雷伯菌对亚胺培南和美罗培南的耐药率从2005年3.0%和2.9%持续上升至2018年25.0%和26.3%，2019年和2020年虽有下降趋势，但仍然在23%左右徘徊[6]。

CRE分离菌株中最常见的是肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌和阴沟肠杆菌，在医院获得性感染(包括医疗护理相关性感染)中分别高达81.0%、12.1%和3.2%，标本最常来源于呼吸道分泌物(如痰液)、血液、脑脊液和伤口分泌物，而且脑脊液中CRE的分离率呈逐年上升趋势[2, 7-8]。上述临床分布特征与患者多来源于ICU和神经外科，接受侵入性操作(如气管插管、深静脉置管、留置尿管等)和外科手术有关。贺希娜等[9]的研究也证实了这一点，ICU患者是CRE感染的高危人群，这一类患者多伴有冠心病、糖尿病、慢性阻塞性肺疾病等基础疾病，当机体免疫功能低下且长期应用广谱抗菌药物，容易导致CRE的感染。需要指出的是，住院患者CRE定植发生率3%～7%，这一数值在ICU中更为明显[10]。CRE正常存在于人体鼻咽部、胃肠道和泌尿道黏膜表面，ICU患者往往病情危重，常常需要气管插管、中心静脉置管和留置尿管，导致感染的风险增加，故呼吸道、血流和尿路是现阶段引起CRE感染的主要途径[11-12]。据报道[13]，与非产碳青霉烯酶CRE定植相比，产碳青霉烯酶CRE定植的患者更容易发生CRE的感染。

早期识别CRE感染的高危患者可以启动合适的初始抗菌药物治疗，这对于提高患者的治愈率、降低患者的病死率具有重要意义[14]。迄今为止，入住ICU、接受侵入性操作或近期手术、合并多种基础疾病、感染前3个月内接触抗菌药物(如碳青霉烯类、氟喹诺酮类、头孢菌素类等)，以及联合应用多种抗菌药物被确定为感染CRE的危险因素[15-16]。在一项回顾性分析研究[17]中指出，当患者同时患有血液系统肿瘤或者接受造血干细胞移植，这些危险因素更增加了患者发生CRE感染的机会，严重影响患者的预后。有研究[18]中重点提出，实体器官移植受者、造血干细胞移植受者及血液系统恶性肿瘤患者由于自身免疫功能低下，需要长期接触医疗设施，应用免疫抑制剂和广谱抗菌药物，导致感染多重耐药病原体的机会增加。

2 CRE感染的耐药机制

CRE对碳青霉烯类抗菌药物产生耐药的主要机制：包括①产碳青霉烯酶；②高产头孢菌素酶或超广谱β内酰胺酶(extended-spectrum β-lactamase， EBSLs)合并孔蛋白缺失；③外排泵系统过度表达；④青霉素结合蛋白(penicillin binding protein， PBPs)结构突变，其中又以产碳青霉烯酶最为重要[4, 19]。常见的碳青霉烯酶根据Almber分类法分为A类肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(Klebsiella pneumoniae carbapenemase， KPC)、B类金属β内酰胺酶(metal β lactamase， MBL)和D类苯唑西林酶(oxacillinase， OXA-48)，其中A类和D类碳青霉烯酶的活性部位存在丝氨酸残基，又称为“丝氨酸碳青霉烯酶”，而C类酶主要水解头孢菌素，因其活性较弱，常常与其他耐药机制协同作用产生高水平耐药[20-21]。

2.1KPC KPC是由质粒编码的碳青霉烯酶，具有多种β内酰胺类抗菌药物(主要是碳青霉烯类)的水解活性，其临床相关性是因为它是临床最普遍、分布最广泛的碳青霉烯酶。全球共存在12种blaKPC基因变异体，我国以KPC-2和KPC-3最常见[22-23]。最初只在肺炎克雷伯菌分离株中发现有KPC的存在，但随着耐药菌的不断传播，目前已经在多数革兰阴性菌如阴沟肠杆菌、奇异变形杆菌和黏质沙雷菌中鉴定出该水解酶[24]。这些菌株在希腊、以色列、欧美等越来越多的国家流行，并导致世界范围内的许多重大疫情。其他归属于A类碳青霉烯酶的产酶家族包括由染色体介导的黏质沙雷氏菌酶(serratia marcescens enzyme， SME)、非金属碳青霉烯酶(non-metallo-carbapenemase， NMC)和亚胺培南水解β内酰胺酶(imipenem-hydrolyzing β-lactamase， IMI)，以及同样由质粒介导的圭亚那超广谱β内酰胺酶(Guiana extended-spectrum β-lactamase， GES)[25]。

2.2MBL MBL因其活性部位需要锌离子的存在而得名，该酶在肠杆菌目中是获得性的，最常见的MBL包括耐亚胺培南碳青霉烯酶假单胞菌(imipenem-resistant pseudomonas carbapenemase， IMP)、V-干扰素整合子携带的金属β内酰胺酶(V eronaintegron-borne metallo-β-lactamase， VIM)和新德里金属β内酰胺酶(New Delhi metallo-β-lactamase-1， NDM-1)[26]。1990年IMP在日本被检测到，随后在日本各地广泛传播，目前在全球分布的多物种中发现了至少18种变异体(主要在日本和中国台湾流行)；而VIM于1997年在意大利维罗纳首次被发现，由14个种类组成，其中VIM-2是全世界最常见的VIM类型MBL。IMP和VIM类型MBL均起源于铜绿假单胞菌，并转移到其他肠杆菌目细菌[27]。NDM-1是最近首先在印度被发现的MBL，已经在世界范围内传播，通过旅游到达欧洲和美国。也有研究[28]指出，大多数含有blaNDM的质粒同时携带其他耐药决定因素，这些因素编码不同β内酰胺酶、喹诺酮类耐药和16sRNA(Ribonucleio acid)甲基化酶，从而产生对喹诺酮类、氨基糖苷类等多药耐药。由于MBL具有水平传播和质粒编码的特性，导致感染的发生率呈逐年上升趋势，而且因其耐药菌株常共同表达ESBLs，导致了多药耐药的发生[28]。

2.3OXA-48 OXA-48同样是由质粒编码的碳青霉烯酶，主要存在于肺炎克雷伯菌、大肠埃希菌和阴沟肠杆菌中，只水解青霉素类和碳青霉烯类，不水解超广谱头孢菌素类，对碳青霉烯类抗菌药物产生低水平耐药[1, 4]。2001年，在土耳其的肺炎克雷伯菌分离株中鉴定出blaOXA-48基因，自那时起，产OXA酶的细菌成为该国家的地方性疾病。目前共发现包括OXA-48、OXA-162、OXA-163、OXA-168、OXA-204和OXA-232在内的6种变异体，其中又以OXA-48分布最为广泛；因该类酶具有突变特性和扩展其活性谱的能力，不能被β内酰胺酶抑制剂所抑制[29]。

2.4mcr-1 2015年11月，Liu等[30]报告了一种新的公共卫生威胁，即肠杆菌目的可传播多黏菌素耐药性，其与质粒介导的黏菌素抗性基因mcr-1有关，mcr-1是磷酸乙醇胺转移酶家族的成员。截至2016年3月，至少有17个国家在食品、动物和(或)人类的革兰阴性菌中鉴定出mcr-1；一些报告记录了碳青霉烯酶和(或)ESBL基因与mcr-1共存的菌株；研究[30]表明，这种不受欢迎的出现与多黏菌素在农业和兽医中的广泛使用之间存在联系。

3 CRE的预防与控制

近些年受医院感染预防和控制措施不充分、抗菌药物的使用控制不利等因素的影响，促进了医院CRE的传播。CRE感染不仅增加患者的医疗和社会负担，而且延长平均住院时间，严重影响患者的预后。因此，CRE感染的预防和控制受到重视，通过采取积极有效的预防控制策略与措施，减少CRE的定植，以及优化抗菌药物使用策略遏制定植向感染的进展具有重要意义[31]。

3.1预防CRE的定植和传播 CRE主要定植于下消化道、口咽、皮肤和泌尿道，许多研究均证实通过主动监测、早期筛查CRE定植的高危患者在控制其暴发流行中的重要性。目前，美国CDC和欧洲临床微生物协会推荐首选的筛查部位是肠道来源标本(包括粪便、直肠拭子)，对CRE定植患者积极落实综合隔离和接触预防措施，对医护人员进行专业指导和培训，在接触患者时，严格手卫生，定期对高危患者的居住环境(包括呼吸机、输液泵、心电监护仪等的面板或旋钮、患者的床头桌或床栏杆等)进行清洁消毒，则可以有效减少CRE的定植及医源性交叉传播[16, 32]。

3.2控制CRE定植向感染进展 侵入性操作会增加CRE定植的高危患者发生CRE感染机会，故美国CDC将限制使用侵入性设备列为控制CRE感染的核心措施[33]。同时，各研究机构分别建立了感染识别风险预测模型，其中Miller等[7]通过床旁评分模型确定感染前3个月接受抗菌药物治疗(尤其是碳青霉烯类和氟喹诺酮类)是感染CRE最有效的预测因子。也有许多研究[32]表明，感染前接触抗菌药物尤其是多种抗菌药物联合使用是CRE定植或感染的危险因素，因此，规范管理抗菌药物的使用、严格遵循适应证及药敏结果也被认为是控制CRE感染发生的核心措施，需要临床工作者给予高度关注。

4 CRE的治疗策略

目前临床上仍然可以用来治疗CRE感染的传统抗菌药物包括多黏菌素类(如多黏菌素B和多黏菌素E)、替加环素、磷霉素、氨基糖苷类(如阿米卡星、异帕米星、妥布霉素和庆大霉素)和氨曲南[34]。对CRE具有较好抗菌活性的药物单一用药可能会导致病原菌对抗菌药物产生耐药性，同时又存在各自的局限性，故临床经常采用联合用药治疗方案，以便更快速的控制感染和遏制耐药的发生[35]。体外药敏结果显示，多黏菌素和替加环素至今依然对CRE保持着较高的敏感度，可以作为治疗CRE感染的一线用药。目前，对CRE引起的严重感染常推荐以多黏菌素或替加环素为基础的联合碳青霉烯类、磷霉素或氨基糖苷类的两药或三药方案。由于氨基糖苷类抗菌药物潜在的肾毒性和耳毒性，当其与多黏菌素联合使用时需要慎重考虑[36]。多黏菌素不仅可以用于静脉治疗CRE导致的血流感染，同时也可以鞘内或脑室内注射用于治疗中枢神经系统感染和雾化吸入治疗CRE相关下呼吸道感染。氨曲南对产金属酶CRE具有较高敏感度，体外研究[37]表明，氨曲南联合特治星(头孢他啶-阿维巴坦)治疗产金属酶CRE血流感染的病死率要显著低于其他治疗方案。总之，对于高危或危重症患者更倾向于联合用药，同时也要考虑患者的一般情况、感染源及是否存在感染性休克，这就需要临床医生在联合用药方案上遵循个体化原则。

也有研究提出，碳青霉烯类抗菌药物具有抗菌谱广、杀菌作用强，虽然CRE对其耐药性不断发展，但仍然可以作为一线治疗选择[4]。近几年有研究[38]数据表明，当体外药敏结果提示，碳青霉烯类抗菌药物最小抑菌浓度(minimum inhibitory concentration, MIC)≤8 mg/L时，可以通过加大给药剂量或者延长静脉输注时间取得一定的疗效，同时也提出了“双碳青霉烯”治疗方案，即两种不同的碳青霉烯类抗菌药物联合使用。具体方案是厄他培南联合美罗培南或多利培南，因为厄他培南对产碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌亲和力高，作为一种“自杀性抑制剂”消耗碳青霉烯酶，之后由另一种活性较强的碳青霉烯类药物来发挥杀菌作用[39]。在Venugopalan等[40]和Oliva等[41]的研究中都证实了此种方案治疗可以使临床成功率达到70%以上。一项病例对照研究的多变量分析结果同样显示，应用双碳青霉烯类治疗CRE感染与较低的28 d病死率有关，但同时也发现，66%的分离株存在广泛耐药(XDR)现象，面对这样潜在的负面生态影响，在我们获得更多有证据支持的临床数据之前，应谨慎选择双碳青霉烯治疗方案[35]。

最新批准并应用于临床治疗CRE感染的抗菌药物包括头孢他啶-阿维巴坦、头孢洛扎-他唑巴坦、美罗培南-法硼巴坦、亚胺培南-西司他丁-雷利巴坦和依拉环素[42-45]。头孢他啶-阿维巴坦已经获批用于成人复杂腹腔内感染、HAP(包括VAP)的治疗，同时也可应用头孢他啶-阿维巴坦敏感、但治疗选择有限的革兰阴性细菌引起的感染[45]。但研究指出，头孢他啶-阿维巴坦只适用于产KPC和OXA-48肠杆菌目细菌引起感染的敏感率超过90%，对产MBL(尤其是NDM)肠杆菌目细菌引起的感染无效[24, 42]。同时，也要注意头孢他啶-阿维巴坦治疗的耐药问题，已有相关研究发现，产KPC肺炎克雷伯菌通过携带质粒突变的blaKPC-3基因产生耐药，对于患有肺炎和辅助有肾脏替代治疗(renal replacement therapy， RRT)的患者还会导致治疗的失败，可能与疾病的严重程度、潜在的共存疾病和药物暴露不足有关[46]。头孢洛扎是半合成β内酰胺类抗菌药物，通过结合青霉素结合蛋白(PBP)抑制细菌细胞壁的生物合成而发挥抗菌作用，单一用药很容易被酶(如ESBLs、碳青霉烯酶)水解，通过与β内酰胺酶抑制剂(他唑巴坦)组成复方制剂，抑制酶解的同时增强了杀菌活性，对革兰阳性、阴性菌和厌氧菌具有很好的临床应用前景[44]。

同样，法硼巴坦也是一类新型β内酰胺酶抑制剂，与美罗培南组成复方制剂可以恢复其对CRE的抗菌活性，其主要适用于产KPC肠杆菌目，对于产MBL和OXA-48肠杆菌目细菌引起的感染由于临床数据缺乏，暂不作为一线用药推荐[35, 47]。雷利巴坦结构上和阿维巴坦相似，其与亚胺培南-西司他丁组成复方制剂对产KPC的CRE发挥杀菌活性，同样不推荐用于产MBL和OXA-48肠杆菌目细菌引起的感染[48]。目前上述两药正在进行CRE感染所致的HAP、VAP及血流感染等严重感染的Ⅲ期临床试验，以期早日为临床CRE的感染患者带来福音。

最后，依拉环素是一种合成氟环素类四环素药物，其抗菌谱广、抗菌作用强，与替加环素相比，其具有更有效的体外抗菌活性、口服生物利用度高和较低的药物相互作用等优点，已经在临床上显示出了良好的杀菌活性[49]。

5 小结与展望

CRE是住院患者的重大威胁，已经被美国CDC列为“紧急威胁级”病原体，我国CRE的感染现状岌岌可危[4]。虽然也有新型抗菌药物应用于CRE感染的治疗，但预防和控制策略的严格实施刻不容缓，而且细菌耐药机制的进化速度远远超过抗菌药物的开发速度，如何高效地利用好这些药物仍然是临床治疗的难题，有待进一步的深入研究[50]。

随着细菌突变和耐药基因水平转移，在抗菌药物的耐药性发展中起到越来越重要的作用，噬菌体疗法作为耐多药甚至泛耐药病原体的一种治疗选择正受到关注。早在20世纪初开始使用噬菌体疗法治疗人类感染，并成功地用于霍乱、鼠疫和结膜炎等感染；20世纪中叶由于抗菌药物的出现，噬菌体疗法的使用受到限制，很快就退出人类的视野[51]。近些年，随着抗菌药物耐药性以惊人的速度增加，人们对噬菌体疗法治疗耐多药微生物感染重新产生了兴趣。在小鼠模型的研究中，被证明该疗法对CRE肺炎克雷伯菌是成功的，为未来针对CRE感染提供了有希望的选择[52]。另外，有一项基础研究开发了新型聚集的规则间隔短回文重复相关蛋白-9核酸系统(CRISPR-cas9-system)介导的pCasCure系统，用于对抗当前由质粒介导的耐药性，即多药耐药质粒固化新策略，通过对碳青霉烯酶基因和质粒的固化高效去除CRE分离株中的碳青霉烯酶基因和质粒，使CRE恢复对碳青霉烯类抗菌药物的敏感度，有望通过进一步的完善和发展使其早日应用于临床为耐药菌事业做出贡献[53]。