磷霉素在多药耐药肠杆菌科细菌感染治疗中的研究进展

靳迺诗，何菊英，冯 伟，张 欣

0 引言

随着近年来抗菌药物在医疗、畜牧及渔业等领域的滥用，多药耐药的肠杆菌属细菌比例显著升高。根据我国2021年CHINET细菌耐药监测[1]的数据，肺炎克雷伯菌对亚胺培南和美罗培南的耐药率从2005年的3.0%和2.9%升高到2019年的25.3%和26.8%；大肠埃希菌对多个抗菌药物的耐药率持续高于50%。同时，新型抗肠杆菌属细菌的抗菌药物研发进展缓慢。如何合理利用现有抗菌药物治疗肠杆菌属细菌感染是目前临床治疗的一大热点和难点[2-3]。磷霉素因其抗菌机制独特，抗菌谱广泛且目前耐药率仍维持在较低水平(2021年监测数据显示，在大肠埃希菌上检测到耐药率仅为5.5%[1])，有望在多药耐药肠杆菌属细菌治疗上有应用前景。磷霉素作为一种广谱的小分子抗菌药物，其抗菌机制是抑制细胞壁的合成，因此被广泛用于多种革兰阴性、阳性菌及多药耐药菌导致的感染[4]。目前，临床上磷霉素有口服剂型(磷霉素钙、磷霉素氨丁三醇)和注射剂型(磷霉素钠)，可用于多药耐药菌所致的多种感染。

1 磷霉素简介

磷霉素(C3H7O7P·C4H11NO3)最早于1969年发现于西班牙土壤放线菌的培养液中[5]。目前主要通过生物合成或化学合成的方法获得磷霉素。随后于70年代早期被批准用于单纯性尿路感染的治疗，迄今仍为该感染的一线治疗药物。磷霉素有极为广泛的抗菌谱，对革兰阳性菌和革兰阴性菌均有极好的抗菌作用，包括葡萄球菌属、肺炎链球菌属、大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌和铜绿假单胞菌等[4,6-7]。磷霉素的耐药率目前还维持在一个比较低的水平[2,8]。

1.1 磷霉素的抗菌机制 磷霉素依靠L-α甘油-3-磷酸转运体(Glycerol-3-phosphate transporter，GlpT)和葡萄糖-6-磷酸转运体(Hexose-6-phosphate antipoter，UhpT)2种膜转运系统侵入细菌内部[4]。磷霉素独特的化学结构可以同时激活2种转运体并促进其后续表达，以转运更多磷霉素入胞。入胞后的磷霉素不可逆地竞争性结合丙酮酸-二磷酸尿嘧啶乙酰葡糖胺转移酶(UDP-N-acetylglucosamine 1-carboxyvinyltransferase，MurA)，此酶参与肽聚糖生物合成的初始步骤[9-10]。鉴于肽聚糖是细胞壁的主要成分，且细胞壁是革兰阳性菌和阴性菌必需的结构成分，可见磷霉素具有广泛的抗菌作用。同时，这一独特的破坏细菌细胞壁早期合成的抗菌机制可以促进其他抗菌药物进入细菌并发挥其抗菌作用，提示其与其他抗菌药物联用可能产生协同作用。

1.2 磷霉素的抗菌谱及抗耐药菌活性 国内CHINET的数据显示，2017年和2021年大肠埃希菌对磷霉素的耐药率从2017年的4.2%升高到了2021年的5.5%[1,11]。De Lorenzis等[8]对保加利亚、希腊、意大利、北马其顿、西班牙和土耳其7个国家11个中心的912例尿路感染患者分离的致病菌进行耐药检测后，发现大肠埃希菌对磷霉素耐药率低于10%，克雷伯菌、肠杆菌、沙雷氏菌对磷霉素的整体耐药率约为23%，革兰阳性菌对磷霉素耐药率为19%。对于多药耐药的肠杆菌属细菌，磷霉素同样有较高的抗菌活性。Patwardhan等[12]对印度分离得到的3 947例尿路感染菌株进行药敏检测后，发现肠杆菌属细菌对磷霉素敏感率为98.1%(2 730/2 783)，假单胞菌属对磷霉素敏感率为97.4%(375/385)，产超广谱β内酰胺酶(Extended spectrum β lactamase，EBSL+)和产金属β内酰胺酶(Metallo-β-lactamases，MBLs)分离株对磷霉素敏感率分别为96.5%和91.9%；甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌(Methicillin-ausceptibleStaphylococcusaureus，MSSA)分离株对磷霉素的敏感率为88.4%(61/69)。Bielen等[13]对在克罗地亚分离得到的288株多药耐药菌株进行体外实验后，发现磷霉素的整体敏感率为82.6%，产ESBL的大肠埃希菌和产ESBL的肺炎克雷伯菌对磷霉素敏感率分别为97%和80%，多药耐药肠杆菌科分离株对磷霉素敏感率为85.7%。Flamm等[14]对美国临床分离得到的菌株进行检测后，发现97.7%的肠杆菌科分离株磷霉素最低抑菌浓度(Minimal inhibitory concentration，MIC)小于64 μg/ml；而98.5%的大肠埃希菌和97.0%的肺炎克雷伯菌的磷霉素MIC均小于64 μg/ml。该研究同样评价了磷霉素对多种多药耐药菌株的抗菌作用：产EBSL的大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌的磷霉素MIC均小于32 μg/ml，81.8%的产碳青霉烯酶的大肠埃希菌和91.7%的产碳青霉烯酶的肺炎克雷伯菌的磷霉素MIC小于64 μg/ml。综上，磷霉素不仅对多种革兰阴性菌和革兰阳性菌保持着高水平的抗菌作用，对多数耐药菌株也有很好的抗菌效果。

2 磷霉素对多药耐药肠杆菌属细菌的抗菌活性

对于磷霉素治疗多药耐药肠杆菌科细菌的研究报道较为匮乏，已有的报道也多集中在磷霉素与不同药物联用治疗一种或多种不同感染，相关研究因横向比较困难而难以为临床实践提供有益借鉴。根据目前的临床研究报道及相关的专家共识推荐，磷霉素应与其他药物联用治疗多药耐药的肠杆菌属细菌感染[15-16]。

2.1 体外实验

2.1.1 磷霉素与青霉素类药物联用 研究提示，青霉素与磷霉素合用可协同杀灭肠杆菌科细菌。Flamm等[17]联用哌拉西林/他唑巴坦和磷霉素对分离得到的20株肠杆菌科菌株体外共培养，使用棋盘法、时间与杀菌关系的动力学分析方法检测后，发现哌拉西林/他唑巴坦联合磷霉素呈现显著的协同灭菌作用。同样，对分离得到的ESBL、KPC和OXA介导的耐药大肠杆菌菌株，阿莫西林和磷霉素联用在体外也能取得较好的协同抗菌效果[18-20]。但近期研究显示，这一联用在青霉素耐药的肠杆菌科菌株中的协同作用极为微弱[20]。

2.1.2 磷霉素和头孢菌素类药物联用 Seok等[19]在体外将分离得到的产ESBL大肠埃希菌菌株与头孢克肟联合磷霉素共培养结果显示，联用取得几乎100%的协同效果；Ojdana等[21-22]报道显示，磷霉素联用头孢他啶/阿维巴坦对多种耐药机制介导的肺炎克雷伯菌耐药菌株也呈现协同杀灭作用。在系统性磷霉素合用其他抗菌药物对肠杆科细菌杀灭效应实验上也体现了这一作用，该研究提示磷霉素和头孢他啶合用可呈现对肠杆菌属细菌的协同杀灭作用[17]。

2.1.3 磷霉素和碳青霉烯类药物联用 多个课题组的体外研究显示，对多药耐药的大肠埃希菌，磷霉素和亚胺培南或美罗培南联用均可起到协同杀灭作用[23-25]。值得一提的是，El-Wafa等[25]的研究发现，磷霉素与亚胺培南联用可显著恢复多药耐药的大肠埃希菌对碳青霉烯类抗菌药物的敏感性。体外研究表明，磷霉素联用亚胺培南或美罗培南对不同耐药机制介导的肺炎克雷伯耐药菌株也能起到较好的协同抗菌作用[24,26-27]。

2.1.4 磷霉素和多黏菌素联用 体外实验显示，磷霉素和多黏菌素E联用可协同杀灭产ESBL、碳青霉烯酶的肠杆菌属耐药菌[17,27]。多黏菌素B与磷霉素联用在碳青霉烯介导的肺炎克雷伯菌耐药株的体外灭杀实验中同样显示出协同杀菌作用[28]。目前，体外实验结果较为一致地提示，磷霉素联用多黏菌素对肺炎克雷伯耐药菌的灭杀效果较好，因此推荐其与多黏菌素联合治疗广泛耐药革兰阴性菌感染[16]。

2.1.5 磷霉素和替加环素联用 对肠杆菌属细菌的体外研究显示，替加环素联用磷霉素对耐药菌的协同杀灭作用较好[17,29]。对ESBL介导的大肠埃希菌耐药菌株及KPC介导的肺炎克雷伯菌耐药菌株，磷霉素联合替加环素能起到较为显著的抗菌作用[30-31]。磷霉素与替加环素联合用药也是治疗广泛耐药革兰阴性菌感染的方案之一[16]。

2.1.6 磷霉素与其他抗菌药物联用 研究显示，磷霉素与大环内酯、四环素、利福平和氯霉素联用也可起到协同杀灭肠杆菌属耐药菌的效果[32]。但目前尚缺乏更多临床数据支持，因此这些联用的可行性还有待进一步体外及临床研究的证实。

2.2 临床相关研究 目前仅有数例磷霉素联合用药用于治疗多药耐药细菌感染的临床研究。早期Neuner等[33]报道了一项在克利夫兰医学中心开展的回顾性研究，以评价磷霉素氨丁三醇及联合用药在多药耐药菌诱发的尿路感染上的治疗作用。该研究共纳入41例患者，其中肠杆菌科耐药菌诱发的感染25例，总体治愈率为59%，死亡4例。产生碳青霉烯酶的肠杆菌科细菌(Carbapenem-resistantEnterobacteriaceae，CRE)治愈率46%，EBSL治愈率57%，治疗后出现磷霉素耐药3例，均出现在磷霉素联合替加环素治疗CRE后，该研究并未阐明联合用药的具体治愈情况。van Duin等[34]收集了157例耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌诱导的尿路感染患者，其中，使用磷霉素单独或联合其他药物治疗19例，磷霉素单独治疗8例，有效率75%；磷霉素联合氨基糖苷类治疗7例，有效率57%；磷霉素联合替加环素3例，有效率0%；磷霉素联合粘菌素1例，有效率0%。总体有效率53%(有效率为0可能与纳入病例数少及病情严重程度有关)。研究结果提示，对于尿路感染，磷霉素联合替加环素并不能提高治疗的有效率。近期Putensen等[35]报道了一项多中心的前瞻性研究，旨在观察磷霉素钠在德国和澳大利亚重症监护室的使用效果。该研究纳入了209例感染患者(其中肠杆菌属细菌感染79例)，均使用了磷霉素联合其他抗菌药物进行治疗，总体有效率为70.8%，磷霉素合并碳青霉烯类、头孢菌素类以及青霉素类抗菌药物的有效率分别为80.8%、87.5%、85.7%，提示磷霉素合用这3类抗菌药物可有效应对重症监护室常见感染。

3 细菌对磷霉素耐药的主要机制

3.1 固有耐药机制 这一机制主要发现在非肠杆菌属细菌：①MurA活性位点的半胱氨酸到天冬氨酸的点突变，阻止了MurA与磷霉素的结合，使得磷霉素无法发挥抗菌作用；②细胞壁肽聚糖合成的替代途径，磷霉素的抗菌作用主要抑制肽聚糖的从头合成，研究显示，部分假单胞菌亚种存在肽聚糖合成的不依赖MurA替代途径，使得磷霉素抗菌效力大大降低[36]。

3.2 获得性耐药机制 ①磷霉素转运相关通路的改变：在大肠埃希菌上，发现磷霉素进入细菌必需的蛋白GlpT和UlpT的突变使磷霉素进入减少；UhpT蛋白转录上游调控基因uhpA突变，同样影响磷霉素的转运；同时，GlpT和UlpT的表达依赖环磷酸腺苷(cyclic Adenosine monophosphate，cAMP)，cAMP表达调控基因ptsl和cyaA的突变使得胞内cAMP浓度降低，进而诱发GlpT和UlpT表达降低，磷霉素转运减少。②细菌对磷霉素的直接修饰：目前已发现多种质粒和染色体编码的修饰酶可以直接修饰磷霉素，降低其抗菌活性。已发现的修饰酶基因包括：FosA、FosB、FosX、FosC、FomA和FomB。FosA不仅可介导对磷霉素的耐药，对β内酰胺类、喹诺酮类、氨基糖苷类等都能产生耐药；FosB介导的耐药仅在革兰阳性菌上观察到；FosX介导的耐药主要在李斯特菌；FosC、FomA和FomB在结构和功能上类似，不同的是其介导的磷霉素耐药体现在不同的菌种。此外，少量研究显示，磷霉素在非肠杆菌属细菌上可能存在异质性耐药的现象。相较于其他抗菌药物，磷霉素临床应用较少，这可能是其耐药率仍维持在较低水平的原因。Zhang等[37]对温州医科大学第一附属医院2013-2016年分离得到的761株肠球菌进行体外检测后发现，磷霉素耐药率为2.6%，且主要为MurA突变和FosB介导的磷霉素耐药。有研究对17 602例大肠埃希菌导致的尿路感染患者进行5年的观察，结果显示，增加50%的磷霉素使用可导致产EBSL大肠埃希菌磷霉素耐药率由2.2%升高至21.7%[38]。这些研究提示,现有磷霉素耐药水平虽维持在较低水平，但随着其使用量的增加，耐药率也可能上升，因此，应加强对磷霉素耐药的监测。

4 小结

多药耐药的肠杆菌属细菌危害较大，且新型抗菌药物研发周期长、无法满足实际需求。因此，合理利用现有抗菌药物并探索新的联用策略显得极为重要。既往临床监测显示，多数耐药肠杆菌属细菌对磷霉素仍保持着较高的敏感性，且体内外研究均显示磷霉素联合大多数抗菌药物均有较好的协同效果，且具有较好的抗多药耐药肠杆菌属细菌的能力，这提示磷霉素在临床上具有更为广泛的应用范围。目前的临床研究仍存在着纳入范围窄、纳入样本少、临床观察不具体等局限性，需要开展多中心、大样本、前瞻性、随机对照的临床研究，以确切评价磷霉素联合其他抗菌药物对多药耐药肠杆菌属感染的治疗作用。