耐碳青霉烯类肠杆菌科细菌感染治疗进展

江琦,贾枕枕,王玲玲,刘相君,刘洪英

(1.河北北方学院研究生院,张家口 075000;2.河北省人民医院感染性疾病科,石家庄 050051;3.河北医科大学研究生学院,石家庄 050000)

由于抗菌药物的广泛使用,导致细菌耐药问题愈加明显,特别是碳青霉烯类耐药肠杆菌科细菌(carbapenem-resistantEnterobacteriaceae,CRE)引起的感染日益增多。2020年我国细菌耐药监测网(CARSS)统计在CRE中,最常见的是肺炎克雷伯菌(Klebsiellapneumoniae,K.pneumoniae,KP)、大肠埃希菌(Escherichiacoli,E.coli)和阴沟肠杆菌(Enterobactercloacae,E.cloacae)[1]。目前与耐药菌相关的感染每年约造成70万人死亡,预估到2050年死亡人数将增加到每年1000万。美国疾病控制和预防中心(Centers for Disease Control and Prevention,CDC)、欧洲疾病预防和控制中心(European Center for Disease Control and Prevention,ECDC)和世界卫生组织(World Health Organization,WHO)将CRE列为医疗保健监测、预防和控制的优先病原体。因此CRE引起了全球的高度重视。目前可供选择的治疗CRE感染的抗菌药物有限,加上新型抗菌药物研发及应用周期较长,导致治疗困难,住院时间延长,费用增加,死亡率升高。因耐药性蔓延、耐药现象严重,给临床带来巨大挑战。探讨有效治疗CRE感染的策略迫在眉睫,笔者就其主要耐药机制和当前的抗菌药物治疗策略进行综述,为临床用药提供参考。

1 CRE耐药机制

1.1CRE定义 需满足以下三者中的一个成为CRE:①产碳青霉烯酶;②对任一碳青霉烯类药物耐药[亚胺培南(imipenem,IMI)、美罗培南(meropenem,MEM)、多利培南(doripenem,DOR)的最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)≥4 mg·L-1,或厄他培南(ETP)≥2 mg·L-1];③天然对IMI不敏感的细菌(如摩氏摩根菌、变形杆菌属、普罗威登斯菌属),需参考除IMI外的其他碳青霉烯类抗菌药物(如MEM、ETP、DOR)的MIC后进行鉴定。

1.2CRE耐药机制 主要包括[2-3]:①产生碳青霉烯酶,由多种基因型编码,通过可转移的遗传元件在菌株间转移。碳青霉烯酶属于β-内酰胺酶,依据Ambler分类包括A、B、D共3大类。在肠杆菌中,A类以KPC酶最常见,可被克拉维酸、舒巴坦和他唑巴坦灭活;B类为金属酶(MBL),主要包括IMP、VIM、NDM,目前这些酶仅被有限的抗菌药物拮抗,如氨曲南;D类主要包括OXA,在肠杆菌中,以OXA-48常见。②膜孔蛋白改变合并产 AmpC 酶或产ESBLs酶,外膜孔缺失或靶修饰导致渗透性发生改变,引起抗菌药物跨膜受限,从而产生耐药。③外排泵基因的过表达,在肠杆菌科中AcrAB-TolCe为主要的外排系统,将抗菌药物逆浓度泵出,胞内药物浓度下降导致耐药性的出现。④青霉素结合蛋白(penicillin-binding proteins,PBP)的改变:PBP参与细菌细胞壁的合成,其结构和数量的改变导致与抗菌药物亲和力降低,影响杀菌效果引起耐药。

2 CRE治疗策略

2.1目前常用的治疗CRE感染的药物

2.1.1多粘菌素(polymyxins) 属于多糖类抗生素,由一个环状阳离子七肽组成。氨基末端有被脂酰化的三肽侧链,具有疏水性,与毒性及抗菌性有关。多粘菌素与细菌外膜脂多糖脂质A的磷酸基团结合,破坏细菌外膜的稳定,导致外膜通透性增加,胞质外渗、细胞裂解死亡,从而发挥抗菌作用[4]。临床上使用的多粘菌素B(polymyxin B,PMB)和多粘菌素E(polymyxin E,亦称粘菌素,colistin,COL)同属于多粘菌素,二者化学结构相似仅有一个氨基酸的区别。PMB作为一种活性抗生素直接在体内发挥作用,而粘菌素甲磺酸盐(colistin methanesulfonate,CMS)为前体药物,本身无活性,需要在体内转化为多粘菌素E后才能发挥药效。COL很难渗入肺组织,通过药动学/药效学(pharmacokinetics/pharmacodynamics, PK/PD )发现吸入CMS治疗肺炎,可最大限度的增加其在肺内的浓度暴露量,同时降低血浆浓度和全身毒副作用[5],与CMS比较吸入PMB局部气道刺激发生率更高,故CMS可能是更好的吸入选择。肾功能正常患者静脉给予CMS后很难达到平均稳态血浆浓度(average steady-state plasma concentration,Css,avg),而PMB Css,avg较高,故PMB在治疗血流感染时可作为较好的选择[6]。CMS主要经肾脏排泄,在治疗泌尿系感染方面可能比PMB更好。根据PK/PD发现单独使用多粘菌素无法达到有效血药浓度且易导致耐药,而与其他抗生素联用可起到协同杀菌并减少耐药的产生[7]。NI等[8]一项系统回顾和Meta分析结果表明:多粘菌素单药治疗CRE感染对28 d或30 d死亡率无影响,而联合治疗可降低其死亡率。我国PMB推荐剂量(含量换算1 mg=1万U):对肾功能正常的成年人和儿童1.5～2.5 mg·kg-1·d-1,总剂量不超过2.5 mg·kg-1·d-1。美国2016版HAP/VAP 指南推荐对于肾功能正常患者2.5～3 mg·kg-1·d-1,分2次静脉滴注。2019年多粘菌素优化使用国际共识指南推荐在危重症患者中可给予负荷剂量2.0～2.5 mg·kg-1,静脉滴注>1 h,维持剂量1.25～1.5 mg·kg-1,q12 h。COL(1 mg=2.27万U)成人推荐剂量为(100～150)万U·d-1,分2或3次使用。其主要副作用为肾毒性和神经毒性。

2.1.2替加环素(tigecycline,TGC) 为甘氨酰环素,属于四环素类抗生素。通过抑制30S核糖体亚基蛋白质合成发挥作用。NI等[9]研究发现TGC治疗CRE感染的疗效与其他抗生素相似;而TGC联合治疗组与单药治疗组比较30 d死亡率低;在重症监护室患者中大剂量组比标准剂量组死亡率低。大剂量TGC给药方案的临床疗效及微生物清除率更佳。由于PK特性,TGC在静脉给药后组织渗透性远高于血浆,故对腹腔和皮肤/软组织感染是一种不错的选择,而在治疗泌尿系和血流感染时效果不理想,一项回顾性队列研究[10]显示:对于医院CRKP引起的血流感染,接受高剂量TGC联合治疗组与标准剂量组之间住院死亡率上差异无统计学意义。推荐使用标准剂量为:负荷剂量100 mg,随后50 mg,q12 h,iv;对于严重感染负荷剂量可给予200 mg,随后100 mg,q12 h。TGC主要经胆汁排泄,对于轻型肝肾损伤患者无需调整用量。常见不良反应主要涉及凝血和胃肠道系统。

2.1.3磷霉素(fosfomycin,FOS) 通过与MurA酶结合阻止细菌肽聚糖的转肽过程而发挥作用。因具有独特的化学结构和作用机制,较少出现交叉耐药。有口服和静脉两种剂型。2013年口服FOS被批准用于治疗急性非复杂性膀胱炎。注射用磷霉素(fosfomycin for injection,ZTI-01)被美国开发用于复杂泌尿系感染(complicated urinary tract infection,cUTI)和急性肾盂肾炎(acute pyelonephritis,AP),KAYE 等[11]进行的一项2期临床试验证实:与哌拉西林/他唑巴坦组(4.5 g,q8 h,持续7～14 d)比较,FOS组(6 g,q8 h,持续7～14 d)在治疗CRE所致cUTI及AP时具有非劣效性。因单独使用时易产生耐药,故常联合其他抗生素(β-内酰胺类,氨基苷类等)使用。KAASE等[12]一项体外研究表明78%的CRE菌株对FOS敏感,也有研究发现FOS与碳青霉烯类联用对CRKP菌株体外协同抗菌活性要比COL高[13]。根据PK/PD特性FOS大多为时间依赖性药物,经肾脏排泄,耐受性较好,故常用于泌尿系感染。FOS血浆分布浓度高,组织渗透性强(包括肺、中枢神经系统和骨骼),同时对下呼吸道感染、胆道感染和脓肿也有较好的疗效。对于肾功能正常患者建议负荷剂量8 g,随后16～24 g· d-1,分3或4次持续输注。对于最佳给药方案仍有待进一步RCT研究。常见不良反应包括恶心,呕吐,腹泻等胃肠道反应,还有皮疹,长时间大剂量使用会引起水钠潴留、电解质紊乱。

2.2新型药物

2.2.1埃拉瓦环素(eravacycline,ERV) 商品名Xerava,是一种新型的全合成含氟四环素衍生物,通过抑制细菌蛋白质合成发挥抗菌活性。此药半衰期长,蛋白结合率高,被批准用于治疗cIAI和cUTI。在治疗cUTI时与ETP比较具有统计学意义上的非劣效性,但与左氧氟沙星比较不满足非劣性标准[14]。ERV对CRE抗菌活性是替加环素的2倍[15]。ALOSAIMY等[16]报道ERV在治疗CRE所致的感染时30 d存活率为87.5%。NCT03032510和NCT01978938试验证明ERV(1.5 mg·kg-1,q12 h)与ETP和左氧氟沙星比较,在治疗cUTI感染时治愈率均较低(84.8%vs.94.8%)和(60.4%vs.66.9%),因无法找到引起UTI的病原体的信息,故无法解释临床反应均较低的原因。迄今为止有关ERV治疗CRE感染的临床数据有限。推荐剂量1 mg·kg-1,q12 h,持续1 h以上,维持4～14 d。值得注意的是此药不需要根据肾功能调整剂量,静脉炎和恶心等胃肠道症状为最常见的不良反应。

2.2.2普拉唑霉素(plazomicin) 由西索米星衍生而来的新一代氨基苷类抗生素,通过结合细菌核糖体30S亚基抑制其蛋白质合成。通过抑制氨基苷类修饰酶来治疗CRE。对携带KPC的分离株具有良好活性(≤2 mg·L-1时,92.9%敏感);对OXA-48活性较低(87%);对MBL活性有限(40.5%);对NDM无活性,可能是由于产NDM的CRE菌株同时表达16S rRNA甲基化酶,使所有氨基苷类抗生素失活。2018年6月被FDA批准用于cUTI和肾盂肾炎。在对3种氨基苷类(阿米卡星,庆大霉素和妥布霉素)耐药的菌株中,普拉唑霉素仍对52.2%的分离株有效,和头孢他啶/阿维巴坦(ceftazidime/avibactam,CAZ/AVI)、美罗培南/瓦博巴坦(meropenem-vaborbactam,MER/VAB)疗效相当[17-18]。ZHANG等[19]发现产KPC酶菌株对普拉唑霉素敏感性高(MIC90可低至0.5 mg·L-1),耐药性低(1/107),而对MEM和IMI敏感性极低。WAGENLEHNER等[20]发现普拉唑霉素和MEM在治疗CRE导致的cUTI和AP时,普拉唑霉素具有非劣效性(第5天临床治愈和微生物清除率为88.0%vs.91.4%;第15～19天为81.7%vs.70.1%;第24～32天后,微生物和临床复发率均不高)。与COL比较,普拉唑霉素用药后28 d全因死亡率及相关并发症低[24%vs.50%,95%CI=(-55%,6%)][21]。CONNOLLY等[22]报道,普拉唑霉素和左氧氟沙星在治疗cUTI和AP结束后12 d微生物清除率60.8%vs.58.6%,1个月后微生物复发率低(6.5%vs.23.5%)。目前对于肾功能正常的患者推荐使用剂量为15 mg·kg-1·d-1,对于中度肾损伤肌酐清除率(creatinine clearance,Ccr)<60 mL·min-1的患者降至10 mg·kg-1·d-1;对重度损伤Ccr<30 mL·min-1可调整为10 mg·kg·(48 h)-1。主要经肾脏排泄,肌酐升高是最常见的不良反应。考虑到PK特性和个体的特异性反应,体外评估的协同抗菌活性可能并不能正确反应体内临床疗效。这种新药目前应用的主要问题是缺乏cUTIs以外的临床试验数据。

2.2.3头孢地尔(cefiderocol) 商品名Fetroja,是一种新型“铁载体”头孢菌素,主要与PBP3结合抑制细菌细胞壁合成,发挥抗菌活性。对AmblerA、B、和D类酶具有活性,且对酶的稳定性是CAZ的10～100倍[23]。2019年11月被USFDA批准用于治疗成人cUTI。2020年被扩大用于HAP/VAP。对MEM不敏感和产KPC酶肠杆菌,头孢地尔的疗效优于CAZ/AVI或疗效相当。在治疗CRE引起的UTI时,MIC90≤4 μg·mL-1,显示出很好的体外抗菌活性[24]。PORTSMOUTH等[25]进行的一项非劣性试验发现在成人cUTI和AP治疗结束7 d后,头孢地尔和IMI在临床反应上差异无统计学意义,在微生物应答方面优于IMI[73%vs.56%,95%CI=(6.92,27.58)],不良反应发生率低。一项小型观察性研究[26],其中包括产NDM酶的KP所致的菌血症和VAP,在既往使用粘菌素治疗失败的情况下,头孢地尔治疗14 d后30 d临床成功率为70%。在由碳青霉烯类耐药的革兰阴性菌(CR-GNB)导致的感染人群中,头孢地尔和最佳可用疗法(best available therapy,BAT)具有相似的临床和微生物疗效,但死亡率高[27]。同时FDA警告在MDR-GNB感染重症患者中第14天和第28天全因死亡率,头孢地尔不劣于MEM。因尚未确定病因,期待进一步的临床数据来提供更可靠的证据。目前常用剂量2 g,q8 h,静脉输注3 h,持续7～14 d。该药主要经肾脏排泄,Ccr<60 mL·min-1或>120 mL·min-1时需调整剂量。常见的不良反应包括胃肠道症状和静脉炎。

2.3探索性治疗

2.3.1双碳联合疗法(double-carbapenem therapy,DCT) ETP联合MEM或DOR。这种联合用药的机制尚未清晰阐明,当前假设认为其中一种碳青霉烯类抗生素(主要是ETP)通过分解碳青霉烯酶作为自杀抑制剂,从而保留其他碳青霉烯类的活性。大多数病例报道和临床研究都采用了以ETP为基础的DCT。BULIK等[28]首次在体外和体内模型中同时证实了ETP联合DOR治疗CRKP感染较单药抗菌活性强且维持时间更长。2013年DCT首次在3例希腊患者中使用并发现具有很好的抗菌活性和临床疗效[29]。2020年一项系统回顾和Meta分析[30]结果显示DCT和其他治疗方案在治疗CRE时临床和微生物应答上相似,但死亡率低。SOULI等[31]报道DCT(ETP+MEM)在治疗产碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌(CPKP)感染时临床成功率(感染症状、体征消失和相关实验室指标好转)和微生物清除率分别为77.8%、74.1%,在全耐药KPC阳性菌株感染中其临床和微生物成功率为78.5%,在脓毒症等危重症患者中成功率为81.8%,与文献[32]结果大致相同。VENUGOPALAN等[33]发现DOR(2 g,q8 h)联合ETP(1 g,q24 h)组较对照组(DOR联合COL)在治疗CRKP菌血症时,临床治愈率高(72%vs.39%),30 d死亡率低(31%vs.61%)。在CRKP感染性休克患者中可考虑在DCT基础上加上COL,可获得长达24 h的快速杀菌活性[34]。SINGH等[35]报道了1例儿童KP感染导致的VAP,在反复抗感染无效的情况下,根据药敏结果使用COL和DCT(ETP+IMI)联合14 d后临床症状改善,随访胸部浸润影几乎消失,说明该方案在治疗由CPKP导致的严重感染时是有效的,可作为一种挽救性治疗。ETP多在DOR前1 h给药,以最大限度地发挥抑制作用。关于IMI的DCT在体内研究是相对有限的,可能与中枢神经系统毒性和静脉稳定性差有关。当前DCT体内研究涉及的大多数感染是由产A类碳青霉烯酶引起的,对MBL的疗效需要进一步大量的随机对照研究来证实。

2.3.2头孢他啶/阿维巴坦(ceftazidime/avibactam,CAZ/AVI) 商品名Avycaz,是一种β-内酰胺类/β内酰胺酶抑制剂,主要通过结合PBP和抑制细胞壁活性来发挥抗菌作用。和其他β-内酰胺酶抑制剂比较,阿维巴坦具有半衰期长、分子量小、抑制可逆性及诱导耐药性低等优点。与β-内酰胺酶相互作用后发生耐药概率低,扩大了头孢他啶抗菌谱。对产A、C、D类酶的革兰阴性杆菌具有广泛的抗菌活性,然而对MBL无活性。其在肺组织和上皮衬液中的渗透性较低,约为血浆浓度的30%。2015年美国食品药品管理局批准与甲硝唑联合用于治疗cUTI、cIAI,2018年扩展用于HAP/VAP。CAZ/AVI在治疗CRE感染时,Meta分析显示和对照组比较具有较高的临床治愈率[RR=1.61,95%CI=(1.13,2.29)],死亡率低[RR=0.29,95%CI=(0.13,0.63)][36]。目前对成年患者(Ccr>50 mL·min-1)一般推荐剂量为 2.5 g,q8 h,输注至少2 h,无明显不良反应。因主要通过肾脏排泄,故需密切监测肾功能调整剂量。

2.3.3美罗培南-瓦博巴坦(meropenem-vaborbactam,MER/VAB) 其是一种碳青霉烯类和新型β-内酰胺酶抑制剂的复合制剂。2017年8月被批准用于治疗成人cUTI,包括肾盂肾炎。VAB对 A、C类酶具有抗菌活性,对D类OXA酶活性有限,对MBL无抗菌活性。MER与VAB联用可恢复MER对产KPC酶CRE的抗菌活性。TANGO I RCT研究[37]发现:在治疗cUTI感染时MER/VAB和哌拉西林/他唑巴坦比较,在改善症状和微生物清除方面具有非劣效性(P<0.001),不良事件总体发生率在数值上相当(39.0%vs.35.5%)。TANGO II RCT[38]结果表明在治疗CRE感染时,MER/VAB和BAT比较临床治愈率高(65.6%vs.33.3%),28 d全因死亡率低(15.6%vs.33.3%),肾脏相关不良反应发生率低(4.0%～24%)。MER/VAB和CAZ/AVI在治疗CRE感染时,二者在临床成功率上差异无统计学意义(69%vs.62%,P=0.49)、30 d及90 d死亡率、不良反应发生率亦差异无统计学意义[39]。ALOSAIMY等[40]一项多中心回顾性研究发现,在治疗主要由CRE引起的各种感染时,临床成功率为70%,且60 d和90 d死亡率分别为15%和22.5%。SHIELDS等[41]一项前瞻性研究发现接受MER/VAB治疗>48 h的CRE患者,30 d临床成功率和存活率分别为65%、90%。因此,MER/VAB可作为有效对抗CRE感染的新选择。目前当MER的MIC高达8 mg·L-1时,推荐剂量为4 g,q8 h,输注3 h,对肾功能损害者进行剂量调整。

2.3.4亚胺培南-雷巴坦(imipenem-relebactam,IMI/REL) REL是一种新型小分子β-内酰胺酶抑制剂,和阿维巴坦具有相似的化学结构和抑菌机制,属于二氮杂双环辛酮化合物。可抑制 A、C类碳青霉烯酶的活性,但对B类和D类无效。对IMI非敏感革兰阴性菌,REL可恢复IMI抗菌活性(对大多数肠杆菌来说IMI的MIC下降2～128倍),因此二者联合对碳青霉烯不敏感菌株可起到很好的抗菌效果。IMI和REL均具有很好的肺渗透性,因此可有效治疗VAP。一项Ⅲ期临床试验在比较IMI-REL和IMI-COL治疗IMI非敏感菌株导致的HAP、VAP、cIAI、cUTI感染时,IMI-REL的28 d临床有效率高,28 d死亡率、严重不良反应和肾毒性低[42]。对于Ccr正常的患者,推荐的标准剂量750 mg,q6h,iv,持续30 min。对于肾功能不全者,应减少给药剂量,但输注时间和给药间隔应保持不变。

2.3.5氨曲南-阿维巴坦(aztreonam-avibactam,ATM-AVI) 为一种新型复合抗菌剂。在治疗耐药革兰阴性杆菌感染方面具有潜在性突破,主要是因为ATM不可被MBL水解,而AVI可有效抑制除MBL以外的大多数丝氨酸酶,二者互补扩大了抗菌范围。ATM最大优势在于能治疗产MBL的CRE引起的严重感染。WEI等[43]评价了91株来自中国的IMI耐药的肠杆菌,100%菌株对ATM-AVI敏感。从36个国家64家医疗中心采集的8 787株肠杆菌在接受ATM-AVI(MIC≤8 mg·L-1)治疗时,99.9%菌株被抑制;更重要的是在产MBL菌株中MIC值最高仅为2 mg·L-1。此结果与SADER等[44]和KARLOWSKY等[45]研究结果一致。因此,对碳青霉烯类中介或耐药及产MBL酶肠杆菌来说,ATM-AVI可被作为一种潜在的治疗选择。目前关于ATM-AVI疗效和安全性的临床数据还很少,正在进行的研究结果也在等待中。

3 总结和展望

CRE感染在临床工作中增加治疗的难度,常常面临无药可用或不知如何选择的境地,对人类健康造成很大的威胁,CRE被美国CDC称为“梦魇菌”。综上所述的治疗药物,有各自的特点和优劣势,在临床中CRE感染的治疗应个体化,根据患者的病情、感染的部位、易感性、药敏结果、耐药机制和分子表型、药物PK/PD的特性等综合考虑评估,选择合理的治疗方案,并及时监测是否达到有效血药浓度等,以期取得较好疗效并降低死亡率。目前抗菌药物的选择有限,期望上述新型药物及探索性治疗方案用于临床,需要有更多的实验研究和循证医学证据指导治疗。另外新开发的治疗CRE药物,大部分对MBL及OXA的耐药菌株无效或疗效有限,期待在合理应用抗菌药物,最大程度地遏制细菌耐药的同时,开发出对多重耐药细菌高效低毒的抗菌药物。