NDM-1“超級細菌”現狀及防治對策

馬宏偉 周玉喬,2綜述 趙健蕾 周黎明△審校

(1.四川大學華西臨床醫學院2007級八年制臨床醫學專業;2.四川大學華西口腔醫學院2008級口腔醫學專業;3.四川大學華西基礎醫學與法醫學院藥理學教研室,四川 成都 610041)

2010年8月11日出版的權威醫學雜志《柳葉刀?傳染病》介 紹,在一些國家發現NDM-1(New Delhi metallo-β-lactamase-1)病例,英國37例,印度欽奈地區 44例,印度哈里亞納邦26例,巴基斯坦和印度其他地方共計73例。攜帶NDM-1基因的細菌能夠對包括廣譜抗生素碳青霉烯類在內的絕大部分抗生素產生耐藥性[1]。

近幾年對超級細菌的報道屢見不鮮：耐甲氧西林金黃色葡萄球菌,所謂的 ESKAPE(腸球菌 Enterococcus faecium,金黃色葡萄球菌S.Aureus,肺炎克雷伯菌Klebsiella,鮑曼不動桿菌Acinetobacter baumannii,銅綠假單胞菌 Pseudomonas aeruginosa,腸桿菌 Enterobacter的縮寫)以及其他[2]。多數情況下,這些微生物之所以得到“超級”的頭銜不是因為致病性或毒力增加(雖然有些可能在特定情況下導致嚴重疾病),而是它們對多種抗生素的耐藥性增加。

1 碳青霉烯類耐藥的出現

碳青霉烯類抗生素包括亞胺培南,美洛培南,帕尼培南,法羅培南等,是抗菌譜最廣,抗菌活性最強的非典型β-內酰胺抗生素,因其具有對β-內酰胺酶的穩定性以及低毒性等特點,已經成為治療多重耐藥的G-菌感染最有效的抗菌藥物之一。細菌對碳青霉烯類的耐藥機制主要有：①青霉素結合蛋白的結合力下降,主要見于耐甲氧西林葡萄球菌及某些腸球菌;②Ⅰ型β-內酰胺酶水解碳青霉烯類的微弱活性加上細菌對碳青霉烯類通透性下降致耐藥性產生,主要見于一些腸桿菌及銅綠假單胞菌;③菌株產生含鋅的β-內酰胺酶水解碳青霉烯類,這些菌株大多為臨床非常見的病原菌。其中一個例子就是攜帶NDM-1基因的“超級細菌”。

表1 在英國和印度發現的107株產NDM-1腸桿菌對抗生素的敏感性＊[1]

碳青霉烯類因為產超廣譜β-內酰胺酶腸桿菌(尤其大腸埃希菌和肺炎克雷伯菌)的出現而被廣泛使用[3]。碳青霉烯類常為治療產超廣譜β-內酰胺酶細菌的最后的選擇,因為這些細菌對第三代頭孢菌素耐藥,在某些情況下對喹諾酮類,氨基糖苷類,復方新諾明以及哌拉西林-三唑巴坦也耐藥(表1)。另外,碳青霉烯類還常用于治療銅綠假單胞菌和耐藥鮑曼不動桿菌的感染。然而,在臨床實踐中產碳青霉烯酶的細菌越來越多地被發現,已危及到碳青霉烯的有效使用,并可能導致新一代革蘭陰性“超級細菌”的產生。尤其值得擔憂的是,含有這些強大酶類的細菌通常是共生體,從而增加了其在醫院外無癥狀攜帶者間傳播的危險。

碳青霉烯酶根據氨基酸序列的不同可分為三類：Ambler A、D類(絲氨酸碳青霉烯酶類)和Ambler B類(金屬碳青霉烯酶)。A類有肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶,B類有VIM-1、IMP-1,D類有苯唑西林酶-48(Oxacillinase-48)。實驗室檢測碳青霉烯酶有一定難度,因為碳青霉烯對產碳青霉烯酶細菌的最小抑菌濃度(MIC)可因酶類型,酶活性表達,細菌種類,其他耐藥機制的存在(例如頭孢菌素酶),通透性降低,外排泵的存在而出現顯著差異。碳青霉烯類對腸桿菌類的M IC增加可能源于AmpCβ-內酰胺酶的高表達水平,或者是超廣譜β-內酰胺酶聯合孔蛋白改變的結果。

攜帶產碳青霉烯酶細菌傳播的例子包括：西班牙,意大利,希臘,以色列的VIM-1,土耳其的苯唑西林酶-48(Oxacillinase-48);以及亞洲和巴西的 IMP型[4,5]。

2 什么是NDM-1“超級細菌”

所謂“超級細菌”并不是一種細菌的名稱,而是一類對絕大多數抗生素都有強耐藥性的細菌的統稱。隨著抗生素濫用問題日益嚴重,“超級細菌”的家族也越來越龐大。NDM-1是“新德里-金屬-β-內酰胺酶-1”的縮寫,因首先發現于印度新德里而得名。金屬-β-內酰胺酶(Metallo-beta-lactamases,MBL)又稱金屬酶,是一組活性部位為金屬離子、且必須依賴金屬離子的存在而發揮催化活性的酶類,它能水解除單環類以外的包括碳青霉烯在內的一大類β-內酰胺類抗生素,其活性可被離子螯合物EDTA、菲咯啉以及巰基化合物所抑制,但不被克拉維酸、舒巴坦等常見的β-內酰胺酶抑制劑抑制[6]。攜帶NDM-1耐藥基因的細菌產生的特殊金屬酶可以滅活碳青霉烯抗生素的活性部位。

正如之前所知,這種酶最初在一株肺炎克雷伯菌中發現,這名瑞士籍患者在印度新德里旅行時發生泌尿道感染。原始細菌對除多粘菌素以外的抗生素都耐藥[1]。分子測試顯示它含有一種β內酰胺酶,很容易水解青霉素,頭孢菌素和碳青霉烯類(氨曲南除外)。

編碼這種新型β內酰胺酶的基因(以前未被發現過)存在于一段180 kb的DNA片段上,很容易傳給其他腸桿菌類,該基因還包括一系列其他抗性決定因子,包括一個編碼廣譜β-內酰胺酶(cmy-4)的基因——一種質粒介導的AmpC(頭孢菌素酶)β-內酰胺酶,可產生對碳青霉稀類的耐藥;以及一個包含arr-2基因的Ⅰ型整合子——是一個新的紅霉素酯酶同工酶基因,產生對紅霉素耐藥。另外,該遺傳因子還編碼一種能增加抗藥性的外排泵[7]。

3 NDM-1的流行現況

NDM-1碳青霉烯酶第一次被報道是在2009年,一名之前在新德里接受過治療的患者在瑞典醫院接受泌尿道感染治療時,從其尿液中分離出一種耐碳青霉烯的肺炎克雷伯菌[7]。在英國發現的類似病例促使英國健康保護局(HPA)在2009年1月發布全國防治警報[5]。截止2009年底,英國至少從29名病人身上分離出的帶有NDM-1碳青霉烯酶的大腸埃希菌和克雷伯菌,攜帶NDM-1基因的細菌也成為英國耐碳青霉烯的主要菌株[1]。上述29名患者當中17名曾經去印度半島旅游過,14人曾在當地接受過醫療護理。印度研究人員在印度、巴基斯坦和孟加拉等多個地域發現了攜帶NDM-1基因的大腸埃希菌和克雷伯菌[1]。尤其值得關注的是哈里亞納邦分離出的26株菌種有一種無法識別的遺傳特征,這說明了單一流行株的傳播。

孟買的一家三級醫療中心對2009年8月到11月之間從患者體內分離出的24株耐碳青霉烯腸桿菌種分析,發現其中22株產生NDM-1酶[8]。由于缺乏獲得印度半島NDM-1流行數據的有效途徑,致使評估其程度和范圍十分困難。

美國疾病控制和預防中心(C DCP)在2010年7月發布宣布,在美國3個州發現了3例產NDM-1的菌株,3名患者全部在印度接受過醫療護理[9]。加拿大安大略省健康保護和促進機構在2010年5月發布警告稱,產NDM-1細菌很可能被引入加拿大[10]。隨后于2010年8月在安大略省發現第一例菌株,攜帶者在印度接受過醫療護理。在荷蘭發現2例產NDM-1的肺炎克雷伯菌,其攜帶者均剛從印度歸來[11]。一名在孟加拉接受肺炎治療的澳大利亞人回國后也被檢查到NDM-1大腸埃希菌[12]。

2010年10月26日,中國疾病預防控制中心和軍事醫學科學院同時宣布在中國大陸的寧夏和福建分別發現了“超級細菌”[13]。寧夏兩個病例[14]分別為3月8日與3月11日在寧夏回族自治區某縣級醫院出生的新生兒,且均為低體重兒。兩患兒于出生后2至3日出現腹瀉和呼吸道感染癥狀,其中一名患兒還有缺氧表現。隨后由產科病房轉入兒科病房,分別在住院治療9天和14天后痊愈后出院。經隨訪,目前兩患兒健康狀況良好。兩患兒雖然被檢出攜帶耐藥基因的屎腸球菌,但患兒所患疾病不一定由該菌株引起。福建的病例是一位攜帶NDM-1鮑曼不動桿菌的83歲老人,因右肺癌并胸膜轉移伴右肺阻塞性肺炎、高血壓、腦梗塞后遺癥,于2010年 5月12日入院治療,6月1日出院,6月11死亡。該患者的主要死亡原因為晚期肺癌,鮑曼不動桿菌感染在該患者病程發展中的作用尚不明確。

據報道,發現NDM-1細菌的國家和地區還包括比利時,法國,肯尼亞,日本,新加坡和臺灣[14]。

4 原因分析

抗生素的濫用是NDM-1出現的首要原因。印度新德里阿波羅醫院傳染病專家阿布杜爾?加法爾在2010年8月中旬接受中國新華社記者吳強采訪時說：“近來印度出現攜帶NDM-1抗藥基因的超級細菌與印度國內長期濫用抗生素有關”,“印度是世界上濫用抗生素現象較為嚴重的國家,今年(2010年)僅在孟買的一家醫院就連續發現22例攜帶NDM-1基因的超級細菌感染病例。”

從微生物進化的角度看,“超級細菌”的出現是微生物與人類斗爭的必然結果,是抗菌藥物的使用過程中無法避免的[16]。Martnez J L.認為[15],自然界中存在著廣泛的耐藥基因,如產生抗生素的真菌、放線菌,其抗生素合成基因組中本身就含有“耐藥基因”。生活在這些產抗生素菌周圍環境中的微生物,為了生存也會進化出“耐藥基因”。動物活動、人類遷移、物理因素都能促進這些抗藥基因的傳播。從耐青霉素的金黃色葡萄球菌到耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌(MRSA),再到耐萬古霉素金黃色葡萄球菌(VRSA)的出現,均體現了微生物強大的適應力。再加上目前醫療、畜牧業、農業中廣泛大量使用抗生素,更加快了耐藥菌株的篩選。

多重耐藥株的傳播：耐藥基因可通過質粒在不同細菌間傳播,也可通過醫務人員與病人的接觸在醫院內傳播,還可通過無癥狀攜帶者造成社區傳播。因此,耐藥細菌的水平傳播能力很強。

國際旅行是耐藥菌定植或感染的重要危險因素。加拿大的卡爾加里健康區對產超廣譜β-內酰胺酶的大腸埃希菌進行了基于人口的前瞻性的監測。Laupland和他的同事[16]發現海外旅行顯著增加檢出該大腸埃希菌的風險。在到過印度,中東和非洲的旅客中風險最高。患者感染產NDM-1細菌的危險因素之一為入住印度半島的醫院。雖然疾病和創傷也可導致耐藥性微生物的侵襲,但是多數患者都是“醫療旅游熱”的參與者,即是發達國家的消費者因其定居地醫療服務過于昂貴或在某些方面尚不完善,所以到國外尋求相宜的醫療保健服務,并與休閑旅游相結合,印度和泰國是醫療旅游的主要目的地[17]。

5 NDM-1的檢測

恰當的治療和控制產碳青霉烯酶腸桿菌感染需要對其迅速準確地識別。值得慶幸的是,雖然目前的研究成果有限,但其中一項研究表明腸桿菌科大多數金屬β內酰胺酶介導的碳青霉烯類耐藥都可以用市售的自動藥敏鑒定系統Vitek 2,MicroScan WalkAway和Phoenix檢測出[18]。

6 NDM-1的治療

報道顯示,產碳青霉烯酶的克雷伯菌引起的菌血癥的病死率高達50%[19,20]。然而目前治療該類細菌感染的臨床經驗十分有限,只有替加環素(Tigecycline)和多黏菌素(Polymyxin)對攜帶NDM-1基因的菌株顯示較好的體外活性。根據目前最全面的微生物評估分析,從英國的37例分離出的NDM-1菌對多黏菌素的 MIC50為0.5 mg?L-1,MIC90是8 mg?L-1(也就是說89%敏感);對替加環素的 MIC50為1 mg?L-1,MIC90是4 mg?L-1(也就是說65%敏感)。

在5種多黏菌素(多黏菌素A-E)中,臨床上使用的是多黏菌素B(Polymyxin B)和多黏菌素E(Colistin)。其腎毒性明顯,為最主要的不良反應,發生率約為22.2%,主要損傷腎小管上皮細胞[21]。盡管這種抗生素在50多年前就被批準使用了,但是最有效和低毒性的使用方法仍不明確,很大程度上因為它在上世紀七十年代腎毒性更低的抗生素出現后就被禁用了。最近的報道大多關于粘菌素衍生的制備。多粘菌素E甲磺酸鈉(又名多粘菌素磺酸)是多粘菌素E腸外給藥的形式,藥物在組織內水解成為多粘菌素E后發揮作用。

近期關于多粘菌素E的效能和安全性的報道僅限于回顧性病例報告和病例分析。很多病人有大量潛在的并發癥,而病例的數量也不足以全面評估治療的功效。盡管如此,使用這些藥物仍然是有效的。在希臘一所醫院中,12名感染產碳青霉烯酶肺炎克雷伯菌的患者使用了含多粘菌E素的治療方案,歸因死亡率降低為18.8%[22]。雖然發病率比初始預計要低,但是腎毒性仍是主要問題;耐藥性的出現也是一大擔憂：在紐約,多達25%的多重耐藥(包括耐碳青霉烯類)肺炎克雷伯菌對多粘菌素耐藥[23]。

替加環素是首個被批準的類抗生素,是四環素衍生物,有包括革蘭陰性菌在內的廣譜抗菌活性。然而,已經有其耐藥性的研究報道。替加環素推薦初始劑量為100 mg靜脈注射,維持劑量為每12小時50 mg。臨床研究顯示它對幾乎70%感染碳青霉烯類耐藥或多重耐藥腸桿菌的患者取得有利結果(雖然樣本數量較小)[24]。替加環素臨床常見的不良反應是惡心、嘔吐和腹瀉,其他不良反應包括血液蛋白不足和呼吸困難[25]。近期,美國食品和藥物管理局(FDA)更新了替加環素的藥品標簽,提示與其他抗生素相比,替加環素存在更高的死亡風險[26]。該風險最常見于使用替加環素治療醫院獲得性肺炎的患者,尤其是在呼吸機相關肺炎患者中。另外,這種風險在并發皮膚和皮膚結構感染、腹內感染以及糖尿病足感染的患者中也有發生。替加環素與多粘菌素E的聯合治療在臨床上也有使用。一項研究顯示,多粘菌素E和替加環素對一種相似的碳青霉烯酶有協同作用[27]。目前,對于治療NDM-1菌和其他碳青霉烯類耐藥菌引起的感染尚缺乏確證有效的治療方案,因此對新的方法的需求尤為迫切。

7 防控對策

首先需要理性看待超級細菌,沒必要過度恐慌,也不能盲目樂觀。超級細菌并不是一件全新事物,細菌產生耐藥性是進化的必然結果;NDM-1只是耐藥基因,并不是毒力基因,不會增強細菌的致病力;攜帶NDM-1的細菌以條件致病菌為主,且多存在與醫院中,對公眾及健康人影響較小。因此,超級細菌本身不可怕,重要的是敲響了控制多重耐藥菌的警鐘。

監測耐藥菌：針對目前的情況,應該重視并加強對多重耐藥菌和泛耐藥菌的監測和篩查,尤其是對有相關流行病學史的患者(如曾前往南亞地區)進行致病微生物檢測和細菌耐藥監測。若發現對碳青霉稀類耐藥的菌株,則應進一步鑒定其是否為NDM-1。

消毒隔離制度：針對目前的超級細菌是在醫院這個特定環境中出現的,臨床上的預防措施應該是遵循嚴格的消毒和隔離制度以避免交叉感染。

抗生素的合理使用：貫徹執行《抗菌藥物臨床指導原則》和《衛生部辦公廳關于抗菌藥物臨床應用管理有關問題的通知》;嚴格控制Ⅰ類切口手術預防用藥,加強圍手術期抗菌藥物預防性應用的管理;嚴格控制氟喹諾酮類藥物臨床應用;嚴格執行抗菌藥物分級管理制度。

創新科研思路：鑒于超級細菌耐藥產生的原因是“新德里-金屬-β-內酰胺酶-1”,建議要努力尋找以此金屬酶為靶點的活性物質。多年來我們在篩選新抗生素研究中往往只重視最小抑菌濃度(MIC)而忽視了防止細菌耐藥突變的防突變濃度(MPC)。這樣選擇出的抗生素抑菌作用雖強,但細菌對其產生耐藥性的可能性也變大;由于細菌同時發生兩個靶位點突變的幾率很小(通常在10-6至10-8)[28],所以阻止突變株細菌的選擇性生長,可抑制細菌耐藥性突變的發展。建議增加 MPC的指標,重視挑選突變選擇窗(MPC和MIC差值)小的新藥進行重點研究。

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