耐碳青霉烯腸桿菌科細菌的流行病學特點以及抗生素應用策略

張露方 耿榮華 曲芬

(航空總醫院檢驗科，北京 100012)

革蘭陰性菌尤其是腸桿菌科細菌對抗生素的耐藥性嚴重威脅著公眾健康。碳青霉烯類抗生素被認為是治療多重耐藥細菌感染的最后選擇，但隨著其廣泛應用，耐碳青霉烯類腸桿菌科細菌(carbapenem-resistant Enterobacteriaceae, CRE)激增[1]，給全球帶來一場健康危機。CRE定義為對亞胺培南、美羅培南、厄他培南或多利培南任何一種碳青霉烯類抗生素耐藥的腸桿菌科細菌或者證實產碳青霉烯酶的腸桿菌科細菌(carbapenemase-producing Enterobacteriaceae, CPE)。CRE感染與患者的高發病率和死亡率密切相關，對基礎疾病嚴重及重癥監護室(intensive care unit, ICU)的患者危害更大。找到有效而規范的治療方案是提高救治率的關鍵。目前用于治療CRE的藥物有黏菌素、氨基糖苷類、替加環素和磷霉素等，新的抗CRE抗生素及其復合制劑也在不斷開發并被美國食品藥品監督局(United States Food and Drug Administration, FDA)批準上市，包括頭孢他啶-阿維巴坦(ceftazidime-avibactam, CAZ-AVI)、美羅培南-瓦博巴坦(meropenem-vaborbactam, MER-VAB)、亞胺培南-雷巴坦(imipenan-ribatan, AMI-LEI)和plazomicin等，在治療CRE感染方面得到了較好的療效，但也應注意其耐藥性出現的情況。

1 CRE的主要耐藥機制及流行病學特點

近20年來，CRE在全球范圍內廣泛傳播并快速增加[2-3]，世界衛生組織將其列為首批耐藥的“關鍵優先病原體”之一[4]。CRE主要的耐藥機制是產生碳青霉烯酶，碳青霉烯酶根據水解位點不同可分為絲氨酸酶和金屬碳青霉烯酶。絲氨酸碳青霉烯酶包括A組(主要為KPC)和D組(主要為OXA-48)；金屬碳青霉烯酶為B組，主要為NDM和VIM。A組碳青霉烯酶可水解青霉素類、氨曲南及頭孢菌素類藥物，其活性不被乙二胺四乙酸(ethylenediamine tetra acetic acid, EDTA)抑制[5]；B組可水解包括碳青霉烯類以及頭孢菌素在內的所有β-內酰胺類抗生素，但不能水解氨曲南，其活性可被EDTA抑制[6]；D組可水解碳青霉烯類和廣譜頭孢菌素，其活性不被EDTA抑制[7-8]。

不同人群和地區的菌株耐藥機制也有所不同。產KPC型碳青霉烯酶的腸桿菌科細菌多分布于美國和以色列[9-10]，OXA-48型多分布于土耳其和非洲的部分國家[11-13]，NDM型多分布于英國和印度[14-15]，而VIM型則與KPC型以不同形式的共存主要分布于希臘和意大利[16-17]。我國KPC型和NDM型是CRE耐藥的主要決定因素，總體帶菌率分別達到63%和34%[18]。然而，這兩種編碼基因在不同地區和不同年齡人群的分布極不均勻，如在福建省分離的50例CRE菌株中，48(96%)株產KPC，而在陜西省分離的76株CRE中，74(97%)株產NDM[18]；兒童患者分離的CRE菌株主要產NDM-1，而成人患者分離的菌株主要產生KPC[19]。

2 CRE的死亡率

CRE感染帶來臨床治療失敗、住院時間延長、醫療成本及社會經濟負擔增加等一系列社會問題，同時在醫院環境中，由CRE引起的感染相對于碳青霉烯抗生素敏感菌(carbapenem-susceptible Enterobacteriaceae, CSE)感染往往具有更復雜的疾病嚴重性和更多的合并癥[20]。有研究顯示，CRE感染患者的死亡率約為CSE感染患者的3倍[21]。一項包括2462位CRKP感染者及2239位碳青霉烯敏感肺炎克雷伯菌(carbapenem-susceptibleKlebsiella pneumoniae, CSKP)感染者的研究顯示，CRKP感染患者的總死亡率為42.14%，明顯高于CSKP感染患者的總死亡率 (21.16%)[22]。多項研究顯示CRE更易感染老年人、免疫功能低下和危重癥患者，美國國立衛生研究院的一起CRE感染大暴發，主要累及原發性免疫缺陷、實體瘤、淋巴瘤、器官和骨髓移植患者[23-25]。如果重癥患者發生CRE的血流感染，死亡率達40%～50%[26]；免疫低下的中性粒細胞減少癥和血液惡性腫瘤患者感染CRE引起的血流感染中，89%的患者首次經驗治療無效，死亡率高達69%[27]。探索有效的CRE治療方案是提高患者救治率的關鍵。

3 CRE的治療策略

CRE感染有限的治療方法把我們推向了后抗生素時代的風口浪尖。目前，臨床治療CRE感染的可選擇藥物有黏菌素、氨基糖苷類、替加環素和磷霉素等，但各類藥物的臨床療效因敏感性差異各有不同，同時需要考慮其安全性。抗生素聯合治療是近年來CRE感染重癥患者的主要方案。增加抗菌活性、發揮協同效應以及降低細菌耐藥性的發生率是選擇多種抗生素聯合治療的主要目的。

3.1 治療CRE的現有藥物

黏菌素是從革蘭陽性多黏菌發酵產物中提取的一類抗菌物質，黏菌素與脂質中帶負電荷的磷酸鹽部分結合，破壞細胞膜導致細胞內產物丟失，從而達到殺菌活性。由于其對CRE菌株有較高的敏感性，過去黏菌素和多黏菌素B一直是控制CRE感染的主要藥物，目前對于低風險或主要產生金屬β-內酰胺酶的高危CRE患者，黏菌素仍為第一選擇[28-29]。最近研究發現黏菌素聯合替加環素及亞胺培南可分別產生70%和75%的協同作用，從而極大提高CRE感染患者的臨床療效[30]；另外黏菌素聯合美羅培南在一定程度上也可降低CRE的臨床失敗率(46% vs 68%,P=0.185)和28d死亡率(21% vs 35%,P=0.235)，但并無顯著性差異[31]。但也有研究顯示黏菌素聯合治療效果并未明顯優于單藥治療，增加黏菌素劑量可提高療效并顯著降低CRE感染患者的30d死亡率，但隨之而來的高腎毒性(10%～60%)和神經毒性(4%～6%)限制了黏菌素治療CRE感染的臨床應用，且目前已有對黏菌素耐藥的CRE暴發的報道，臨床治療需密切監測[32-33]。有研究結果顯示黏菌素和多黏菌素B的腎毒性臨床療效相似，但腎毒性前者(26.7%)明顯低于后者(29.8%)[34]。

氨基糖苷類藥物的藥動學特性是決定這類藥物使用的關鍵因素，如在治療CRE引起的尿路感染和菌血癥方面療效顯著，而對軟組織和腹部感染的療效較差。對于CRE尿路感染的患者，氨基糖苷類藥物的療效優于黏菌素和替加環素，其對CRKP菌血癥患者的臨床有效率可達54%，其中14d生存率達78%，30d生存率達70%[35]；提高慶大霉素的劑量(4～5mg/(kg·d), 15～20mg/L)可顯著降低其對黏菌素耐藥的CRKP感染患者的30d死亡(20.7% vs 61.9%)[36]；但也有研究顯示氨基糖苷類藥物單藥治療CRE感染患者的死亡率可達80%，且易出現廣泛耐藥[37]，因此目前臨床通常將其作為“輔助”抗生素，通過組合來提高主要抗生素的療效。多項研究顯示在治療由KPC型菌株引起的泌尿系感染時，氨基糖苷類藥物聯合替加環素、黏菌素比單藥治療有更高的治愈率[38-39]。氨基糖苷類藥物聯合另一種蛋白合成抑制劑替加環素，對CRKP菌株顯示有70%～85%的協同作用[40]。腎毒性是使用氨基糖苷類最常見的不良反應，在一周或更長時間內給予高劑量負荷對患者具有明顯的毒性風險[41]。臨床治療應根據患者狀況充分衡量利弊。

替加環素作為一種甘氨酸環素類抗生素，是米諾環素的半合成衍生物，通過干擾細菌蛋白質合成起到抑菌活性。FDA批準替加環素可用于治療復雜的皮膚及腹腔內感染和社區獲得性肺炎。替加環素在治療成人CRE感染時具有較高的敏感性(97.4%)，在治療兒童患者中，有效率可達82%[42]。替加環素的常規劑量為每日兩次，每次50mg。研究顯示替加環素高負荷劑量(200mg)可有效治療CRE感染患者的血流感染和肺部感染情況，但隨著高劑量出現的并發癥，及纖維蛋白原水平降低引起的機體穩態紊亂可能會抵消這種療效[28]。替加環素在細胞和組織內可迅速積聚，但多項研究顯示替加環素單藥治療效果不佳[43]。對比單藥治療，替加環素聯合黏菌素可有效降低CRE感染患者的30d死亡率[21,43-44]；聯合慶大霉素可顯著降低KPC型患者的30d死亡率[45]。替加環素最常見的副作用是胃腸道疾病，如惡心、嘔吐和腹瀉。

磷霉素是一種細胞壁活性抗生素，通過競爭性抑制磷酸烯醇式丙酮酸合成酶，阻斷N-乙酰壁胺酸的形成，從而抑制肽聚糖的合成。磷霉素對大約80%的CRE，包括對黏菌素和替加環素敏感性降低的菌株均有廣泛的殺菌作用，約66%的NDM、77%IMP和57%OXA-48對磷霉素敏感[46-47]。磷霉素單藥多用于治療慢性尿路感染，臨床有效率達90.8%，治愈率達64.7%，但在中國，CRKP菌株對磷霉素具有較高的耐藥率(60%)[48]。因此臨床將磷霉素與黏菌素、美羅培南、替加環素或慶大霉素聯合治療嚴重的CRE感染，患者治愈率可顯著提高[49]。另有研究顯示OXA-48型CRE所有菌株對美羅培南、亞胺培南和磷霉素單藥均顯示耐藥，但當磷霉素聯合美羅培南(33%)、亞胺培南(42%)和替加環素(33%)時均能顯著提高臨床有效率[50]。磷霉素口服治療多引起頭痛、陰道炎和胃腸道等癥狀；靜脈給藥多引起低鉀血癥、高鈉血癥、局部疼痛和心力衰竭等副作用。

黏菌素、氨基糖苷類、替加環素和磷霉素藥物單藥或聯合治療CRE的方案仍存在抗菌活性、耐藥性及不良反應等方面的諸多問題，為了優化治療，臨床仍需要不斷探索聯合治療的藥物組合及抗菌藥物劑量的研究，而且目前針對CRE感染的多種新型加酶抑制劑的復合抗生素已處于臨床應用或臨床前研究階段。

3.2 治療CRE的新型藥物

頭孢他啶/阿維巴坦(ceftazidime-avibactam, CAZAVI)是一種新型β-內酰胺酶抑制劑復合制劑，可抑制A組(如KPC)和D組(如OXA-48)CRE，抗菌活性可達98%[51-52]，然而B組(如VIM、IMP和NDM)不受阿維巴坦的抑制[53]。2015年FDA和歐洲藥品管理局(European Medicines Agency, EMA)批準CAZ-AVI用于治療復雜性尿路感染、腹腔感染、醫院獲得性和呼吸機相關性肺炎，且EMA已擴大其適應癥，包括治療選擇有限的耐藥革蘭陰性菌感染的患者[54]。目前研究發現使用CAZ-AVI藥物治療的CRE感染患者的30d生存率可達76%[35]，且治療組生存率增加了92% (12/13)，而其他方案的生存率增加了55%(53/96)，其他方案主要包括黏菌素、氨基糖苷類和碳青霉烯的聯合或單一治療(P=0.01)[55-56]。雖然這些數據令人鼓舞，但值得關注的是，8%的CRE感染患者已出現對CAZ-AVI耐藥的情況[56]。目前有研究發現CAZ-AVI聯合其他抗生素可提高CRE感染患者的臨床療效，如聯合黏菌素治療組的全因死亡率比CAZ-AVI單藥組顯著降低(P=0.001)[55]；聯合氨曲南這一穩定水解金屬β-內酰胺酶的抗生素可有效抑制B組CRE菌株的活性(90%, 27/30)[57-58]。

對CRE分離物有效的新藥MER-VAB和AMI-LEI是碳青霉烯類抗生素和新型β-內酰胺酶抑制劑的聯合制劑，可有效抑制A組CRE菌株的活性[59]，但其對B組(NDM、VIM)或D組(OXA-48)在體外并未顯示明顯的抑菌效果[60-63]。2017年，MER-VAB治療各種生物引起的復雜尿路感染的療效在TANGO I期試驗中證實，且MER-VAB在體外對CRE菌株有良好的抑菌效果，敏感性可達66.2%～100%[64-65]。目前MER-VAB對CRE感染的研究仍在進行中。雷巴坦(以前稱為MK-7655)結構上與阿維巴坦相似，通過降低藥物的最低抑菌濃度顯著提高亞胺培南對大多數腸桿菌科細菌的活性。兩項已完成的II期臨床試驗(NCT01506271和NCT01505634)結果顯示亞胺培南-雷巴坦治療復雜腹腔內感染比單獨使用亞胺培南有更高的有效性和安全性。迄今為止，MER-VAB和AMI-LEI在健康受試者和傳染病患者中均表現出良好的耐受性，很少有報道與藥物治療相關的嚴重不良事件。

Plazomicin(原名ACHN-490)是一種新型半合成氨基糖苷類藥物，通過抑制細菌蛋白質的翻譯過程進而起到殺菌作用。目前已被FDA批準用于成人復雜性尿路感染及腎盂腎炎的治療[66]。在治療CRE感染的三期臨床試驗中，聯合plazomicin比聯合黏菌素更能顯著降低CRE感染患者的死亡率、并發癥和不良反應的發生率[67]。另有研究顯示plazomicin比其他氨基糖苷類抗生素有更高的敏感性，且更能抑制KPC菌的活性，但對NDM和OXA-48型菌株的療效仍有待進一步研究[68]。

隨著新的抗生素和治療模式的出現并得到更廣泛的應用，重新評估由CRE和CSE引起的感染患者的死亡率將非常重要。對CRE感染的低危患者，單藥治療方案更為合理，而對高危亞群多藥聯合治療可顯著降低患者的并發癥(如嚴重膿毒血癥、膿毒性休克和/或快速致命的潛在疾病高危血流或肺部感染患者)及死亡率。盡管CRE患者高死亡率的確切原因尚不清楚，但這可能是由于早期接受適當的經驗療法延遲所致。早期進行有效的抗菌素治療對治療CRE引起的嚴重感染至關重要，延遲適當的抗菌治療與死亡率增加和住院時間延長顯著相關。然而，由于目前各類抗生素耐藥率較高，選擇經驗性處理往往比較困難。 另外CAZ-AVI和MER-VAB有望成為引起嚴重感染的高危CRE患者靶向治療的首選[69]。

4 總結

綜上所述，日益升高的CRE臨床感染率是一種巨大的臨床挑戰，而目前的治療方案選擇有限，且并發癥及死亡率持續增高，合理使用抗生素對降低CRE流行有一定作用；對CRE患者進行早期、合理、聯合、有效的抗菌治療對降低患者的死亡率和嚴重并發癥發生率至關重要。