碳青霉烯類耐藥肺炎克雷伯桿菌耐藥機制及治療策略研究進展

賴寧燕 虞亦鳴 鄧在春

[摘要] 肺炎克雷伯桿菌（Klebsiella pneumonia，KP）是臨床常見致病菌之一，近年來隨著碳青霉烯類抗生素應用的增加，碳青霉烯類耐藥肺炎克雷伯桿菌（Carbapenem-resistant klebsiella pneumoniae，CRKP）逐漸增多，并在世界范圍內爆發流行，其呈多重耐藥性，感染后病死率高，預后不良。CRKP耐藥機制主要包括產碳青霉烯酶、產高水平的AmpC酶或超廣譜β內酰胺酶（Extended-spectrum β-lactamases，ESBL）合并外膜孔蛋白（Outer membrane pore protein，Omp）缺失、外排泵、逃避補體識別和攻擊等。CRKP的治療手段局限，多為抗生素聯合治療，療效欠佳。為改善患者預后，提高臨床對CRKP的認識及診治，本文就CRKP的耐藥機制及治療策略進行綜述。

[關鍵詞] 肺炎克雷伯桿菌;碳青霉烯類耐藥;耐藥機制;治療策略

[中圖分類號] R446.5? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2019）36-0163-06

Research progress in resistant mechanism and treatment strategy of carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae

LAI Ningyan1， 2? ?YU Yiming1， 2? ?DENG Zaichun1， 2

1.Medical School of Ningbo University， Ningbo? ?315211， China; 2.Department of Respiratory and Critical Care Medicine， the Affiliated Hospital of Medical School of Ningbo University， Ningbo? ?315020， China

[Abstract] Klebsiella pneumonia （KP） is one of the most common clinical pathogens. In recent years， with the increasing application of carbapenems， carbapenem-resistant Klebsiella pneumonia （CRKP） gradually increases and has epidemic outbreaks in worldwide， with multiple resistances， high mortality after infection and poor prognosis. The resistant mechanisms of CRKP mainly include the production of carbapenemases， high-level AmpC enzyme or extended-Spectrum β-Lactamases （ESBL） combined with deletion， efflux pump， and evasion of recognition attack by complement of outer membrane pore protein （Omp）. There are limited treatment methods for CRKP， which mostly is antibiotic combination therapy， with poor effect. In order to improve the prognosis of patients and enhance the clinical understanding and diagnosis and treatment of CRKP， the resistant mechanism and treatment strategy of CRKP are simply summarized in this paper.

[Key words] Klebsiella pneumonia; Carbapenem-resistant; Resistant mechanism; Treatment strategy

近年來，隨著碳青霉烯類藥物應用的增加，CRKP感染率及檢出率逐年升高，在世界范圍內爆發流行，因其多重耐藥性曾被稱為“超級細菌”，患者在感染后45 d內極易發生血流感染，病死率高達42.14%[1-2]。由于治療手段受限，嚴重影響患者治療效果及預后，因此控制肺炎克雷伯桿菌耐藥情況成為亟待解決的問題。本文主要就CRKP的耐藥機制及治療策略進行綜述，提高臨床對CRKP的認識及診治，改善患者預后。

1 CRKP流行病學概況

全球CRKP耐藥率呈現出廣泛差異，CRKP耐藥率在印度最高約60%，在部分南美洲國家也超過15%，在東南亞國家雖然很低，但處于上升趨勢，我國肺炎克雷伯桿菌中CRKP可能低于10%[3]。2017年世界衛生組織發布了一份目前世界流行病原體清單，其中碳青霉烯類及第三代頭孢菌素耐藥腸桿菌科細菌位列世界第三，其中最常見的即為肺炎克雷伯桿菌[4]。據2017年CHINET中國細菌耐藥性監測顯示，我國肺炎克雷伯菌對亞胺培南和美羅培南的耐藥率分別從2005年的3.0%、2.9%上升到2017年的20.9%、24.0%，耐藥率上升幅度高達8倍[5]。在Marcos López-Dosil等[6]的研究中分析了位于馬德里的兩家醫院2013～2014年檢測到的197株耐碳青霉烯類腸桿菌科細菌（Carbapenem resistant Enterobacteriaceae，CRE），其中最常見的為CRKP（87.8%），OXA-48是最常見的碳青霉烯酶（91.9%）。在Asmir Ald？觩i?A等[7]所研究的9種革蘭陰性多重耐藥菌中，感染分離率最高的菌株為產ESBL肺炎克雷伯菌，為23.18%。在美國每年有9000例與衛生保健相關的耐碳青霉烯類腸桿菌科細菌感染，導致約600人死亡，死亡率高達6.6%[8]，其中以CRKP最為常見。綜上，CRKP在全球流行，且其耐藥率呈上升趨勢，是應引起重視的重大公共安全問題。

2 CRKP耐藥機制

2.1 產碳青霉烯酶

碳青霉烯酶是指能分解包括碳青霉烯類抗生素在內的幾乎所有β內酰胺類抗生素的一大類β內酰胺酶，包括Ambler A、B、D3類酶，是碳青霉烯類耐藥最常見的耐藥機制。

2.1.1 A類碳青霉烯酶? A類以絲氨酸殘基為活性位點，包括肺炎克雷伯桿菌碳青霉烯酶（Klebsiella pneumoniae carbapenemase，KPC）、CTX-M、SHV1、TEM1等，其中KPC與CRKP耐藥密切相關，產KPC酶細菌對青霉素類、頭孢菌素類、碳青霉烯類等多種抗生素耐藥，是目前腸桿菌科細菌對碳青霉烯類耐藥的主要耐藥機制。第一株產KPC酶肺炎克雷伯菌于2001年在美國首次報道，由于KPC具有質粒介導、易傳播等特點，產KPC型CRKP隨后在全球范圍內快速播散，世界各地多個醫院報道出現院內爆發流行。我國流行的主要為KPC-2，多項研究表明我國分離的CRKP菌株中bla KPC-2基因攜帶率超過80%[9-11]，甚至在上海瑞金醫院的一項研究中，所分析的100株CRKP均產KPC-2。

2.1.2 B類碳青霉烯酶? B類是金屬酶，包括VIM、IMP、GIM和新德里β內酰胺酶（New Delhi β lactamase，NDM）等，能水解和滅活幾乎所有碳青霉烯類抗生素，NDM是此類酶中最重要的一種，攜帶NDM-1基因的菌株常與某些非β-內酰胺類藥物呈現出交叉耐藥，呈多重耐藥，僅對替加環素和多黏菌素敏感[12]。NDM-1是2009年英國學者Yong D等[13]發現并最終證實的一種新金屬酶，2010年多國學者曾聯合研究報道其可導致細菌多重耐藥，耐藥基因可通過質粒迅速傳遞，可能會引起世界范圍內的廣泛流行，嚴重威脅人類的健康[14]。

2.1.3 D類碳青霉烯酶? D類為青霉素酶，對青霉素的水解效率很高，但對碳青霉烯類的水解能力較弱，且不含廣譜頭孢菌素，其中OXA-48與碳青霉烯類耐藥密切相關，目前為止，OXA-48只在腸桿菌中被發現，最常見于肺炎克雷伯菌[15]，且在腸桿菌科中耐藥報道日漸增多。OXA-48是2001年由Poirel L等[16]在一株幾乎對所有β-內酰胺類藥物耐藥的肺炎克雷伯菌中發現，后逐漸在多國爆發流行，地中海、伊朗、沙特阿拉伯[17-19]是其主要流行地區。可能是由于產β-內酰胺酶的菌株不活化或改變了OXA-48的表達，產OXA-48菌株對碳青霉烯類藥物的敏感性降低，也可能是由于外膜通透性降低，從而對碳青霉烯類藥物具有一定的水解活性[20]。

2.2 高產AmpC酶或ESBLs酶合并Omp缺失

AmpC酶是由腸桿菌科細菌或/和銅綠假單胞菌的染色體或質粒介導產生的一類β內酰胺酶，是腸桿菌科細菌耐碳青霉烯類抗生素的主要機制之一，可作用于頭孢菌素且不被克拉維酸所抑制，僅對碳青霉烯類、第四代頭孢菌素敏感。按其產酶方式可分為誘導高產酶、持續高產酶和持續低產酶3類，臨床上常見耐藥株為持續高產酶型，僅產AmpC酶一般不會導致碳青霉烯類耐藥，當其合并外膜孔蛋白缺失時可表現出耐藥性，并且是引起細菌對碳青霉烯類抗生素耐藥的原因之一，但由于常規檢驗工作中無法檢測細菌外膜孔蛋白的表達情況，外膜孔蛋白在細菌耐藥中的作用一直沒有得到足夠的重視[21]。

ESBLs酶即超廣譜β內酰胺酶，其產生與Omp缺失存在相關性，在Willemsen I等[22]2010～2014年在荷蘭的一項研究中表明，ESBL陽性率為5%，其中大腸埃希菌最多（77.24%），其次是肺炎克雷伯菌（6.20%）。據Starzyk-？覵uszcz K等[23]報道，ESBL陽性肺炎克雷伯桿菌感染與超過55%的CRKP死亡率相關。

Omp缺失可降低外膜對藥物的滲透性，減少進入細胞的抗菌藥量，引起耐藥。肺炎克雷伯桿菌中被證實主要為Ompk35、Ompk36、Ompk37，其中Ompk37表達量極低，不易檢測。在Lin D等[10]的一項研究中，所研究的38株CRKP中均出現Ompk35缺失，其中15株Ompk35和Ompk36均缺失，15株中有13株產碳青霉烯酶，表明膜孔蛋白缺失普遍存在于CRKP中，Ompk36基因突變或表達降低均是引起肺炎克雷伯菌對碳青霉烯類耐藥的重要因素。兩種膜孔蛋白缺失會使肺炎克雷伯桿菌對大多碳青霉烯類抗生素耐藥。

研究發現，膜孔蛋白缺失與AmpC和（或）ESBL聯合作用是CRE產生碳青霉烯類抗藥性的主要機制[24]。對于產ESBLs的肺炎克雷伯菌，只缺失一種膜孔蛋白不會引起碳青霉烯耐藥，但對頭孢西丁和三代頭孢菌素耐藥;對于產AmpC酶的肺炎克雷伯菌，缺失一種或兩種膜孔蛋白均可導致碳青霉烯耐藥或中介耐藥;Ompk35和Ompk36均缺失的產ESBLs肺炎克雷伯菌對碳青霉烯耐藥或中介耐藥[25]。

2.3 外排泵

外排泵可將進入細胞的藥物泵出細胞，降低抗菌藥物濃度，產生耐藥。在Ogawa W等[26]的研究發現kexD氨基酸序列與耐藥結節細胞分化（Resistance-nodulation-cell division，RND）型多藥泵內膜蛋白的氨基酸序列相似，kexD是能量依賴的外排泵的組成部分，改變kexD的表達可能有助于多藥耐藥肺炎克雷伯菌的產生，因此RND型多藥泵在肺炎克雷伯桿菌耐藥中起到重要作用。RND外排泵AcrAB和OqxAB的過度表達是腸桿菌科中報道最多的耐藥機制之一，Arac家族的幾個轉錄調節因子，即Rama、Mara、Soxs和Rara通過激活外排泵參與對替加環素的耐藥[27]。

2.4 逃避補體識別和攻擊

有部分肺炎克雷伯桿菌隨著環境的變化，開始使現有的棒狀桿菌形態發生改變，使細菌能夠在宿主內逃避補體的識別與攻擊[28]，產生耐藥。在一些復雜的逃避方法中，膠囊和脂多糖起著至關重要的作用，在其他宿主防御機制如抗菌肽等的保護方面也很重要，相比其他機會性病原體，肺炎克雷伯菌不分泌宿主特異性的補體抑制劑，對補體敏感性低及與其他細菌成分的相互作用為發現治療肺炎克雷伯桿菌新方法提供了有前途的靶點，使免疫治療成為肺炎克雷伯桿菌耐藥的治療手段之一。

3 CRKP治療策略

CRKP初期抗感染治療尤為重要，可影響預后，應遵循早期、足量原則。治療分單藥和聯合抗感染治療，有多項研究表明，聯合抗感染治療療效優于單藥治療。常用的藥物為多黏菌素、替加環素、碳青霉烯類、β-內酰胺酶抑制劑、復方新諾明、磷霉素、氨基糖苷類等，除此之外，聯合治療還可選用齊多夫定、利福平等藥物，也可選用氨基糖苷類等單藥治療。近期有學者提出，免疫治療也可用于CRKP治療[28]，具體治療方案有待臨床進一步探索研究。

3.1 替加環素

替加環素屬于新一代四環素類衍生抗生素，其抗菌作用是通過可逆結合細菌核糖體30 s亞基，阻斷tRNA進入核糖體A位點，抑制蛋白質的合成，其具有廣譜高效的抗菌效能，對CRKP等目前難治性細菌具有較高的敏感性，但其單獨使用極易誘導耐藥，因此，臨床應用多采用聯合用藥。也有相關研究表明，在無嚴重藥物副作用情況下，聯合治療和高劑量方案可能分別優于單次治療和標準劑量方案[29]，大劑量替加環素聯合治療未增加不良反應，相反，可能降低住院時間及死亡率[30]。國內常將其與頭孢哌酮-舒巴坦、碳青霉烯類、氨基糖苷類等聯合應用，國外則常與多黏菌素聯合應用。

3.2 多黏菌素

多黏菌素是環脂十肽類抗生素，包括多黏菌素B及多黏菌素E，對G-如大多數腸桿菌科、鮑曼不動桿菌和銅綠假單胞菌均有效。20世紀60年代，由于其腎毒性和其他耐受性更好的抗生素被引入，其逐漸被棄用。但近些年由于CRKP等難治性耐藥菌的出現，多黏菌素又重新回到人們的視野，甚至被認為是治療此類感染治療的最后一道防線。以多黏菌素B為基礎的聯合用藥對CRKP有一定的抑菌效果，同時可降低用藥劑量，延緩細菌耐藥性的產生，為臨床抗感染治療提供新選擇[31]，早期應用可明顯降低CRKP病死率，其常與碳青霉烯類、喹諾酮類、替加環素等抗菌藥物聯合應用，特別針對嚴重感染初期，可與雙碳青霉烯類聯用，病情控制后改為雙碳青霉烯類二聯治療[32]，近期也有研究表明黏菌素與利福平聯合治療對與生物被膜相關的CRKP感染有重要意義[33]。

3.3 β-內酰胺酶抑制劑

β-內酰胺酶抑制劑通過促進酶水解發揮抗菌藥物活性，主要包括克拉維酸、舒巴坦和他唑巴坦，多與其他抗菌藥物制成復方制劑應用于臨床，如哌拉西林他唑巴坦、頭孢哌酮舒巴坦等。對產ESBLs細菌而言，β-內酰胺類/β-內酰胺酶抑制劑復方制劑比單用β內酰胺類抗菌藥物抗菌作用強[34]。CRKP能產生3種β-內酰胺酶，目前常用的β-內酰胺酶抑制劑主要對Ambler A類有效，對KPC酶作用不確定，因此，傳統酶抑制劑對CRKP的療效不是特別理想。近年來，新型β-內酰胺酶抑制劑復方制劑頭孢他啶-阿維巴坦被批準應用，除ESBL，其對 KPC、AmpC、OXA-48均有抑制作用，對CRKP療效也有所提高，是一種治療CRKP的合理替代藥物，甚至在初步治療時療效優于多黏菌素[35]。

3.4 碳青霉烯類

碳青霉烯類對大多數β-內酰胺酶的水解具有相對抗藥性，具有廣譜抗菌作用。CRKP基本上對碳青霉烯類所有抗生素耐藥，但對MIC≤8 mg/L的CRKP而言，大劑量碳青霉烯類抗生素可作為其他藥物的聯合用藥，對MIC≥16 mg/L CRKP血流感染，大劑量碳青霉烯類抗生素仍有保護作用[36]，研究顯示碳青霉烯類與多黏菌素、替加環素等抗菌藥物聯合方案治療CRKP感染的療效優于單藥或其他聯合方案。研究發現厄他培南與KPC酶親和力較其他碳青霉烯類藥物高，極易被水解，因此探索出以厄他培南消耗KPC酶為基礎的雙碳青霉烯類藥物聯合治療，可使危重CRKP患者28 d病死率明顯降低[37-38]。

3.5 磷霉素

磷霉素對某些肺炎克雷伯桿菌有抗菌作用，在體外試驗中被證明對產KPC的肺炎克雷伯菌有活性，可作為免疫受損宿主廣泛耐藥時聯合抗感染的輔助劑，可與美羅培南、阿米卡星等聯用，提高CRKP生存率，也曾被視為CRKP的替代藥物之一。但CRKP可通過產磷霉素酶FosA 3產生耐藥，且由于其耐藥基因克隆傳播迅速，不同地區研究得出的耐藥率結果不一致，如臺灣地區CRKP對磷霉素的耐藥率為36.4%[39]，而另一個在我國涵蓋5省、12家醫院的研究表明CRKP對磷霉素的耐藥率超過60%[40]。因此，應用磷霉素為基礎的多藥聯合治療CRKP前，應了解當地的磷霉素耐藥概況，療效有待進一步研究。

3.6 氨基糖苷類

有研究顯示氨基糖苷類單藥用于治療CRKP感染療效較好[41]，由于其耐藥率低，在條件允許情況下，大劑量氨基糖苷類甚至比多黏菌素B或替加環素更有效，在尿路感染時尤為明顯，包括慶大霉素在內的治療方案在CRKP爆發流行時可有效降低感染死亡率[42]。氨基糖苷類也可與多黏菌素、替加環素、復方新諾明聯合抗感染，研究表明阿米卡星聯合復方新諾明對產KPC型CRKP療效確切[43]。但在使用時需考慮其耳、腎毒性，密切監測腎功能，盡量確保用藥安全。

3.7 其他藥物

其他藥物如利福平、復方新諾明、齊多夫定等，也可用于CRKP的治療。利福平能抑制細菌DNA轉錄合成RNA，對多種病原微生物有抗菌活性，近期有研究表明黏菌素與利福平聯合治療對與生物被膜相關的CRKP感染有重要意義[33]。復方新諾明為磺胺甲惡唑與甲氧芐啶復方制劑，已有研究證明對CRKP有體外抗菌活性[44]，與阿米卡星聯用可治療產KPC型CRKP[43]。齊多夫定是一種核苷類似物，在Nq SMS等[45]研究中提示，其可用于治療CRKP，并建議與敏感性較高的藥物如替加環素、多黏菌素等聯合使用，但該藥物目前未廣泛應用于抗CRKP感染，有待進一步開展相關臨床試驗。

4 總結與展望

近年來，隨著實驗室技術的發展，CRKP的檢出率逐年上升，與此同時，由于細菌對廣譜抗生素的廣泛耐藥導致碳青霉烯類抗生素成為感染控制的后防線，藥物應用增加，導致耐藥率進一步上升，臨床抗感染治療壓力劇增。目前CRKP相關耐藥機制研究主要包括減少藥物攝入、產生水解藥物的酶、免疫逃逸等，為抗菌藥物的研究及感染控制提供了相應的解決措施，但目前仍有部分耐藥機制無法解釋，仍需進一步研究;在治療上應選用有效抗菌藥物聯合治療，同時需積極有效地控制抗生素使用，做好院感防控，積極研發新藥，多方共同努力降低未來抗菌藥物的耐藥率。

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（收稿日期：2019-09-03）