耐碳青霉烯腸桿菌科細菌定植與感染研究進展

張侃 馬琳 王博 管希周解放軍總醫院 解放軍醫學院研究生管理大隊，北京 00853；解放軍總醫院呼吸與危重癥醫學科，北京 00853

近年來，由于抗菌藥物的廣泛使用、耐藥菌株突變等原因，耐碳青霉烯類腸桿菌科細菌(carbapenem-resistant Enterobacteriaceae，CRE)日益增多，由其引起的感染住院時間長、清除困難、死亡率較高，給臨床治療帶來極大挑戰。2018年上半年CHINET中國細菌耐藥性監測結果顯示腸桿菌科細菌對美羅培南的耐藥率為11.6%，亞胺培南的耐藥率為11.4%，厄他培南的耐藥率為9.4%。

1 CRE產生歷史

在20世紀90年代初期，CRE出現在日本，隨后在鄰國被相繼發現[1]。在美國，于1996年鑒定了一種對碳青霉烯耐藥的肺炎克雷伯菌菌株(carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae，CRKP)，該菌株產生了一種新的碳青霉烯酶，即肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶1(Klebsiella pneumonia carbaenemases-1，KPC-1)[2]，該KPC基因編碼在可轉移的質粒上，能夠有效地水解頭孢菌素和碳青霉烯，21世紀初期，產KPC酶的肺炎克雷伯菌在紐約市部分醫院迅速流行[3-4]。此后，產KPC酶的肺炎克雷伯菌迅速播散至美國大陸和許多其他國家，并在某些地區引起暴發和流行[5]。與此同時，出現了另一組碳青霉烯酶(OXA-48)，在2000年主要在地中海國家的肺炎克雷伯菌中傳播[6-7]。2009年一組新德里金屬β-內酰胺酶(New Delhimetalloβlactames，NDM)在一例曾經去印度旅行的患者中被鑒定出[8]，此后，NDM-1在南亞乃至全球爆發[9-10]。

2 CRE定植與感染的流行病學

CRE定植在全球普遍存在，在不同醫療機構中CRE的定植率在0.3%～50%之間[11-16]。對在醫療護理相關機構存在CRE定植的患者1年的隨訪中，76.7%的患者在1個月時仍然攜帶超廣譜β-內酰胺酶(extended spectrumβlactamase，ESBL)或CRE，3個月時為75.2%，6個月時為55.3%，12個月為35.2%[17]。社區居民的持續定植風險似乎較低，1個月時為52.3%，3個月時為52.5%，6個月時為19.2%，12個月為25.4%[17]，可以看出有相當數量的患者在1年后仍有CRE持續定植，醫療護理相關機構中CRE的定植風險似乎大于社區。

CRE感染發病率較高的國家包括希臘、意大利、巴西和中國，其次是包括美國和哥倫比亞在內的其他幾個國家，印度由于產NDM菌株的傳播而導致CRE的負擔很高，但流行病學數據較少[18]。肺炎克雷伯菌的發病率在希臘高達62%，意大利高達33%。在美國，2014年造成醫療保健相關感染的肺炎克雷伯桿菌中有11%對碳青霉烯類耐藥，比2013年有所下降(13%)[19]，大多數CRE病例集中在大西洋中部(紐約、新澤西州和賓夕法尼亞州)，中西部(密歇根州和伊利諾斯州)以及東南部(佛羅里達州)。

3 CRE的耐藥機制

對碳青霉烯類藥物的耐藥性通常由二種主要機制引起：(1)β-內酰胺酶活性與結構突變結合，質粒編碼的ESBL和頭孢菌素酶能夠與孔蛋白的突變相結合，細菌某種孔蛋白的丟失或表達降低可使相應的抗菌藥物不能通過擴散穿過細胞膜進入菌體，從而導致細菌對碳青霉烯類抗菌藥物耐藥[20-22]；(2)產生碳青霉烯酶，指能水解碳青霉烯類抗生素的酶，碳青霉烯酶屬于β-內酰胺酶，有3個不同的分子類別，目前臨床常見的此類酶包括Ambler A類(如KPC、GES)，Ambler B類(如NDM、IMP、VIM)及Ambler D類(如OXA-48、OXA-23等)[23-24]。A類酶中最常見的為KPC，它使用絲氨酸殘基作為活性物質，其底物范圍非常廣泛，包括青霉素、頭孢菌素，經典的β-內酰胺酶抑制劑(克拉維酸、舒巴坦和他唑巴坦)，氨曲南和碳青霉烯類，其活性僅由克拉維酸最小限度地抑制，但可被硼酸化合物很好地抑制[25]。B類酶中包括NDM的MBL是在活性部位具有鋅的金屬酶，其水解譜類似KPC，但不能水解氨曲南[18]。D類酶主要是指OXA型酶，是一種類似KPC的絲氨酸β-內酰胺酶，但具有獨特的活性譜，能水解青霉素和碳青霉烯類抗生素，但不能水解頭孢菌素和氨曲南，此外，其對碳青霉烯類抗生素的活性不如KPC和MBL強[18]。

4 CRE定植與感染的關系

直腸定植CRE已經被認為是造成患者隨后感染CRE的重要流行病學危險因素。直腸定植CRE定義在大多數研究中是由直腸拭子決定[26-31]。在最近的一篇薈萃分析中，包括的1 806例最初定植的患者中，觀察到299例臨床感染，感染率為16.5%，不同研究中的感染率差異很大，從0%～89%，大部分在7.6%～44.4%的范圍內，不同的感染率，可能是由于生物類型，患者人群和臨床環境的差異等因素所致[32]。CRE的定植或感染顯著延長了住院時間，定植或感染患者的病死率為10%，但是由定植發展為感染的患者病死率更高(30%～75%)[32]。造成這種高病死率的原因很多，包括住院時間長，整體健康狀況較差，感染的不同部位，伴隨疾病，最重要的原因是治療感染的抗菌藥物選擇有限[32]。

CRE定植隨后發展為感染的患者中，約半數為肺部感染，其次為尿路感染、血流感染、皮膚軟組織感染等[32]?？紤]到最常見的感染是肺部感染，誤吸胃腸道內容物很可能是重癥患者腸道定植菌發展為感染的潛在機制，曾經接受內鏡或結腸鏡檢查同樣是造成CRE感染的影響因素[33]。

5 CRE去定植的方法

CRE去定植是減少CRE攜帶并可能減少CRE感染的有效的措施。去定植的成功最好由三個獨立的陰性直腸拭子確定，其中至少一個是使用PCR方法進行的[17]。在許多隨機對照試驗(randomized controlled trial，RCT)中進行了選擇性消化道去污染(selective digestive tract decontamination，SDD)試驗，獲得了一些有關腸道去除定植的經驗，并顯示出降低感染率和全因死亡率的結果[34-35]。

一項薈萃分析報告指出，在醫療保健機構中，ESBL/CRE定植率在沒有干預的情況下，從1個月時的76.7%(95%CI：69.3%～82.8%)減少至12個月后的35.2%(95%CI：28.2%～42.9%)，給予去定植治療，治療結束時的定植率為37.1%(95%CI：27.5%～47.7%)，1個月時為57.9%(95%CI：43.1%～71.4%)。在兩項隨機試驗中，去定植治療結束時，定植率顯著減少(OR=0.42，95%CI：25%～65%)，但1個月后效果不顯著(OR=0.72，95%CI：48%～105%)。在社區居民中，ESBL定植從1個月時的52.3%(95%CI：29.5%～74.2%)降至6個月時的19.2%(95%CI：9.7%～34.4%)，所以去定植治療可以短期減少ESBL/CRE定植，但其長期的作用尚不清楚[17]。大多數去定植方法包括口服氨基糖苷類，黏菌素(多黏菌素E)或兩者的組合，還有一些額外的口咽洗滌/泌尿去定植方案。在一項運用多黏菌素E和慶大霉素去定植與安慰劑的RCT研究中指出，在2周時CRKP陽性的直腸培養物的百分比顯著降低，安慰劑組中16.1%和SDD組中61.1%CRPK直腸培養物為陰性(OR值為0.13；95%CI：0.02～0.74；P＜0.001 6)，兩組的百分比之間的差異在6周后仍然存在(33.3%比58.5%)[36]。但在另一篇同樣是運用用多黏菌素E和慶大霉素去定植治療的文獻中，得出相反結論，在平均使用上述藥物21 d(范圍12～40 d)之后，在64例(6/14，43%)患者中實現了去定植，但在23例(23/76，30%)的對照組中也觀察到了去定植(P=0.102)，SDD治療導致治療后分離物中黏菌素(抗性率增加19%)和慶大霉素(增加45%)的繼發耐藥，而在在對照組中則無此種情況發生[37]。最近，有文獻指出運用糞菌移植方法清除CRE定植，糞菌移植1周后，3/8例患者無CRE定植，3個月后，4/8例患者無CRE定植[38]，但因該試驗樣本量較小，缺乏對照，需更大的隊列和隨機試驗證實。

6 CRE感染的治療

CRE菌株通常對所有的β-內酰胺藥物都耐藥，包括碳青霉烯類和β-內酰胺酶抑制劑(頭孢他啶阿維巴坦明顯例外)[18]。但大多數菌株仍然對多黏菌素(黏菌素和多黏菌素B)和替加環素敏感[18]。此外，對于一些產生KPC和OXA-48的菌株對某些氨基糖苷類(慶大霉素或阿米卡星)敏感，但對于產NDM的菌株通常對所有氨基糖苷類藥物都耐藥[18]。磷霉素可以對80%的CRE有抗菌活性，可用于對黏菌素和替加環素敏感性降低的產KPC的肺炎克雷伯菌[39]。目前大多建議聯合使用抗感染藥物治療CRE感染[40]，多采用含碳青霉烯的方案(如美羅培南與黏菌素，替加環素或慶大霉素聯合)治療侵襲性CRE感染[18]。

目前針對CRE的活性，有多種新藥正在臨床研發，主要分為β-內酰胺/β-內酰胺酶抑制劑組合和其他。美國已于2015年起開始臨床應用頭孢他啶-阿維巴坦(avibactam)，阿維巴坦是一種新型β-內酰胺酶抑制劑，可抑制KPC，ESBL，頭孢菌素酶和OXA-48，結果顯示頭孢他啶-阿維巴坦對大多數產生KPC和OXA-48的菌株具有活性，但目前該藥用于CRE感染治療的臨床數據較少[41]。另外兩種β-內酰胺/β-內酰胺酶抑制劑組合正處于晚期臨床試驗中，包括美羅培南-vaborbactam和亞胺培南-西司他丁-relebactam，他們的抗菌譜總體類似于頭孢他啶-阿維巴坦[42]。晚期臨床試驗中其他類別的藥物包括plazomicin，eravacycline和cefiderocol。Plazomicin是一種新型氨基糖苷類抗生素，它對包括產生KPC菌株在內的大多數腸桿菌科菌株具有活性，但由于經常共同產生16S核糖體RNA甲基轉移酶，所以抗NDM產生菌株的活性受到限制。Eravacycline是新型含氟四環素類衍生物，具有廣泛抗革蘭陰性菌包括CRE的活性。它的抗菌譜與替加環素相似，但它在體外活性，藥代動力學和耐受性方面可能更具有優勢[42]。頭孢地爾(cefiderocol S-649266)是一種新型的鐵載體頭孢菌素，已顯示出體外抗CRE的活性，包括產生KPC和產生MBL的腸桿菌科細菌[43]。目前針對CRE感染治療暫無國際統一有效方案，還需結合當地菌株流行病學特征、藥敏結果、感染的部位及嚴重程度、抗菌藥物的藥效動力學及藥代動力學、經濟條件等因素綜合考量。

7 CRE的控制

美國疾病控制與預防中心(Centers for Disease Control and Prevention，CDC)已將CRE等三類細菌耐藥問題列為國家“緊急”威脅，2012年1月CDC發布了CRE管理指南，包括手衛生、接觸隔離、醫務保健人員培訓、盡可能少的使用侵入性操作、患者的隔離、發現CRE時盡快通知臨床醫生及感控人員、抗菌藥物管理、CRE篩查、主動監測、洗必泰擦浴等。

8 結語

隨著碳青霉烯類抗生素的廣泛應用，耐碳青霉烯類腸桿菌科細菌逐漸增加，CRE感染難以治療，且病死率高，治療方案的選擇有限，多采用含碳青霉烯的方案聯合治療，許多新藥正在臨床試驗中，其中一些將于不久的將來用于臨床。短期的去定植會減少CRE定植率，但其長期效應及對臨床影響尚不完全明確，未來需多中心、更大的隊列和隨機試驗證實，而且這些試驗需注意區分是細菌長期定植，或是重新感染。預防CRE的傳播需從源頭抓起，加強抗菌藥物管理、有效控制細菌的傳播途徑。