多重耐藥菌流行現狀、耐藥機制及其治療策略

趙鍵 綜述 賈代良 審校

(濟寧醫學院臨床醫學院,濟寧 272013)

多重耐藥菌(multidrug-resistant bacterin,MDRO)對衛生系統造成的負擔是一個全球性問題,對人類健康與社會經濟存在重大影響[1]。隨著抗生素時代的到來,抗菌藥物的大量普及推動了MDRO的產生。使用常規抗菌藥物難以治療MDRO引起的感染,治療難度大,升高了患者的死亡率,增加了治療費用與住院時間。遏制當前細菌耐藥性危機的有效途徑,是制定新穎的策略來對抗這些病原體,例如,將抗菌藥物與可以阻礙病原體表達耐藥機制的其他制劑結合,或者探索新的治療方法,這都需要加強對多重耐藥菌的了解。根據中國抗生素耐藥性監測系統(CARSS)在2020年的全國細菌耐藥監測報告,最常見的10種菌株為:大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌(Klebsiella Pneumoniae,Kpn)、銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa,PA)、鮑曼不動桿菌(Acinetobacter baumannii,AB)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S. aureus)、屎腸球菌、糞腸球菌、表皮葡萄球菌和肺炎鏈球菌。

1 多重耐藥菌流行現狀

臨床中常見MDRO有:耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(Methicillin-resistant Staphylococcus aureus,MRSA)、耐碳青霉烯類鮑曼不動桿菌(CR-AB)、耐萬古霉素腸球菌(Vancomycin-Resistant Enterococcus,VRE)、耐碳青霉烯類腸桿菌(Carbapenem-resistant Enterobacteriaceae,CRE)、多重耐藥/泛耐藥銅綠假單胞菌(MDR/PDR-PA)。MRSA是很多國家最常見的MDRO,2021年MRSA的感染率為30%[2]。由于近幾年新型冠狀病毒感染疫情的影響,醫院更多的使用呼吸支持與抗生素治療,導致部分醫院的MRSA患病率升高[3]。根據中國抗生素耐藥性監測系統(CARSS)在2020年的全國細菌耐藥監測報告,MRSA平均檢出率29.4%,較2019年下降0.8個百分點。AB目前對許多抗生素存在耐藥性。CR-AB的日益流行給醫生在管理這些菌株引起的感染方面帶來了治療挑戰。對于碳青霉烯類抗菌藥物,2020年AB的耐藥率較上一年下降2.3%,全國平均為53.7%,全國省份中最高78.5%,最低為18.2%[4]。 VRE中糞腸球菌和屎腸球菌在臨床中常見,在健康個體中通常是無害的,但容易對免疫功能差的患者造成感染[5]。在20世紀90年代,因為萬古霉素在醫療機構的普及, VRE成為第二種最常見的醫院病原體[6]。對于萬古霉素的耐藥率,2020年屎腸球菌的耐藥率較上一年降0.1%,平均為1.0%,全國省份中最高8.3%,最低0.0%。2020年糞腸球菌的耐藥率平均為0.2%,與2019年持平,全國省份中最高0.8%,最低0.0%。CRE分離菌株中最常見的是Kpn、大腸埃希菌和陰溝腸桿菌,由于碳青霉烯類藥物應用較多,CRE的耐藥率逐漸升高,治療的難度加大。對于碳青霉烯類抗生素,2020年Kpn耐藥率平均10.9%,與2019年持平;其中河南省30.2%,數值最高,西藏自治區0.2%,數值最低?？傮w耐藥率緩慢上升。大腸埃希菌耐藥率總體耐藥率較低,平均1.6%,較2019年下降0.1%,北京市3.1%,數值最高,西藏自治區0.2%,數值最低。PA是一種常見于環境中的需氧革蘭氏陰性細菌,常導致各種醫院感染,包括宿主防御受損患者的嚴重呼吸道感染、醫院內血流感染等。對于碳青霉烯類抗菌藥物,2020年PA的耐藥率較上一年下降0.8%,為18.3%,,其中北京市為27%,數值最高,寧夏回族自治區為5.7%,數值最低[4]。

2 耐藥機制

2.1 MRSA耐藥機制

該類細菌對甲氧西林產生抗藥性的機制是通過水平基因轉移獲得mecA和mecC基因,合成青霉素結合蛋白2a(PBP2a)。PBP2a對絕大多數β-內酰胺類抗菌藥物親和力低,使得細胞壁生物合成不受抗生素影響。PBP2a由mecA基因編碼,該基因攜帶在獨特的可移動遺傳元件(SCCmec)上,SCC元件由存在傳感器蛋白(MecR1)與阻遏物(MecI)的蛋白水解信號轉導途徑來控制,可菌間轉移傳播耐藥性。除此之外,MRSA的耐藥機制還包括:1)外排系統。編碼基因由于底物的長期誘導被激活并表達,加強了抗生素的外排,出現耐藥性。藥物外排系統的影響在多重耐藥中不可忽視。MRSA細胞膜上的多藥泵蛋白有:QacA、NorA和Smr 3種。QacA基因是MRSA耐藥的主要決定因素之一。多藥泵蛋白都是質子驅動蛋白,進行著可逆的過程,即H+進入細胞,而細胞內的代謝廢物、抗生素、有毒物質等向外排出,不需要ATP水解釋放的能量。2)β-內酰胺酶的過量產生。該酶在MRSA中由染色體基因編碼,耐藥性可在細菌之間轉移。 β-內酰胺類抗菌藥物通過結合PBPs干擾細胞壁黏蛋白生成以及觸發細菌的自溶酶活性殺滅細菌。MRSA過量產生β-內酰胺酶可以直接破壞β-內酰胺類抗菌藥物,也可以結合胞外抗菌藥物,干擾抗生素進入胞內,抗生素難以抵達靶位。3)耐藥基因的獲取。MRSA可以通過質粒獲得耐藥基因,甚至是不同種細菌,例如在腸球菌中獲得耐藥質粒,進行轉導、轉化、插入耐藥基因,進一步提高耐藥性。4)生物膜。胞外復合結構,是被細菌胞外大分子圍繞的有序細菌群體,有粘附性和耐藥性,可以防御宿主的免疫反應及抗菌藥物的攻擊。

2.2 CR-AB耐藥機制

該類細菌可產生降解β-內酰胺抗生素的酶,這些酶分為A類、B類、C類和D類。A類酶:SME、IMI、NMC、GES、SFC和KPC家族。B類酶,即金屬β-內酰胺酶(MBL): IMP、VIM、SIM和NDM。D類β內酰胺酶稱為OXA型酶,是鮑曼菌中最常見的碳青霉烯酶。通過將外源DNA整合到其基因組中產生4類β-內酰胺酶,這是該菌株向多重耐藥性快速進化的基礎。在不動桿菌屬中,編碼窄譜β-內酰胺酶的基因(即TEM-1、SCO-1和CARB-4)和編碼ESBL的基因(GES-11和CTX-M)都已被確定[7]。 MBL底物范圍廣,可以抑制除單內酰胺類以外的所有β-內酰胺類抗生素。C類β-內酰胺酶是一類廣泛分布的酶,通常對頭孢霉素(頭孢西丁和頭孢替坦)、青霉素類和頭孢菌素類耐藥。D類β-內酰胺酶,可破壞超廣譜頭孢菌素和碳青霉烯類[8]。另外AB還具有固有的AmpC頭孢菌素酶。外排泵在該類細菌對多種抗生素的耐藥性有關,如部分β-內酰胺類、氨基糖苷類等[9]。至少有4種外排泵可以導致AB抗生素耐藥性: 主要促進因子超家族(MFS)、耐藥結節分裂(RND)超家族、多藥和毒素排出(MATE)家族和小多藥耐藥(SMR)家族轉運蛋白。此外,該類細菌可以生成減少外膜通透性的修飾孔蛋白,在AB中,孔蛋白的表達減少與碳青霉烯類抗菌藥物耐藥性有關[10]。

2.3 VRE耐藥機制

腸球菌借助可移動的遺傳元件如質粒和轉座子獲得基因,VRE對于萬古霉素耐藥性可以通過轉座子Tn1546上的vanA基因簇轉移。萬古霉素作用靶點是肽聚糖的D-丙氨酸-D-丙氨酸末端,阻礙轉糖基化及轉肽化反應,抑制細胞壁合成。萬古霉素抗性由幾個van基因簇介導,如vanR、vanS、vanH、vanX和vanZ,它們負責將末端的D-Ala-D-Ala轉化為D-ALA-D-Lac或D-ALA-D-Ser。萬古霉素與D-Ala-D-Lac或D-ALA-D-Ser的結合比其與正常二肽產物的結合弱得多,導致萬古霉素的結合親和力較低[11],細菌產生耐藥性。Van A基因簇是最常見的類型,位于屎腸球菌10,581-bp轉座子(Tn1546)的轉座子上。

2.4 CRE耐藥機制

該類細菌可以通過產生碳青霉烯酶,分解碳青霉烯類抗生素,常見的碳青霉烯酶基因有NDM、VIM、IMP、KPC、OXA-48。也可借助外排泵基因的過表達(如MexAB-OprM、MexXY-OprM或MexCD-OprJ),主動從細菌中排出抗生素。另外通過β -內酰胺酶(AmpC)的產生以及細菌細胞膜的改變(OmpK35和OmpK36中的孔隙蛋白突變)降低外膜的通透性,阻擋抗菌藥物。碳青霉烯酶的類型在不同的地理區域差異很大。

2.5 MDR/PDR-PA耐藥機制

與肺炎克雷伯菌和其他主要通過碳青霉烯酶水平基因轉移獲得碳青霉烯類耐藥的腸桿菌不同,MDR/PDR-PA耐藥主要由染色體突變介導,導致孔蛋白OprD丟失或減少、AmpC β-內酰胺酶過表達和外排泵過表達。對氨基糖苷類耐藥性是由可轉移的氨基糖苷類修飾酶(AMEs)介導的,這種酶降低了細菌細胞中對氨基糖苷類的結合親和力。

3 治療策略

3.1 MRSA治療策略

3.1.1抗生素治療 1)萬古霉素。萬古霉素仍然是幾乎所有機構對MRSA菌血癥的標準初始治療。萬古霉素阻礙細胞壁結構中的關鍵組分肽聚糖,影響磷脂和多肽的產生,致細胞壁合成受阻。萬古霉素借助肽聚糖前體小肽與細菌的細胞壁特異性結合,使肽聚糖前體小肽以D-丙氨酰-D-丙氨酸結束,阻止細胞壁肽聚糖延展。2)達托霉素。達托霉素有Ca2+時可擾亂細菌質膜的電勢,不易產生交叉耐藥性,適用MRSA造成的SSTI和BSI,達托霉素可以與β-內酰胺類藥物聯合治療[12],作為一種功能性陽離子肽,達托霉素被吸引到帶負電荷的細胞細菌表面。在MRSA中,β-內酰胺類抗生素通過誘導更多帶負電荷的細胞表面,增強達托霉素與細胞膜的結合,從而產生有效的殺菌協同作用。因其活性受肺泡表面活性物質影響,不適合MRSA感染的肺炎。使用達托霉素消滅細菌比萬古霉素、利奈唑胺更為迅速。3)利奈唑胺。利奈唑胺可結合50S亞單位上核糖體RNA的23S位點,干擾70S起始復合物的生成。利奈唑胺在治療中,對比萬古霉素,患者有更高的生存率與治愈率,是MRSA的重要治療方法。

3.1.2MRSA治療新途徑 1)群體感應。部分毒力基因表達行為是由群體感應系統調節的,例如MRSA產生損傷宿主細胞、影響免疫反應的外毒素以及一些參與黏附和防御宿主防御的蛋白質。因此,抑制細菌中這種群體感應機制會導致細菌毒力與耐藥性降低。2)凝集素。凝集素是一種有前景的抗病毒劑,可用于對抗流行性病毒和耐藥性病毒。當前甘露糖結合凝集素是其中最優的抗病毒劑[13]。3)鐵載體-抗生素綴合物?？股胤肿优c鐵載體可形成鐵載體-抗生素綴合物,可經過鐵離子轉運系統進入細菌。鐵載體是小分子鐵離子螯合物,與抗菌藥物結合后能夠結合Fe3+,成為抗菌藥物-鐵載體-Fe3+復合物,穿過細胞膜在內部釋放藥物。4)噬菌體療法。噬菌體資源庫豐富,種類繁多,不需要擔心細菌產生抵抗力,并且噬菌體具有噬菌體裂解酶可以損傷細菌。噬菌體在治療嚴重的金黃色葡萄球菌感染是安全的[14]。5)納米粒子。納米粒子封裝的智能藥物能搜索和殺滅癌細胞或修復受損組織。中國成功研發出新一代納米級抗菌藥物,對金黃色葡萄球菌等有較強的抑制和殺滅作用[15]。

3.2 CR-AB治療策略

碳青霉烯類(亞胺培南、美羅培南等)已被確定為治療鮑曼不動桿菌感染的一線藥物[16]。單一活性藥物對CR-AB引起的輕度感染有效,可選氨芐西林-舒巴坦,輕度CR-AB感染的替代治療方案包括米諾環素、替加環素、多黏菌素B或頭孢地醇。如果治療對氨芐西林-舒巴坦不敏感的輕度CR-AB感染,應添加第二種活性藥物,或者加大氨芐西林-舒巴坦劑量也可能有效。建議使用至少2種藥物的聯合治療中度至重度CR-AB感染,可將高劑量氨芐西林-舒巴坦視為中度至重度CR-AB感染的聯合治療的一部分,如果使用高劑量氨芐西林,首選的其他藥物包括米諾環素、替加環素或多黏菌素B。不建議將磷霉素和利福平作為聯合治療的成分[17]。當前對于CR-AB的治療,除抗生素治療以外,臨床研究的熱點在于噬菌體治療。噬菌體是能夠對抗革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌的天然抗生素,體外研究表明,噬菌體療法對CR-AB是有效的[18]。噬菌體療法目前還未發現明顯的副作用,對病原體具有高度的特異性,對人體腸道正常微生物群體的影響較小,噬菌體的另一個優勢是可以在身體和器官中迅速傳播,如大腦、前列腺和骨骼,而這些通常是抗生素所不能達到的。

3.3 VRE治療策略

治療VRE的藥物主要包括:利奈唑胺、達托霉素、替加環素。利奈唑胺作用于細菌核糖體,與A位點結合并阻止氨?；D移RNA復合物的對接,從而抑制多肽鏈的合成。達托霉素對耐萬古霉素的糞腸球菌和屎腸球菌具有體外殺菌活性,發揮其殺菌作用的確切機制與細胞靶標未明確,是需要深入研究的領域。另外可以通過修改萬古霉素的分子,恢復萬古霉素對VRE的效力,目前改良的萬古霉素只在實驗室中對耐藥細菌進行了測試,沒有在動物或人類身上進行過測試。

3.4 CRE治療策略

CRE感染常用多黏菌素 、替加環素、磷霉素、氨基糖苷類和氨曲南。臨床多聯合用藥,以避免耐藥性的出現,并且可以解決單一用藥的局限性,可以盡快控制感染。對于嚴重感染,通常以多黏菌素或替加環素為基礎的聯合碳青霉烯類、磷霉素或氨基糖苷類的兩藥或三藥方案。非MBL產碳青霉烯酶Kpn有幾種治療方案可供選擇,頭孢他啶-阿維巴坦對產生A類(KPC)和D類(尤其是OXA-48樣)碳青霉烯酶的Kpn有效,而美羅培南-瓦博巴坦和亞胺培南/瑞來巴坦僅對A類碳青霉烯酶有效。對某些導致頭孢他啶-阿維巴坦耐藥的KPC變異體及其耐藥相關的VEB-25超廣譜β-內酰胺酶, 美羅培南-法硼巴坦和亞胺培南-瑞來巴坦仍然有效。產生MBL的Kpn的選擇有限。氨曲南與阿維巴坦聯合使用可以恢復對產MBL菌株的活性,而阿維巴坦能有效地抑制其他能水解氨曲南的β-內酰胺酶。氨曲南-阿維巴坦聯合用藥目前尚未上市,但頭孢他啶-阿維巴坦+氨曲南聯合用藥已成功用于治療產MBL細菌感染[19]。

3.5 MDR/PDR-PA治療策略

治療需要多黏菌素與抗假單胞菌藥物的聯合應用,如亞胺培南、哌拉西林、氨曲南、頭孢他啶或環丙沙星,磷霉素與氨基糖苷類、頭孢菌素類和青霉素類,這幾種藥物的聯合使用,可以成功應對PA耐藥性。頭孢他啶-阿非巴坦和頭孢曲松-他唑巴坦對非MBL碳青霉烯類耐藥的PA保持高度活性,但在對多種抗假單胞菌β-內酰胺類抗生素同時耐藥的分離株中,敏感性可能低得多?？偟膩碚f,頭孢曲松-他唑巴坦在治療不產碳青霉烯酶的PA方面似乎比頭孢他啶-阿維巴坦更有效,亞胺培南-瑞勒巴坦是處理非MBL碳青霉烯類耐藥的PA的另一種選擇,它不受對頭孢他啶-阿維巴坦和頭孢曲松-他唑巴坦產生耐藥性的AmpC突變的影響。磷霉素單一療法應避免用于PA感染。最后,各種協同組合(如基于粘菌素、磷霉素或氨基糖苷類)可能是最后的治療選擇。

4 小結與展望

當前 MRSA 研究的重要任務之一是完整的描述MRSA菌株毒力因素,在研究方向上應注重生物學的角度,需要更好地了解寄主和病原體之間的復雜相互作用。首先在動物模型中逐步完善基因組學、表觀遺傳學、轉錄、蛋白質組學和代謝組學的研究,之后在臨床特征典型的MRSA患者中進行研究,可能會發現新見解。未來幾年,MRSA仍將是研究的重要領域。CR-AB引起的感染難以治療,研究鮑曼不動桿菌的致病機制和耐藥機制,是解決CR-AB感染的關鍵。此外,需要新的治療策略以克服這些耐藥細菌造成的感染。當前治療新策略的研究中對噬菌體療法熱度較高。最近已經開始了許多針對CR-AB的噬菌體治療的嘗試。對于其他類型的MDRO,噬菌體療法也是日漸被重視的新療法,當前已經發現的耐藥機制給我們對治療提供了新的思路,但如何應用到臨床以及使用的安全性還需要進一步研究。在國家抗菌藥物管理政策的有力實施以及醫療機構及醫務人員的共同努力下,我國的多數MDRO的耐藥率逐年下降,僅個別MDRO呈上升趨勢,因此對于抗菌藥物管理以及MDRO的防控要繼續加強,保持高度重視?？股刂委熑允悄壳癕DRO治療的主要方法。明確細菌對抗生素產生耐藥性的機制,對于設計新的方案來對抗耐藥性威脅至關重要。MDRO目前研究的熱點在于醫院感染(重點耐藥菌株、醫院感染常見類型、防控措施)、抗菌藥物(耐藥性、耐藥基因及藥敏試驗)等方面,在耐藥性監測方面的研究較少,在之后的研究中,應該在微生物檢驗學、分子生物學與生物信息學等多學科交叉領域對多重耐藥菌進行深入研究,發掘新的治療策略以抵抗細菌的耐藥性。

利益沖突:所有作者均申明不存在利益沖突。