產KPC肺炎克雷伯菌感染治療的研究進展

馬艷秋,吳振超,杜毅鵬,沈 寧

(北京大學第三醫院呼吸與危重癥醫學科,北京 100191)

肺炎克雷伯菌屬于腸桿菌目,隨著碳青霉烯類藥物的應用,耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌(carba-penem-resistantKlebsiellapneumoniae, CRKP)的分離率逐年上升。2022年全國細菌耐藥監測網監測結果顯示,CRKP分離率達26%～27.5%,遠高于2005年(2.9%～3%)。我國臨床分離株中碳青霉烯酶總體以肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(Klebsiellapneumoniaecarbapenemase, KPC)為主,CRKP對替加環素、頭孢他啶/阿維巴坦(ceftazidime/avibactam, CAZ/AVI)、黏菌素、多黏菌素B耐藥率遠低于其他抗菌藥物[1],耐藥率分別為6.1%、6.8%、7.2%、7.7%[2]。產KPC肺炎克雷伯菌(KPC-producingKlebsiellapneumoniae, KPC-KP)已成為一種在世界范圍內造成嚴重感染的病原體[3]。KPC-KP目前雖對多黏菌素、CAZ/AVI較敏感,但多黏菌素腎毒性和神經毒性限制了其臨床應用,且KPC-KP對多黏菌素和CAZ/AVI耐藥的報道日益增加。2017—2019年中國福建的一項流行病學研究[3]發現,121株CRKP菌株中有23株(19.01%)對CAZ/AVI耐藥。一項來自巴西的研究[4]探討了CRKP對多黏菌素B的耐藥性,研究納入了3 085株肺炎克雷伯菌,碳青霉烯類耐藥性顯著增加(P<0.001),從6.8%(2011年)增加至35.5%(2015年);CRKP對多黏菌素B的耐藥率呈明顯上升趨勢(P<0.001),從2010年的0上升至2014年的24.8%、2015年的27.1%;因可用于治療KPC-KP感染的藥物有限,且其對既往敏感藥物耐藥率逐漸升高,KPC-KP感染病死率較高。

1 KPC-KP流行病學

首株KPC-KP于1996年在美國北卡羅來納州被發現,之后KPC-KP逐漸蔓延到世界許多地方,在其他腸桿菌目細菌中發現了KPC基因。KPC基因傳播機制除了耐碳青霉烯類腸桿菌在醫院內的克隆性傳播外,還可通過可移動的遺傳元件和質粒進行水平傳播[5]。目前尚無準確流行病學數據描述KPC-KP感染在世界范圍內的發生情況。在中國和新加坡,大多數對碳青霉烯類耐藥的高毒力肺炎克雷伯菌(carbapenem-resistant hypervirulentKlebsiellapneumoniae, CR-hvKp)菌株產KPC,而在美國、英國和日本,其他碳青霉烯酶如NDM、IMP、OXA-48等在CR-hvKp菌株中占主導地位[6]?；仡櫺苑治鰫蹱柼m一所三級醫院2009—2020年產碳青霉烯酶腸桿菌(carbapenemase-producingEnterobacterales, CPE)分離患者的感染情況、危險因素及流行病學[7]發現,460例患者分離的CPE菌株中,KPC是最常見的碳青霉烯酶,占所有CPE酶的87.4%;住院時間長、使用過碳青霉烯類抗生素、透析、機械通氣、輸血和復雜的胸部病理是CPE獲取KPC基因的危險因素。一項7個拉丁美洲國家11所醫院的多中心觀察性研究結果[8]顯示,CPE感染是住院死亡相關的獨立病死率預測因子。

2 KPC-KP治療研究進展

目前有效治療KPC-KP感染的藥物有多黏菌素、替加環素、CAZ/AVI、碳青霉烯類抗生素,但近年來KPC-KP對上述藥物耐藥的報道逐漸增加,美羅培南/法硼巴坦、亞胺培南/瑞來巴坦、頭孢地爾等藥物被發現抗菌效果較好。大量研究表明,聯合用藥可能較單一用藥效果更佳,可作為單一用藥效果不佳或耐藥的替代治療。

2.1 β-內酰胺酶抑制劑復合制劑

2.1.1 美羅培南/法硼巴坦 法硼巴坦是一種新型的β-內酰胺酶抑制劑,單獨使用無抗菌活性,但能明顯提高美羅培南對A類β-內酰胺酶和頭孢菌素酶的抑制活性[9]。目前被美國食品藥品監督管理局(FDA)批準與美羅培南聯合用于治療復雜的尿路感染。體外研究[10-11]表明,美羅培南/法硼巴坦對含有KPC-2和KPC-3的病原菌具有很好的抑制活性。然而,美羅培南/法硼巴坦對OXA-48或金屬β-內酰胺酶沒有活性。

Huang等[12]對58株耐碳青霉烯類大腸埃希菌(carbapenem-resistantEscherichiacoli, CREC)進行了最低抑菌濃度(MIC)值及基因型測定,其中50%產KPC的菌株對美羅培南/法硼巴坦敏感(MIC≤0.003/8 μg/mL)(見表1)。Zhou等[13]采用肉湯微量稀釋法,檢測了美羅培南/法硼巴坦對分離的128株CPE的體外抗菌活性,結果顯示美羅培南與法硼巴坦聯合較單獨美羅培南的MIC50、MIC90分別從4、8 μg/mL降至0.5、8 μg/mL,對肺炎克雷伯菌和大腸埃希菌的抑制率分別為76.6%、100%(表1)。臨床上,美羅培南/法硼巴坦可用于耐CAZ/AVI的KPC變異型CRKP感染的治療。1例24歲肝移植失敗受者,伴有膈下膿腫及KPC-KP感染,使用CAZ/AVI治療出現耐藥,而使用美羅培南/法硼巴坦治療后感染逐步控制[14]。1例接受髖關節置換手術的68歲男性患者,感染產KPC-3肺炎克雷伯菌反復發生菌血癥,停用CAZ/AVI后血培養回報肺炎克雷伯菌,對CAZ/AVI(MIC>8 μg/mL)和頭孢地洛(MIC為16 μg/mL)耐藥,而恢復了對美羅培南的敏感性(MIC為2 μg/mL),應用美羅培南/法硼巴坦治療后感染逐漸好轉[15],其機制為KPC酶結構變異導致碳青霉烯酶活性降低,碳青霉烯類抗生素可重新發揮作用(見表1)。一項前瞻性臨床試驗[16]研究了美羅培南/法硼巴坦與其他抗菌藥物(厄他培南、美羅培南、亞胺培南、替加環素、阿米卡星、慶大霉素、妥布霉素、黏菌素、多黏菌素B和CAZ/AVI)在治療嚴重CPE感染(如菌血癥、醫院獲得性肺炎/呼吸機相關肺炎、復雜性泌尿系統感染和腎盂腎炎)患者中的療效、安全性和耐受性,結果顯示美羅培南/法硼巴坦治愈率更高(64.3% VS 33.3%,P=0.04),28天全因死亡率相對降低33.3%(P=0.03)。

表1 抗菌藥物對KPC-KP抗菌活性

在動物試驗中,研究表明美羅培南/法硼巴坦聯用較美羅培南單用對KPC-KP感染小鼠抗感染作用更強,可能與法硼巴坦可恢復美羅培南對CPE的活性有關[17-18]。Weiss等[19]使用3株臨床分離株感染小鼠模擬人體暴露,3株菌株(肺炎克雷伯菌UNT170-1、UNT171-1和大腸埃希菌UNT167-1)均對美羅培南耐藥,MIC為32 μg/mL,且產KPC,加入法硼巴坦使美羅培南MIC降至0.06 μg/mL,從而使3株菌株對美羅培南均敏感;在感染后第4天和第5天腎臟細菌平均滴度分別為6.39、6.74對數值CFU;與對照組相比,可使腎臟的細菌負荷平均減少1.51對數值CFU(P=0.0015);美羅培南和法硼巴坦聯用腎臟細菌滴度低于單獨應用美羅培南(P<0.05)(見表1)。Sabet等[20]評估美羅培南單獨和聯用法硼巴坦對CPE臨床分離株誘導小鼠大腿和肺部感染模型的療效,美羅培南與法硼巴坦聯合使用對所有菌株均產生了殺滅作用;與對照組相比,殺滅細菌數更多(0.8～2.89對數值CFU,P<0.05)。

2.1.2 亞胺培南/瑞來巴坦 亞胺培南/瑞來巴坦是一種新型碳青霉烯類抗生素與β-內酰胺酶抑制劑的復合制劑,瑞來巴坦對A類β-內酰胺酶如超廣譜β-內酰胺酶(ESBLs)、KPCs和頭孢菌素酶(如AmpC酶)顯示出良好的體外抑制活性[21],并恢復亞胺培南對KPC的活性[21-22](見表1)。瑞來巴坦使對亞胺培南不敏感的銅綠假單胞菌(n=477)敏感性從0增加至81%[23]。FDA建議,可使用亞胺培南/西司他丁/瑞來巴坦治療成人慢性腹腔感染和慢性尿路感染(包括腎盂腎炎)。

西班牙對24所醫院臨床分離的401株CPE進行耐藥基因及MIC值檢測,結果顯示所有菌株對黏菌素、亞胺培南/瑞來巴坦和CAZ/AVI的敏感率較高,分別為86.5%(MIC50/MIC90=0.12/8 μg/mL)、85.8%(MIC50/MIC90=0.5/4 μg/mL)、83.8%(MIC50/MIC90=1/256 μg/mL);產OXA-48和產KPC的菌株對CAZ/AVI和亞胺培南/雷巴坦的敏感率分別為97.7%(MIC50/MIC90=1/2 mg/L)、100%(MIC50/MIC90=0.25/1 μg/mL)[22]。另一項研究[24]評價了包括亞胺培南/瑞來巴坦在內的19種抗菌藥物對106株主要表達KPC的CRE血流分離株和20株表達OXA-48的CRE分離株的體外抗菌活性,95%的CRE血液分離株對亞胺培南/瑞來巴坦敏感;CAZ/AVI對OXA-48 CRE菌株的體外抗菌活性高于亞胺培南/瑞來巴坦(敏感率為90% VS 15%)。Yang等[25]對472株碳青霉烯類不敏感的肺炎克雷伯菌(其中大部分產KPC)進行研究,采用瓊脂稀釋法評價亞胺培南單藥和亞胺培南/瑞來巴坦聯合的體外抗菌活性,顯示聯合藥物敏感率更高(82.8% VS 18.9%),以上結果表明亞胺培南/瑞來巴坦對產KPC的CRE菌株抗菌活性更佳。

2.1.3 CAZ/AVI CAZ/AVI由β-內酰胺酶抑制劑阿維巴坦和第三代頭孢菌素頭孢他啶組合而成,阿維巴坦可有效抑制KPC酶的活性,與頭孢他啶聯合使用時可恢復對KPC-KP感染菌株的殺菌作用。美國94個醫學中心于2013—2016年對513株頭孢他啶、美羅培南和哌拉西林/他唑巴坦(n=628)不敏感的菌株進行了CAZ/AVI的體外抗菌活性檢測,結果顯示71.8%的CPE分離株對CAZ/AVI敏感[26]。對30株產KPC臨床分離株進行體外抗菌活性的檢測,對其中4株菌株(2株為肺炎克雷伯菌)進行了多黏菌素、替加環素、阿米卡星、CAZ/AVI 96 h的體外藥代動力學/藥效學模型研究,結果顯示97%的產KPC菌株對CAZ/AVI敏感,MIC50/MIC90為0.38/1.5 μg/mL;KPC-KP對CAZ/AVI高度敏感,CAZ/AVI可能是有效治療此類感染的抗生素之一[27](見表1)。

應用CAZ/AVI需要注意劑量問題。通過藥敏試驗、基因序列分析、時間殺滅試驗[28-29]結果顯示,對CAZ/AVI敏感的KPC-KP細胞,當CAZ/AVI濃度為20/3.75 μg/mL時不能達到殺菌活性,KPC-KP菌株出現再生長;當藥物濃度≥40/7.5 μg/mL時,細胞平均殺滅率提高(5.42對數值CFU/mL),細胞再生長受到抑制,說明通過增加抗菌藥物劑量可抵抗耐藥性產生,可采取增加CAZ/AVI劑量的策略治療對CAZ/AVI耐藥的KPC-KP感染。然而,隨著CAZ/AVI逐漸應用于臨床治療,不斷出現KPC-KP對其耐藥的報道[29-34],耐藥機制多為KPC酶的結構變異,以KPC-2、KPC-3最為多見。

2.2 替加環素和多黏菌素 替加環素為甘氨酰環素類抗生素,屬于四環素類衍生物,通過抑制細菌蛋白質合成發揮廣譜抑菌作用。Van等[30]研究替加環素單一療法與美羅培南單一療法在致死性大葉性肺炎-敗血癥大鼠模型中的治療效果,以1株產ESBLs的肺炎克雷伯菌和1株KPC-KP為研究對象,用于誘導大鼠肺炎-敗血癥;替加環素或美羅培南在大鼠發生進行性感染時開始治療,在產ESBLs肺炎克雷伯菌敗血癥大鼠中,美羅培南治療24 h后細菌再生長,而所有KPC-KP敗血癥大鼠均可通過25 mg/kg·d的大劑量替加環素治療而治愈,說明大劑量替加環素可作為治療嚴重多重耐藥細菌感染方案的藥物。但替加環素與美羅培南可發生拮抗作用(部分抑菌濃度指數為8.5),臨床上應避免此兩種藥物聯合用于KPC-KP感染的治療。

磷霉素,一種抑制肽聚糖合成的廣譜抗生素。Wang等[31]在中國不同的醫院收集了136株臨床KPC-KP進行試驗,發現磷霉素與替加環素聯合使用可使磷霉素MIC90降至64 μg/mL,聯合治療使腎功能正常者累積有效率(CFR)值>80%,腎功能損傷者CFR值>90%。因此,經驗性治療KPC-KP感染可采用磷霉素和替加環素聯合方案治療。

多黏菌素是由多黏類芽孢桿菌產生的一組環肽類抗生素,FDA已經批準其用于治療多重耐藥的革蘭陰性菌的嚴重感染,可用于治療銅綠假單胞菌、腸桿菌目細菌以及鮑曼不動桿菌感染引起的尿路、中樞神經系統和血流感染。在一項前瞻性臨床試驗[32]中,血流KPC-KP感染患者經多黏菌素B治療后KPC-KP被清除(多黏菌素B MIC≤1 μg/mL)(見表1)。一項Meta分析結果[33]顯示,以多黏菌素為基礎聯合療法比單一療法病死率低(OR值為2.04,P=0.0007),但有研究[34]表明KPC-KP對多黏菌素耐藥率逐年增加,2011年為0,2014年為4.8%,2015年為27.1%。Concei??o-Neto等[34]研究了502株肺炎克雷伯菌對多黏菌素E的耐藥性及基因表達情況,結果顯示在77%的分離株中發現KPC基因,肺炎克雷伯菌對多黏菌素E的耐藥率為29.5%(148株);在對多黏菌素E耐藥的菌株中,92.1%(47/51)菌株對CAZ/AVI敏感,可見CAZ/AVI可選擇性用于對多黏菌素E耐藥菌株感染的治療。

2.3 其他 頭孢地爾是一種新的鐵載體頭孢菌素,對多重耐藥的革蘭陰性桿菌有很強的抗菌活性。1例成年嚴重H1N1流感男性患者,合并廣泛耐藥鮑曼不動桿菌和KPC-KP引起的呼吸機相關肺炎和血流感染,經CAZ/AVI、磷霉素、碳青霉烯類聯合抗感染治療仍反復發熱,序貫器官衰竭(sequential organ failure assessment, SOFA)評分進展,試驗性使用頭孢地爾治療后病情逐漸控制[35]。

Taniborbactam是一種雙環硼酸酯,對絲氨酸-β-內酰胺酶(KPC或GES和OXA-48)、金屬β-內酰胺酶(metallo-β-lactamases, MBLs)具有抑制活性。Hernández等[36]在西班牙8所醫院前瞻性收集了來自不同標本來源的247株CPE和170株耐碳青霉烯類假單胞菌,評估了cefepime-taniborbactam(FTB)及其對照藥物對以上菌株的體外活性;通過基因檢測發現所有腸桿菌屬分離株均產碳青霉烯酶;腸桿菌屬細菌中FTB敏感性最高(97.6%的FTB對細菌MIC值≤8/4 μg/mL,MIC50為0.5/4 μg/mL,MIC90為4/4 μg/mL),其次是美羅培南/法硼巴坦(MIC50為1/8 μg/mL,MIC90為16/8 μg/mL)和阿米卡星(MIC50為0.5 μg/mL,MIC90為0.64 μg/mL)。FTB對KPC和OXA-48型菌株表現出良好的活性(敏感率分別為96%～100%、100%)(見表1)。

香芹酚[2-甲基-5-(1-甲乙基)苯酚,百里香酚的異構體]是唇形科植物精油的重要成分,具有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、鎮痛、抗肝毒性、殺蟲和抗微生物特性。香芹酚對產CTX-M-8、OXA-48、KPC和多黏菌素耐藥肺炎克雷伯菌有明顯的抑制作用,MIC/最低殺菌濃度(MBC)為130 μg/mL[37]。

2.4 聯合用藥經驗 Ojdana等[38]研究了CAZ/AVI、厄他培南、磷霉素和替加環素對KPC-KP的協同作用,所有受試菌株對厄他培南不敏感,CAZ/AVI與厄他培南、磷霉素和替加環素的所有受試組合之間存在協同作用,對產KPC菌株發揮協同作用的菌株比率分別為100%(8/8)、37.5%(3/8)、12.5%(1/8),結果表明CAZ/AVI與厄他培南聯合治療對KPC-KP的協同作用最強。這一結果在另一項研究中被證實,Romanelli等[2]采用E-test法評價了CAZ/AVI單藥及與磷霉素和碳青霉烯類(亞胺培南、美羅培南、厄他培南)聯合對KPC-KP臨床分離株的體外抗菌活性,結果顯示CAZ/AVI與磷霉素聯用FIC值、MIC值高于與碳青霉烯類聯用,說明CAZ/AVI與碳青霉烯類聯用抗菌效果更好。一項病例報告表明CAZ/AVI與磷霉素、碳青霉烯聯用即三聯療法也具有抗菌效果。Carannante等[39]描述了1例KPC-KP蜂窩織炎的患者,在接受10 d CAZ/AVI、美羅培南、磷霉素的聯合治療后,潰瘍和直腸拭子的培養和分子檢測結果均為陰性。此外,CAZ-AVI、黏菌素和替加環素聯合可作為發熱且病情危重的血液病患者的潛在治療。1例65歲的白血病患者,粒細胞缺乏期間出現發熱,血培養及藥敏結果提示病原菌對CAZ/AVI敏感,應用CAZ/AVI聯合慶大霉素抗感染治療,雖血培養回報陰性,但病情尚未控制,予大劑量CAZ/AVI(2.5 g,q6h)、黏菌素和替加環素聯合治療后病情逐漸好轉[37,40],全基因組測序結果顯示該菌株為產KPC型菌。1例革蘭陰性桿菌膿毒癥血栓形成的患者,在持續性血流感染和抗凝狀態不佳的情況下,血培養藥敏試驗結果及體外抗菌活性檢測顯示,菌株對CAZ/AVI耐藥,美羅培南與磷霉素聯合具有很高的協同作用,聯合應用美羅培南+磷霉素治療,患者治愈[41]。

磷霉素和多黏菌素聯用亦可作為潛在的治療選擇,Bulman等[42]在中空纖維感染模型中,探討了多黏菌素B兩種方案前負荷(3.33 mg/kg 1劑,12 h后開始,1.43 mg/kg,q12h)和負荷劑量(5.53 mg/kg,1劑,隨后不再給藥)聯合磷霉素(4 g,q8h)對產KPC-2肺炎克雷伯菌ST258的作用;對KPCKp9A菌株,單藥處理在3 h內殺滅≥3對數值CFU/mL,但在48 h內可使抗性亞群重新生長和增殖,多黏菌素B與磷霉素聯合應用可迅速殺滅細菌(>6對數值CFU/mL);對于具有較高磷霉素MIC的KPC-KP24A菌株,多黏菌素B(5.53 mg/kg,1劑,隨后不再給藥)和磷霉素聯合使用在1 h內可使菌量下降>6對數值CFU/mL。

多黏菌素、替加環素為治療CPE感染的經典藥物,一項關于小鼠KPC-KP感染的研究發現,兩者聯合利福平殺菌作用更強。Aye等[43]比較了多黏菌素單一療法、雙重和三聯療法(多黏菌素、替加環素聯合利福平)對6株KPC-KP小鼠大腿感染模型的治療效果,所有單一療法(多黏菌素B、利福平、阿米卡星、美羅培南或米諾環素)均無效;不同的含多黏菌素B的二聯用藥對細菌的初始殺滅作用較強,但在大多數情況下,在24 h后基本恢復生長,多數含多黏菌素B的三聯用藥的殺菌效果和持續殺菌效果均優于二聯用藥,所有6株分離株在大腿的CFU均比開始接種前減少1.7對數值CFU。

3 總結展望

我國CRKP耐藥機制主要為產KPC,而越來越多的報道發現CRKP對CAZ/AVI的耐藥性,且多數由KPC突變所致,KPC-KP對經典藥物(如替加環素、多黏菌素等)耐藥率逐年增加,且預示高病死率。目前對于KPC-KP感染的治療,除經典藥物外,美羅培南/法硼巴坦、亞胺培南/瑞來巴坦、CAZ/AVI等被證實抗菌效果較好,聯合用藥比單一用藥在臨床上用于嚴重感染效果更佳,目前研究較少的頭孢地爾、cefepime-taniborbactam也有抗菌作用,但目前尚無大數據臨床試驗證實,臨床安全性和有效性尚不明確,未來應繼續深入研究治療藥物試驗向臨床的轉化及探究KPC-KP耐藥機制,同時應注意對目前藥物敏感的細菌耐藥性逐漸增加,故研發新藥仍是未來重點方向。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。