產金屬β-內酰胺酶細菌的治療藥物研究進展

符夢瑜，鄭裕彤，周偉全，陳秀會，葉衛軍

東莞市第八人民醫院（東莞市兒童醫院）藥學部 東莞市精準藥學與藥物基礎研究重點實驗室，廣東 東莞 523000

β-內酰胺酶是多種細菌產生的、以內酰胺類抗菌藥物為底物的降解酶，是β-內酰胺類藥物耐藥的最常見作用機制。金屬β-內酰胺酶屬于B 類β-內酰胺酶[1-2]，其活性位點需要金屬離子（通常是Zn2+）進行催化作用，促使β-內酰胺環的開環水解[3]。該酶可被金屬螯合劑EDTA 或巰基類化合物所抑制，但并不能被臨床常用的β-內酰胺酶抑制劑（如舒巴坦、他唑巴坦、克拉維酸）抑制[4-5]。金屬β-內酰胺酶主要在革蘭陰性菌中傳播，包括但不限于銅綠假單胞菌[6]、肺炎克雷伯菌[7]、不動桿菌屬[8]和其他腸桿菌科細菌[9]。1 項多中心研究對161 株產金屬β-內酰胺酶的腸桿菌株進行基因鑒定，發現僅金屬β-內酰胺酶菌株就占比10.6%，大部分菌株攜帶金屬β-內酰胺酶和1～3 種超廣譜β-內酰胺酶基因[10]，提示產金屬β-內酰胺酶的菌株常常表現為多重耐藥，其廣泛的耐藥性極大地增加了臨床抗感染治療的難度。目前，產金屬β-內酰胺酶菌株感染患者的治療藥物選擇十分有限。金屬β-內酰胺酶可廣泛水解除單環外的其余β-內酰胺類抗生素。金屬β-內酰胺酶不能水解單環β-內酰胺類抗生素氨曲南，因此常用的臨床治療方案是以氨曲南為主的聯合用藥（如氨曲南聯合頭孢他啶阿維巴坦）和頭孢地爾單藥治療[11-12]，但頭孢地爾暫未在我國上市。此外，替加環素和多黏菌素對我國產金屬β-內酰胺酶的菌株也有抗菌活性，以替加環素或多黏菌素為基礎的聯合治療也成為可以選擇的治療方案。產金屬β-內酰胺酶菌具有多種臨床變異，其感染引起的死亡率為30%～50%[13-16]。因此迫切需要尋找新型的臨床治療策略，以對抗產金屬β-內酰胺酶菌株傳播帶來的公共健康威脅。產金屬β-內酰胺酶細菌的治療藥物主要包括基于氨曲南的藥物聯合治療、頭孢地爾、新型β-內酰胺酶抑制劑聯合治療和基于傳統抗生素類結構研發的新型抗生素?；诖?，本文概述了產金屬β-內酰胺酶細菌的治療藥物的研究進展，以期為產金屬β-內酰胺酶細菌感染的臨床治療提供參考。

1 基于氨曲南的藥物聯合治療

傳統的單一抗菌藥物治療產金屬β-內酰胺酶細菌感染很容易引起耐藥，而抗菌藥物聯合應用，即同時使用兩種或兩種以上的抗菌藥物，通過作用于多個靶點，從而提高抗菌效果，延緩耐藥性的發展，是目前對現有傳統抗菌藥物再利用的有效方法。氨曲南是一種單環β-內酰胺類抗生素，對需氧革蘭陰性桿菌具有廣泛的活性[17]。在過去，氨曲南主要用于治療尿路、下呼吸道、腹腔內感染、需氧革蘭陰性菌引起的敗血癥、子宮內膜炎、盆腔蜂窩織炎以及皮膚和軟組織感染[18]。由于產超廣譜β-內酰胺酶和C 類頭孢菌素酶（Amp C）細菌的廣泛傳播，氨曲南的臨床應用受到了極大的限制[19-20]。近年的研究發現，氨曲南對產金屬β-內酰胺酶菌表現出良好的抗菌活性，這一特性使得氨曲南的臨床應用被重新認識[21]。然而，產金屬β-內酰胺酶菌株也可產生水解氨曲南的超廣譜β-內酰胺酶或Amp C型抗原決定簇，這使得氨曲南在近2/3 的病例中失效[22]。但是通過聯合針對產超廣譜β-內酰胺酶的抗生素，可使氨曲南對產金屬β-內酰胺酶菌株的感染產生明顯的治療作用。

頭孢他啶-阿維巴坦現已經被認為是難治性產金屬β-內酰胺酶細菌感染的有效治療策略，頭孢他啶-阿維巴坦（2.5 g，iv，每8 小時1 次，連續輸注3 h）聯合氨曲南（2g，iv，每6～8 小時1 次，盡可能每6 小時1 次，連續輸注3 h）具有協同作用，可阻止氨曲南被超廣譜β-內酰胺酶、肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶和苯唑西林酶-48 型細菌（OXA-48）酶等β-內酰胺酶水解，從而提高氨曲南抗金屬β-內酰胺酶活性，對抗產金屬β-內酰胺酶細菌的耐藥性[23-24]。Lee 等[25]通過微量肉湯稀釋法和時間–殺菌曲線法分析評估了5 種產超廣譜β-內酰胺酶和金屬β-內酰胺酶的銅綠假單胞菌分離株對單用氨曲南或聯合使用其他藥物的敏感性，結果顯示，5 個分離株對氨曲南、氨曲南-阿維巴坦和頭孢他啶-阿維巴坦均不敏感，而氨曲南與頭孢他啶-阿維巴坦聯合使用可以殺滅測試分離株中80%的細菌。此外，Marshall等[26]測試了頭孢他啶-阿維巴坦聯合氨曲南對21 株產金屬β-內酰胺酶的碳青霉烯耐藥腸桿菌（其中有19 株對氨曲南耐藥）的療效，結果顯示頭孢他啶-阿維巴坦聯合氨曲南對其中的17 株均表現出較高的體外抑制活性。有意思的是，氨曲南和頭孢他啶-阿維巴坦的組合能夠逆轉產金屬β-內酰胺酶腸桿菌菌株對碳青霉烯類、廣譜頭孢菌素類的耐藥性，頭孢他啶-阿維巴坦能抑制A 類、C 類β-內酰胺酶和超廣譜β-內酰胺酶酶，氨曲南聯合該藥，使氨曲南可“繞過”B 類金屬內酰胺酶，不容易受到金屬β-內酰胺酶的水解，可以恢復易感性，從而獲得有益的體外研究證據和臨床治療效果。Mojica 等[27]報告了1 例產金屬β-內酰胺酶的嗜麥芽假單胞菌感染的腎移植患者，該患者出現持續性菌血癥，多種傳統抗感染治療方案均療效甚微，患者接受了48 d 的頭孢他啶-阿維巴坦（2.5 g，每8 小時1 次）聯合氨曲南（2 g，每8 小時1 次）的治療，臨床癥狀好轉，復查血培養呈陰性，在治療結束后的113 d 內也未再發生嗜麥芽窄食單胞菌菌血癥。在Larcher 等[28]進行的1 項真實世界研究中，頭孢他啶-阿維巴坦聯合氨曲南治療3 例難治性耐藥產金屬β-內酰胺酶肺炎克雷菌感染的患者，其中2 例為多重微生物感染，包括產超廣譜β-內酰胺酶的陰溝腸桿菌和產超廣譜β-內酰胺酶的肺炎克雷伯菌。該研究接受頭孢他啶-阿維巴坦聯合氨曲南治療的3 例患者中2 人死于血流感染（分別與肺炎和導管相關），另外1 人肺炎康復。盡管只有少量的病例報告，但美國傳染病學會在2021 年難治耐藥性革蘭陰性菌治療指南中仍推薦首選頭孢他啶-阿維巴坦聯合氨曲南治療產金屬β-內酰胺酶的耐碳青霉烯類腸桿菌感染[29]。國家衛生健康委員會抗菌藥物臨床使用專家委員會也在最近發布的耐碳青霉烯類革蘭陰性桿菌感染治療指南中指出，應當將頭孢他啶-阿維巴坦聯合氨曲南作為產金屬β-內酰胺酶的耐碳青霉烯類腸桿菌感染治療的首選藥物[30]。

2 頭孢地爾

頭孢地爾是一種新型的鐵載體頭孢菌素，能夠克服革蘭陰性菌，尤其是碳青霉烯類耐藥菌對抗菌藥物的多種耐藥機制（如膜孔蛋白通道改變、β-內酰胺酶水解作用、外排泵高表達）[31-32]，因此對多種β-內酰胺酶具有穩定活性，包括超廣譜β-內酰胺酶和金屬β-內酰胺酶[33]。這使頭孢地爾比碳青霉烯類、β-內酰胺/β-內酰胺酶抑制劑聯合用藥、傳統頭孢菌素等表現出更強抗菌活性。Karakonstantis 等[34]指出，頭孢地爾能抵抗多種β-內酰胺酶（包括金屬β-內酰胺酶）的水解，不受膜孔蛋白和外排泵的影響，其他多個研究結果也表明產金屬β-內酰胺酶腸桿菌科分離株對頭孢地爾高度敏感[33,35]。有研究報告了1 例患有產金屬β-內酰胺酶肺炎克雷伯菌引起的血流感染的早產新生兒病例，通過給予頭孢地爾（負荷劑量60 mg/kg，維持劑量40 mg/kg，每8 小時1 次）持續治療9 d 后，患兒的臨床癥狀和生化指標均得以改善，并且治療耐受性良好。在開始使用頭孢地爾48 h 后進行血培養結果顯示為陰性，這個病例報告提示頭孢地爾在治療產金屬β-內酰胺酶的肺炎克雷伯菌感染方面的潛在優勢效果[36]。盡管目前的臨床研究證據較少，但頭孢地爾（2 g，iv，每8 小時1 次，輸注大于3 h，療程7～14 d，或依患者病情適當延長）可成為產金屬β-內酰胺酶的多重耐藥銅綠假單胞菌和鮑曼不動桿菌等細菌治療的一種替代方案[37]。

3 新型β-內酰胺酶抑制劑聯合治療

由于產金屬β-內酰胺酶菌株對傳統抗生素的耐藥性，大多數抗生素在治療產金屬β-內酰胺酶細菌引起的感染時效果不佳。β-內酰胺酶抑制劑是臨床治療產β-內酰胺酶細菌感染的關鍵，傳統的β-內酰胺酶抑制劑，如克拉維酸、舒巴坦和他唑巴坦，對許多A 類β-內酰胺酶有效，但不能有效抑制金屬β-內酰胺酶。隨著藥物研究的不斷發展，近幾年研發出來一些新型β-內酰胺酶抑制劑，對于產金屬β-內酰胺酶的細菌感染治療研究目前主要關注新型β-內酰胺酶抑制劑聯合β-內酰胺類藥物（如青霉素、頭孢菌素或碳青酶烯類）的療效評估，通過聯合使用作用于不同靶點或發揮不同作用機制，目的在于提高藥物治療效果，減少耐藥性的發生。

3.1 氨曲南聯合新型β-內酰胺酶抑制劑

新型β-內酰胺酶抑制劑的作用機制是通過抑制β-內酰胺酶的活性，從而增強其對細菌感染的治療作用。目前氨曲南聯合新型β-內酰胺酶抑制劑的使用已成為產金屬β-內酰胺酶細菌治療的主要選擇。齊德巴坦、那庫巴坦不僅具有抑制β-內酰胺酶的活性，還會選擇性地與高親和力的革蘭陰性菌的青霉素結合蛋白2 結合，以及增強β-內酰胺與青霉素結合蛋白3 的結合，這些多重藥理作用機制使得其對產金屬β-內酰胺酶的革蘭陰性桿菌發揮較強的抑制作用，研究發現氨曲南與齊德巴坦/那庫巴坦聯合使用能對產金屬β-內酰胺酶腸桿菌分離株具有非常好的體外抑制活性，而氨曲南和齊德巴坦聯合使用是最佳選擇[38]。此外，有研究比較了氨曲南分別聯合阿維巴坦、瑞萊巴坦、齊德巴坦、他尼硼巴坦、法硼巴坦、enmetazobactam 6 種新型β-內酰胺酶抑制劑對產金屬β-內酰胺酶腸桿菌的體外抗菌活性，研究結果提示這6 種組合對產金屬β-內酰胺酶腸桿菌均具有較強的抗菌活性，其中氨曲南聯合阿維巴坦的抗菌活性最強[39]。

阿維巴坦也是近年開發的一種新型β-內酰胺酶抑制劑，研究表明氨曲南-阿維巴坦聯合使用是治療產金屬β-內酰胺酶細菌感染的主要候選方案[40]。有研究發現其可有效抑制產A 類、C 類和D 類內酰胺酶病原體[41]。盡管阿維巴坦本身對金屬β-內酰胺酶無效，但與氨曲南聯合使用可阻止氨曲南被其他β-內酰胺酶（如超廣譜β-內酰胺酶、肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶和OXA-48）水解，從而提高氨曲南抗金屬β-內酰胺酶的活性[42]。Zhang 等[10]評估了氨曲南-阿維巴坦對多種產金屬β-內酰胺酶腸桿菌（包括大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌）和攜帶超廣譜β-內酰胺酶的產金屬β-內酰胺酶腸桿菌分離株的抗菌活性，結果顯示，無論產金屬β-內酰胺酶腸桿菌分離株的來源如何（呼吸道、尿路、血液培養、腹腔內和傷口樣本），氨曲南-阿維巴坦均具有優異的抗菌活性。Lin 等[43]評估了產KPC-2 的肺炎克雷伯菌（KPC-KP）和產新德里金屬β 內酰胺酶的肺炎克雷伯菌（NDM-KP）對常見抗生素的耐藥性，結果顯示KPC-KP 和NDM-KP 對大環內酯類和喹諾酮類抗生素耐藥，但氨曲南-阿維巴坦對KPC-KP 和NDM-KP 的90%抑菌濃度（MIC90）分別為4、2 μg/mL，具有較高的敏感性。雖然目前我國關于氨曲南-阿維巴坦對產金屬β-內酰胺酶腸桿菌的藥敏研究的報道較少，但現有的研究結果表明超過95%的產金屬β-內酰胺酶腸桿菌對氨曲南-阿維巴坦組合藥物敏感[42,44-45]，這為我國產金屬β-內酰胺酶腸桿菌感染提供一種新的治療方案。目前，氨曲南-阿維巴坦用于治療產金屬β-內酰胺酶的革蘭陰性菌引發的嚴重感染的3 期臨床試驗正在進行中，期待研究結果能為氨曲南-阿維巴坦的應用提供更多的臨床證據。

3.2 頭孢吡肟聯合新型β-內酰胺酶抑制劑

除氨曲南聯合治療外，目前也有很多學者對頭孢吡肟與新型β-內酰胺酶抑制劑的聯合治療進行了探究。他尼硼巴坦是一種新開發的雙環硼酸酯β-內酰胺酶抑制劑，可直接抑制碳青霉烯類耐藥腸桿菌和銅綠假單胞菌中的A、B、C 和D 4 類Ambler β-內酰胺酶[46]。Meletiadis 等[47]探究了頭孢吡肟聯合他尼硼巴坦對產金屬β-內酰胺酶肺炎克雷伯菌和銅綠假單胞菌的體外活性，結果顯示，產金屬β-內酰胺酶分離株對頭孢吡肟/他尼硼巴坦的耐藥性明顯降低。與產金屬β-內酰胺酶銅綠假單胞菌相比，在產金屬β-內酰胺酶肺炎克雷伯菌菌株中他尼硼巴坦降低頭孢吡肟MIC 值的幅度更大。3 項研究探究了頭孢吡肟/齊德巴坦在產金屬β-內酰胺酶腸桿菌和肺炎克雷伯菌的體外抗菌活性，結果均表現出該藥物組合的協同殺菌作用[48-50]。

3.3 碳青霉烯類藥物聯合新型β-內酰胺酶抑制劑

金屬β-內酰胺酶在體外可以很容易地水解碳青霉烯類，即傳統的碳青霉烯類藥物對此類細菌幾乎沒有作用。目前碳青霉烯類藥物聯合新型β-內酰胺酶抑制劑是臨床治療主要的關注方向。研究表明美羅培南聯合他尼硼巴坦作為一種新型藥物組合，對于產金屬β-內酰胺酶銅綠假單胞菌和肺炎克雷伯菌分離株的活性優于臨床實踐常用的一系列抗菌藥物（哌拉西林/他唑巴坦、亞胺培南、替加環素、頭孢洛扎他唑巴坦、頭孢哌酮他唑巴坦等）[47]。氨曲南、美羅培南和另一種新型β-內酰胺酶抑制劑法硼巴坦的聯用對氨曲南耐藥的產金屬β-內酰胺酶腸桿菌均表現出協同抗菌作用，其活性與氨曲南-頭孢他啶阿維巴坦相似[24]。亞胺培南雷利巴坦可以抑制KPC-2、A 類和C 類β-內酰胺酶，其與氨曲南的聯合使用已被證明對部分產金屬β-內酰胺酶的銅綠假單胞菌和肺炎克雷伯菌表現出協同作用，可以增強氨曲南的抗菌活性[51-52]。亞胺培南-西拉司丁聯合瑞萊巴坦也是一種有潛力的藥物組合。Yu 等[53]研究發現亞胺培南西拉司丁聯合瑞萊巴坦對頭孢他啶-阿維巴坦耐藥的肺炎克雷伯菌也具有高度的敏感性。應當指出的是，美羅培南聯合新型β-內酰胺酶抑制劑的療效還處于探索階段，相關的研究報道較少，還需要有力的臨床證據充分評估其抗金屬β-內酰胺酶活性。

4 基于傳統抗生素類研發的新型抗生素

4.1 氨基糖苷類

普拉唑霉素是一種新型氨基糖苷類抗生素，基于其結構特點，可免于被氨基糖苷修飾酶水解而失去殺菌作用。Serio 等[54]研究報告了普拉唑霉素對75%以上的產金屬β-內酰胺酶的碳青霉烯類耐藥腸桿菌表現出明顯的抗菌活性。Karakonstantis 等[34]研究表明，普拉唑霉素對42%產金屬β-內酰胺酶的（包含產16S rRNA 甲基轉移酶）碳青霉烯類耐藥腸桿菌具有活性。因此，在藥敏結果為敏感時，普拉唑霉素也是一種臨床可以選擇的治療方案。

4.2 四環素類

替加環素是一種半合成的甘氨酰環素，來源于米諾環素，對四環素耐藥的革蘭陰性菌也具有活性。這些病原體由于外排泵和核糖體保護機制而難以治療。此外，其他抗菌藥物耐藥的病原體對替加環素無交叉耐藥，替加環素有望用于治療產碳青霉烯酶的腸桿菌分離株引起的感染[55]。Safari 等[56]檢測了70 例產金屬β-內酰胺酶的鮑曼不動桿菌的抗生素敏感性，其中84%～99%的分離株對美羅培南、亞胺培南、阿米卡星、環丙沙星、哌拉西林/他唑巴坦和頭孢噻肟耐藥，但未觀察到對替加環素的耐藥分離株。替加環素也是治療耐碳青霉烯類肺炎克雷伯菌感染的重要選擇之一[57]。1 項回顧性研究表明，以替加環素（iv，MIC≤4 mg/L 時，首劑100 mg，之后每12 小時50 mg）為基礎的聯合治療能顯著改善患者住院死亡率和抗感染治療失敗率[58]。

依拉環素是一種新型、全合成的氟四環素類抗生素，對許多常見的革蘭陰性菌具有活性，包括對碳青霉烯類、頭孢菌素類、氟喹諾酮類等耐藥性的腸桿菌科細菌和其他多重耐藥菌株。在1 項針對碳青霉烯耐藥腸桿菌分離株的抗菌藥物活性測試中，依拉環素的抗菌活性比替加環素強[59]。依拉環素在治療革蘭陰性菌中（1 mg/kg，iv，每12 小時1 次），不受到β-內酰胺酶（超廣譜β-內酰胺酶、肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶、Amp C、OXA-48/23、維羅納整合子編碼的金屬β-內酰胺酶、金屬蛋白酶、亞胺培南耐藥假單胞菌）存在或類型的影響[60]，由此說明新型的氟四環素類抗生素對金屬β-內酰胺酶的抑制活性比傳統的四環素類更具優勢。

4.3 多黏菌素類

“老藥”多黏菌素類抗生素近年來重新用于治療產金屬β-內酰胺酶革蘭陰性耐藥菌[61]，但其對腎臟等不良反應限制了臨床廣泛應用[62]。多黏菌素類藥物抗菌機制為與脂多糖分子脂質結合，破壞細菌外膜的穩定性。1 項國內的調查結果顯示，在對碳青霉烯類耐藥微生物血流感染的活性檢測中，多黏菌素B 的耐藥率小于5%。同樣，在160 例對產金屬β-內酰胺酶銅綠假單胞菌分離株的抗菌藥敏性檢測中，黏菌素和多黏菌素均表現出了100%的敏感性[63]。這些結果使得在面臨革蘭陰性“超級細菌”時，多黏菌素仍是一道重要的防線[64]。

4.4 磷霉素

磷霉素是另外一種較老的抗生素，通過抑制細菌細胞壁合成的關鍵酶（葡萄糖-3-磷酸異構酶）來發揮其抗菌作用，由于其對廣譜多重耐藥生物的活性，最近使用有所增加。磷霉素在體外對產金屬β-內酰胺酶腸桿菌也可表現出較高的抗菌敏感性[65]。Jahan 等[66]使用E 試驗最小抑菌濃度和時間-殺傷試驗法探究了磷霉素聯合美羅培南對20 種產金屬β-內酰胺酶銅綠假單胞菌（100%美羅培南耐藥和20%磷霉素耐藥）的活性，結果顯示，磷霉素可以與美羅培南起協同作用。Albiero 等[67]研究同樣證明了這點，這種組合對和產金屬β-內酰胺酶銅綠假單胞菌和多重耐藥菌株引起的感染具有潛在的療效。

5 結語與展望

產金屬β-內酰胺酶的革蘭陰性菌對β-內酰胺類抗生素產生耐藥性，對全球公共衛生產生了威脅。近年來，頭孢他啶-阿維巴坦、頭孢地爾、新型四環素衍生物和新型β-內酰胺酶抑制劑的組合等新型治療方法被不斷提出。一系列的研究結果表明新型抗生素與傳統抗菌藥物聯合使用比單獨使用兩者中任何一種藥物都更有效，并有望緩解細菌耐藥問題。但在體內的研究數據還較缺乏。如何讓新的治療藥物組合和新型的β-內酰胺酶抑制劑“走出”實驗室，切實可行地應用到臨床治療中，還需要研究者們繼續深入探索。此外，發現高選擇性、高活性、良好藥理特性的新型β-內酰胺酶抑制劑是未來藥物開發的主要方向。筆者認為，針對新型β-內酰胺酶抑制劑的研究可重點關注以下方向：（1）篩選和驗證高特異性的新型β-內酰胺酶抑制劑；（2）新型制劑（如納米制劑）在降低抑制劑的毒性和提高活性方面具有很重要的作用，后續研究可關注新型制劑的開發；（3）設計臨床試驗策略時應納入不同新型β-內酰胺酶抑制劑和（或）傳統抗感染藥物的聯合治療效果評價；（4）通過基因檢測篩選針對不同藥物組合的潛在獲益患者亞群。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突