头孢他啶-阿维巴坦耐药性及其机制研究进展

引用：傅倩雯,徐杰,赵卫峰. 头孢他啶-阿维巴坦耐药性及其机制研究进展[J]. 中国感染与化疗杂志,2022,04:509-514.

关键词：多重耐药; 头孢他啶-阿维巴坦; 耐药率; 耐药机制;

主题词：头孢他啶*；药物耐受性*；β-内酰胺酶类*；总结性报告专题；肺炎克雷伯菌；铜绿假单胞菌；青霉素结合蛋白；美罗培南

药物名称术语：阿维巴坦*；碳青霉烯类抗生素

近年来，随着广谱抗生素的广泛使用及细菌耐药基因的出现，耐碳青霉烯类革兰阴性菌在世界范围内的播散已逐渐成为世界一大重要公共卫生问题。其中主要包括耐碳青霉烯类肠杆菌目细菌（CRE），耐碳青霉烯类铜绿假单胞菌（CRPA）和耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌（CRAB），其中CRE 及 CRAB 往往携带碳青霉烯酶，可以使绝大多数 β 内酰胺类抗生素失活，并且这些细菌还携带可以水平转移的耐药质粒，进一步加剧碳青霉烯类耐药性传播。以革兰阴性菌为代表的多重耐药（MDR）菌检出率呈逐年上升趋势，且其感染治疗难度大，病死率高，迫使我们不断去寻找新的抗感染方案。

头孢他啶-阿维巴坦（ceftazidime-avibactam）是一种新型的 β 内酰胺类-β 内酰胺酶抑制剂复方制剂，于 2015 年 2 月与 2019 年 5 月分别获美国食品药品监督管理局（FDA）和中国国家药品监督管理局（NMPA）批准上市，用于治疗由 MDR或泛耐药（PDR）革兰阴性菌引起的复杂性尿路感染和复杂性腹腔内感染。尽管头孢他啶-阿维巴坦耐药仍然不常见，但耐药问题报道越来越多，感染头孢他啶-阿维巴坦耐药菌株患者的死亡率似乎很高（近 40%）。因此为减少细菌耐药，延缓耐药性的出现及蔓延，为临床诊治提供参考，本文就头孢他啶-阿维巴坦耐药性的变迁及其可能机制进行综述。

1 抗菌机制及应用

头孢他啶-阿维巴坦是一种由第三代头孢菌素头孢他啶与新型 β 内酰胺酶抑制剂阿维巴坦组成的合剂，其主要抗菌机制是阿维巴坦抑制多种类型的 β 内酰胺酶，进而保护头孢他啶的杀菌作用。头孢他啶具有广谱抗菌活性，通过与革兰阴性杆菌的青霉素结合蛋白结合，抑制细胞壁合成。阿维巴坦对各类 β 内酰胺酶有广泛的抑制活性，包括 A 类酶（如 CTX-M-15、KPC-2 等）、C 类酶（AmpC）和某些 D 类酶（如 OXA-48）；但对由于缺乏活性位点丝氨酸残基的 B 类金属酶（NDM-1）无抑制能力。头孢他啶-阿维巴坦对大多数产 AmpC、KPC 和超广谱 β 内酰胺酶（ESBL）的肠杆菌有活性，但对鲍曼不动杆菌的抗菌活性取决于对头孢他啶的敏感性。头孢他啶-阿维巴坦于 2015 年被批准用于复杂性腹腔内感染（联合甲硝唑）及复杂性尿路感染的治疗 ；2016 年 6 月被欧洲药品管理局（EMA）批准用于治疗复杂性腹腔炎（联合甲硝唑）、复杂性尿路感染（包括肾盂肾炎）和医院获得性肺炎（包括呼吸机相关性肺炎）等有限的革兰阴性菌导致的感染。每 2.5 g复方制剂中包括头孢他啶五水合物（相当于头孢他啶 C22H22N6O7 S2 2.0 g）和阿维巴坦钠（相当于阿维巴坦C7H11N3O6S 0.5 g），并建议2.5 g 每8小时1次，静脉输注持续时间大于 120 min，疗程一般为 5～14 d，根据感染严重程度、病原菌、患者临床情况和细菌学进展调整疗程时间。

2 耐药现状

根据国际最佳耐药性监测网络（International Network for Optimal Resistance Monitoring，INFORM）数据显示 2015－2017 年美罗培南耐药的肠杆菌对头孢他啶-阿维巴坦的耐药率为 27%。据国际耐药性监测报道，大部分肠杆菌科细菌对头孢他啶-阿维巴坦的耐药率较低（＜2.6%），而铜绿假单胞菌耐药率相对较高，可达到4%～8% 。2006－2018 年，美国开展的大量研究均报道了头孢他啶-阿维巴坦的耐药性，其结果显示大多数革兰阴性菌的耐药率都在 3.7% 以下。同样在欧洲和亚太地区，肠杆菌属对头孢他啶-阿维巴坦的耐药率分别为＜1.1% 和＜1.7%，铜绿假单胞菌则为＜8.9% 和＜7.4%。在加拿大及巴西，其耐药率大多低于 5.3%。但根据中国细菌耐药性监测网（CHINET）公布的 2020 年细菌耐药性监测显示，耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌（CRKP）对头孢他啶-阿维巴坦的耐药率为 12.3%，CRPA 的耐药率则为 13.4%，其耐药率相对较高。我国临床分离 CRE 中碳青霉烯酶分布特征主要以产KPC 酶为主，其中大肠埃希菌主要产生 NDM 型金属酶，而对于肺炎克雷伯菌，成人分离株主要产 KPC 酶，儿童分离株产 KPC、NDM 和 OXA-48 型酶，且 OXA-48 型酶不同地域差异较大。

3 耐药机制研究

发生头孢他啶-阿维巴坦耐药性的主要几种机制 ：①产生金属 β 内酰胺酶 ；② bla KPC 基因过表达及 β 内酰胺酶关键位点氨基酸突变 ；③膜孔蛋白丢失所致的细胞通透性改变 ；④外排泵的过表达。其中产金属酶是最常见的耐药机制。B 类金属 β 内酰胺酶通过锌离子与 β 内酰胺类底物结合，可水解所有临床使用的丝氨酸 β 内酰胺酶抑制剂，包括阿维巴坦，因此不推荐头孢他啶-阿维巴坦用于产此类酶菌株的感染。除产金属酶外，KPC型碳青霉烯酶基因突变是导致对头孢他啶-阿维巴坦耐药的最主要机制。已报道的耐药机制包括 β内酰胺酶氨基酸突变或缺失、膜通透性缺陷（即OmpK35、OmpK36 和 OmpK37 的改变）和青霉素结合蛋白突变，有时与KPC及ESBL决定簇（SHV-、CTX-M- 或 VEB 型）过表达有关。

3.1 β 内酰胺酶关键位点的氨基酸替换

2015 年，Humphries 等报道了首例从既往未接受过头孢他啶-阿维巴坦治疗的患者中分离出对头孢他啶-阿维巴坦耐药菌株（MIC 32-4 mg/L），并考虑其耐药性与产 KPC 酶相关。随后在头孢他啶-阿维巴坦耐药株中发现 1 个单一 L169P 氨基酸替换的 KPC-2 突变体，将其命名为 KPC-35，与KPC-2 相比，其药敏显示明显降低了对头孢他啶-阿维巴坦的敏感性，而增强了碳青霉烯酶活性。Winkler 等通过对头孢他啶-阿维巴坦耐药的铜绿假单胞菌进行多种药物组合测试，推断耐药性最大的因素是膜通透性的改变和外排泵的增加。

头孢他啶-阿维巴坦对 A 类、C 类和 D 类 β 内酰胺酶具有良好抗菌活性。然而，当 β 内酰胺酶活性位点关键残基处发生突变时，菌株的 MIC值将显著增加。Ω 环是位于 Arg164 和 Asp179 之间的盐桥，是 β 内酰胺酶的重要活性位点，对维持其结构具有重要作用。Ω 环突变可导致结合位点结构“不稳定性”，增强了头孢他啶的亲和力，而降低与阿维巴坦的结合，从而导致头孢他啶-阿维巴坦产生耐药性。A 类 β 内酰胺酶中的 KPC酶突变已被广泛报道，既往报道过 Asp179Tyr、Val240Gly、Ala240Val、Ala177Glu、Thr243Met、Pro169Leu、Asn179Asp、Tyr179Asp、Gln169Leu和 Gly130Ser 的突变，165-166Glu-Leu 插入以及167-168Glu-Leu 的缺失导致头孢他啶-阿维巴坦耐药。不同位点及不同形式的突变可导致头孢他啶-阿维巴坦的 MIC 值不同程度升高，且组合突变通常具有协同作用。

在铜绿假单胞菌、阴沟肠杆菌、产气肠杆菌、弗氏枸橼酸杆菌、沙雷菌中均出现了 AmpC 突变的耐药菌株。肠杆菌属 AmpC 中第 168、176、309～314 和 366 位氨基酸突变，R2 结合位点、H-9和 H-10 螺旋以及 Tyr150Cys 取代的结构改变均可导致头孢他啶-阿维巴坦耐药。头孢他啶-阿维巴坦对 OXA-2 突变体（OXA-539，包含关键残基D149 的重复）铜绿假单胞菌菌株的 MIC 值明显升高，为正常 OXA-2 菌株的 32 倍。在鲍曼不动杆菌中，含有 D 类 β 内酰胺酶如 OXA-23、40、58、66、69、88、93～96 和 206 菌株对头孢他啶-阿维巴坦耐药。D 类 β 内酰胺酶 OXA-48 在大肠埃希菌中同时发生 Ala68Pro 和 Ser211Tyr 替换时表现为对头孢他啶-阿维巴坦耐药性。

3.2 孔蛋白突变导致的细胞膜通透性障碍介导耐药

在 敲 除 实 验 中， 分 别 对 孔 蛋 白 OmpK36敲 除 C 端 的 16 个 氨 基 酸 或 插 入 2 个 氨 基 酸（Gly134Asp135）、以及在孔蛋白 OmpK35 中插入碱基对后均出现了孔蛋白的功能丧失，从而产生耐药性。报道称 OmpK35 及 OmpK36 孔蛋白的缺乏与头孢他啶对肺炎克雷伯菌的耐药相关，导致对头孢他啶-阿维巴坦的 MIC 值显著升高（4→32 mg/L），且 OmpK35 孔蛋白缺乏引起的头孢他啶对细菌 MIC 值的升高大于 OmpK36 孔蛋白缺乏。然而，这些耐药机制往往需要其他机制的参与得以显著升高 MIC 值。Nelson 等报道了 2株耐头孢他啶-阿维巴坦的分离株，在 OmpK35 功能缺失的背景下，当 OmpK36 失活，同时 bla KPC-3和 bla SHV-12 的表达增加，可导致头孢他啶-阿维巴坦的耐药。Galani 等也报道了 1 株耐头孢他啶-阿维巴坦的分离株，其耐药归因于 OmpK36 的表达减少和 OmpK35 的终止密码子提前。

3.3 外排泵过表达介导耐药

外排泵过表达在头孢他啶-阿维巴坦耐药方面似乎没有发挥主要作用。外排泵抑制剂苯丙氨 酸-精 氨 酸-β 萘 酰 胺（phenylalanine-arginineβ-napthylamide， PaβN）的加入并没有使头孢他啶-阿维巴坦的 MIC 值降低 1/3。然而，Winkler 等在头孢他啶-阿维巴坦耐药菌株中添加了外排泵抑制剂羰基氰化物间氯苯腙（carbonyl cyanidem-chlorophenyl hydrazine， CCCP）和 PaβN，部分菌株的 MIC 值明显降低，其中铜绿假单胞菌 MIC值从＞32 mg/L 降至＜0.06 mg/L。因此 MIC 值的降低可能是多种耐药机制叠加的结果。当耐药菌株存在 AmpC 过表达时，则过表达 MexAB-OprM进一步有助于菌株产生耐药。

3.4 青霉素结合蛋白突变介导耐药

青霉素结合蛋白因其对青霉素的亲和力而得名，是细菌细胞壁肽聚糖的重要组成部分。据报道，在含 NDM 的大肠埃希菌菌株中出现了PBP3 突变，突变表现为在第 333 氨基酸残基后插入了 4 个氨基酸，由 12 对碱基对重复（导致YRIN）或具有单一错配的相同重复（导致 YRIK）构成。具有 YRIN 插入的 PBP3 突变菌株，可同时携带其他 β 内酰胺酶，如 CMY-42、OXA-1、CTX-M-15、TEM-1、NDM-5 和 CTXM-55.1， 可降低多种 β 内酰胺类抗生素如美罗培南、头孢他啶-阿维巴坦等的敏感性。尽管目前头孢他啶-阿维巴坦对于此类菌株的敏感率仍较高，但青霉素结合蛋白突变及获得性 β 内酰胺酶所导致的交叉耐药仍应得到密切监测。

3.5 ESBL 突变介导的耐药

大多数 ESBL 突变可导致通透性、外排泵或 β 内酰胺酶数量的变化，但仍有报道提示突变致 β 内酰胺酶突变，加剧耐药发生。Livermore等在产 ESBL 及 AmpC 大肠埃希菌株筛选出1 株 ESBL 突变菌株，突变导致 CTX-M-15 发生了 Asp182Tyr 取代，使头孢他啶-阿维巴坦对该细菌的 MIC 值上升了 8 倍（0.25→2 mg/L）。其他 ESBL 突 变， 包 括 Gln169Leu（CTX-M-15）、Gly130Ser（CTX-M-15）、Pro 170Ser（CTX-M-14）、Thr264Ile（CTX-M-14）及 130 位点氨基酸缺失（SHV-）也均有报道。当 OmpK36 或 ESBL 单独存在时，头孢他啶-阿维巴坦对肺炎克雷伯菌的MIC 值为 0.5 mg/L，与两者均不存在时的 MIC 值相似，然而，当两者同时存在时，MIC 为 1 mg/L。

4 对头孢他啶-阿维巴坦耐药菌株的治疗策略

目前临床上针对头孢他啶-阿维巴坦耐药可供选择的替代治疗方法并不多，美罗培南-韦博巴坦（meropenem-vaborbactam）、亚胺培南-瑞来巴坦、头孢地尔、依拉环素、氨曲南-阿维巴坦等这些正在开发的新型抗菌药物可能会成为另一种选择。既往已有报道美罗培南-韦博巴坦成功挽救性治疗了头孢他啶-阿维巴坦耐药肺炎克雷伯菌血流感染的相关病例。考虑到头孢他啶-阿维巴坦产生耐药性的主要机制是出现 β 内酰胺酶，其他 β 内酰胺类-β 内酰胺酶抑制剂复方制剂组合（即美罗培南-韦博巴坦和亚胺培南-瑞来巴坦）的作用总体上是有限的。头孢他啶-阿维巴坦的联合抗菌方案可能对头孢他啶-阿维巴坦耐药菌感染产生良好的效果，临床上头孢他啶-阿维巴坦常常与多黏菌素、替加环素、氨基糖苷类、碳青霉烯类、磷霉素及氨曲南联合使用，但其疗效及具体方案仍存在争议。在一项前瞻性观察研究中，接受头孢他啶-阿维巴坦联合氨曲南治疗的产金属 β 内酰胺酶肠杆菌属血流感染患者的 30 d 死亡率明显低于其他有效抗生素治疗组。Shaw 等报道了 10 例头孢他啶-阿维巴坦联合氨曲南治疗产 NDM-1/OXA-48/CTX-M-15 酶的肺炎克雷伯菌感染，临床有效率为60%（6/10）。在体外试验中，头孢他啶-阿维巴坦和氨曲南的联用对产金属酶的铜绿假单胞菌和阴沟肠杆菌也同样有效。磷霉素可抑制细菌细胞壁的合成，并增加其他抗生素的吸收，在体外试验中，头孢他啶-阿维巴坦和磷霉素的联用可以降低 MDR 铜绿假单胞菌的 MIC 值。碳青霉烯类药物也常与头孢他啶-阿维巴坦联合使用，Gaibani等在体外试验中评价了头孢他啶-阿维巴坦与6 种常用的抗菌药物组合（厄他培南、亚胺培南、美罗培南、庆大霉素、替加环素和环丙沙星）对产 KPC 酶肺炎克雷伯菌的抗菌疗效，结果显示只有头孢他啶-阿维巴坦和亚胺培南或美罗培南的组合具有协同活性。尽管 IDSA 在关于耐药革兰阴性菌感染治疗的最新指南中建议不要对 CRE 感染进行常规联合治疗。其原因可能是阿维巴坦对碳青霉烯酶的水解有保护作用，而碳青霉烯类对bla KPC-3 突变具有反选择作用，可导致头孢他啶-阿维巴坦耐药，目前没有数据支持头孢他啶-阿维巴坦和碳青霉烯类联合治疗，而且还不清楚在这种情况下是否会产生其他耐药性机制，如孔蛋白突变或外排泵过表达。综上所述，单药还是联合用药以及联合治疗方案的选择仍然是一个未解的问题。

5 结论与展望

以革兰阴性菌为代表的 MDR 菌检出率呈逐年上升趋势，且其感染治疗难度大，病死率高，迫使我们不断去寻找新的抗感染方案。头孢他啶-阿维巴坦作为一种新型的抗菌药物，目前对于革兰阴性菌特别是肠杆菌属保持着非常好的活性，但对于近年来逐渐上升的头孢他啶-阿维巴坦耐药率仍需引起密切关注。与对肠杆菌属的耐药率（0～4.2%）相比，铜绿假单胞菌对头孢他啶-阿维巴坦的耐药率较高（3.2%～13.4%）。β 内酰胺酶关键位点的氨基酸替换、膜蛋白突变所致膜的通透性改变、外排泵过表达和青霉素结合蛋白及ESBL 突变均可介导头孢他啶-阿维巴坦耐药的发生。头孢他啶-阿维巴坦不应用于天然耐药的病原体，对于头孢他啶-阿维巴坦获得性耐药的菌株，应考虑其他有效抗菌药物或头孢他啶-阿维巴坦与其他抗菌药物联合使用。目前，针对头孢他啶-阿维巴坦耐药，头孢他啶-阿维巴坦联合治疗方案选择及其疗效仍需进一步研究。

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