碳青霉烯耐药肠杆菌目细菌的分子流行特征及临床治疗

摘要

随着碳青霉烯类抗生素的广泛使用，碳青霉烯耐药肠杆菌目细菌（carbapenem-resistant Enterobacteriaceae, CRE）在国内外地区呈现不同程度的流行。CRE通过产生碳青霉烯酶等多种方式影响碳青霉烯类药物的敏感性。世界不同国家地区的CRE优势流行菌株存在差异，如亚洲和美洲多以KPC型为主，而非洲以OXA型占主导。目前临床针对CRE的治疗以单用及联用抗菌药物为主，新的治疗手段（如粪便菌群移植治疗和噬菌体疗法）及新药开发也在探索中。本文就CRE的分子流行特征及治疗方法最新研究进展进行综述，以期为相关疾病的防治提供参考。

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抗生素耐药为全球医疗健康系统带来了巨大负担。碳青霉烯耐药肠杆菌目细菌（carbapenem-resistant Enterobacteriaceae, CRE）于2017年被WHO认定为抗生素耐药关键病原体^[1]，美国CDC将CRE定义为对至少1种碳青霉烯类抗生素具有体外耐药性的肠杆菌^[2]。CRE以耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌（CRKP）和大肠埃希菌（CREco）最为常见，其他沙门菌、志贺菌、阴沟肠杆菌及变形杆菌也有发现，但传播并不广泛^[3]。CRE耐药机制主要包括：碳青霉烯酶的产生、孔蛋白的缺失或突变、外排泵的过度激活、青霉素结合蛋白的改变及生物膜成分的改变等^[4]。据统计，欧洲地区大部分CRKP（70.7%）的耐药机制为产生碳青霉烯酶，而CREco耐药多为非产酶途径（60.3%）^[5]。目前CRE感染的临床治疗主要采用抗生素治疗，其他新兴治疗手段也在积极研发中。

本文围绕CRE的分子流行特征及治疗方案的研究进展进行综述，以期为相关疾病的防治提供参考。

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一、CRE的分子流行病学特征

自20世纪80年代在希腊发现第1株CRE菌株起，全球范围内的CRE发生率不断增加^[6]。据WHO全球抗生素耐药性和使用监测系统(Global Antimicrobial Resistance and Use Surveillance System, GLASS)^[7]统计，截至2021年全球CRKP美罗培南耐药率达12.34%（亚胺培南10.63%），CREco美罗培南耐药率为0.9%（亚胺培南1.3%）。Sader等^[8]在全球64个医疗中心收集了8 787株肠杆菌目菌株，CRE在2019年总体耐药率为4.5%，其中西欧部分地区CRE耐药率最高，占检出CRE的50.5%。90.2%的CRE产生碳青霉烯酶，以KPC、NDM、OXA-48最为常见^[8]。产酶及克隆型都存在明显的地域差异，可能与积累抗性基因能力、与编码抗性质粒的相互作用以及适应抗生素选择压力的能力相关^[9]。

1．亚洲地区

CRE在中国的流行程度近年来有所增强。根据2021年全国细菌监测数据报道，肠杆菌属对美罗培南的耐药检出率自2005年从3.3%上升至2021年9.6%^[10]。大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌是中国临床分离株中最常见的菌种，CREco对美罗培南的耐药检出率由2005年1.4%上升至2020年2.0%；CRKP由2.9%上升至24.4%，耐药率涨幅逾7倍；CREco与CRKP对亚胺培南的耐药率与之类似^[10]。CRE耐药率在中国不同地区存在差异。全国细菌耐药监测网的数据显示，2015—2021年，河南省CRKP检出率均为全国前三，是中国平均耐药率的2~3倍^[11]。Wang等^[12]研究了2016—2018年的1 801株CRE发现，CRKP与CREco中最常见的碳青霉烯酶分别为KPC与NDM。通过对中国各地区CRE进行溯源系谱分析，CRKP中以ST11型最常见，其次是ST17、ST15和ST48；CREco中依次是ST167、ST410、ST617和ST131；而耐药谱系和碳青霉烯酶分布一样存在地理差异^[12]。

CRE在亚洲其他国家也存在一定程度的流行。在新加坡，CRKP是最常见的CRE，2017年每10万例患者中有7例检出CRKP；1项纳入575株CRKP的研究表明，KPC是最主要的碳青霉烯酶（40.9%），其次为OXA-48（23.3%）及NDM（16.2%），其ST14、ST147、ST16和ST231是主要的序列型^[13]。根据印度统计数据^[14]，CRKP整体耐药率从2008年的24%上升至2020年的57%；CREco从9%上升至29%。虽然KPC的产生是主要耐药机制，但亚洲其他国家NDM的流行程度相对更高。一项印度CRE流行特征分析发现，80.3%的菌株携带bla_OXA-48样基因（bla_OXA-181和bla_OXA-232），26.7%携带bla_NDM-1/5，而未检出bla_KPC，ST231、ST147和ST14是主要序列型^[15]。泰国的CRE流行程度近年来也显著增强，泰国国家抗菌素耐药性监测中心^[16]数据显示，CRKP美罗培南耐药检出率由2000年的0.4%升至2021年的14.6%，CREco由0.6%升至4.2%。分析泰国2016—2018年的4 296株CRE菌株发现，大部分菌株产生碳青霉烯酶，并有17%的CRE产生多种碳青霉烯酶，最常见酶类型为NDM（65%）^[17]。根据韩国全球抗微生物药物耐药性监测系统数据^[18]，韩国CRKP的检出率为3.1%，CREco检出率为0.2%。韩国的碳青霉烯酶分布与泰国类似，NDM较KPC更常见，值得注意的是韩国CRE菌株中阴沟肠杆菌也存在一定程度的流行^[19]。在2014—2016年分离于日本的179株CRE中，阴沟肠杆菌占比达43%，超过CRKP和CREco^[20]，提示碳青霉烯耐药的阴沟肠杆菌流行也需引起重视。Yamamoto等^[21]对日本1 507例住院患者中CRE的患病率进行研究，发现12.2%患者携带CRE，且检出的碳青霉烯酶只有IMP，占比为95.7%，其他CRE株均不产碳青霉烯酶，提示IMP在日本高度传播。

2．美洲地区

2019年，美国CDC纳入13 000例医院和社区感染患者检出的CRE菌株，结果发现相比2012—2017年，CRE耐药情况保持稳定^[22]。2015年，一项纳入美国长期急症护理医院网络中3 846株肺炎克雷伯菌菌株的研究发现，近25%的肺炎克雷伯菌临床分离株即为CRKP^[23]。整体上CRKP检出高于CREco（57% vs 12%），CG258型CRKP（64%）与ST131型CREco（30%）是美国常见的CRE类型^[24]。一项对比454例南美洲与美国CRKP的流行病学研究显示，KPC-2（39%，44%）和KPC-3（30%，37%）是南美洲和美国最常见的碳青霉烯酶类型，但在南美洲ST11型CRKP相对于ST258型流行度更高，而美国ST258型占主导（57%）^[25]。分析美国产生多种碳青霉烯酶的CRE发现，主要为NDM合并OXA-48（67%），其次为KPC合并NDM（24%）^[26]，提示携带bla_NDM和bla_OXA-48的质粒适应度可能更强。另外，加拿大、墨西哥与美国同在北美洲，其CRE流行病学统计显示，产NDM的CRKP和CREco更常见^[27,28]。在墨西哥，OXA-232（14.8%）与OXA-181（7.4%）仅次于NDM（81.5%），也表现出一定程度流行^[28]。

3．欧洲与澳洲地区

WHO GLASS统计显示，英国对厄他培南耐药的肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌分别为1.2%和0.14%，在澳大利亚为1.49%和3.75% ^[7]。值得注意的是，根据欧洲CDC统计，相互接壤的希腊、罗马尼亚和保加利亚依次表现出较高的CRKP检出率，CRE传播可能与自然环境因素相关^[29]。此外，俄罗斯耐药菌株检出率也较高，其中CRKP为41.87%，CREco为3.47%^[30]。据统计，KPC在希腊最为常见，1/4的CRKP携带bla_NDM基因，分别常见于ST258和ST11型菌株中^[31]。澳大利亚一项研究分析了361株产碳青霉烯酶的肠杆菌，结果显示CRKP和CREco占主导（48.8%和26.1%），碳青霉烯酶分布以IMP-4（28.0%）、KPC-2（25.3%）、NDM（24.1%）和OXA（22.0%）最常见^[32]。

4．非洲地区

在列入WHO名单的非洲国家中，埃及对多种碳青霉烯表现出显著的高耐药率^[7]。Kotb等^[33]分析埃及地区2011—2017年院内1 598株肠杆菌时发现，54.1%对碳青霉烯耐药。南非地区1 601株CRE中，86%产生碳青霉烯酶，以OXA-48、NDM和VIM为主，而KPC较少^[34]。WHO GLASS统计在非洲其他地区对厄他培南的流行数据，乌干达的CRKP检出率为10.34%，CREco检出率为10%；马达加斯加的CRKP与CREco耐药率分别为28.77%和6.2%^[7]。一项汇集22个非洲中西部国家的研究报道了碳青霉烯酶分布情况，其中OXA-181与NDM-5、NDM-1、NDM-7较为常见，且与不同质粒类型相关，例如在IncX3质粒上检测到bla_OXA-181和bla_NDM-5基因，在IncA/C、IncH1和IncF质粒上分别检测到bla_NDM-1基因，提示非洲可能存在与亚洲、美洲和欧洲截然不同的优势传播株^[35]。

5．不同特征人群CRE流行病学差异

CRE的感染可能存在性别偏倚。男性CRE感染率普遍高于女性，且中国男性的检出率（67%）显著高于南美洲地区和美国（60%和51%，P<0.001）^[25]。一项纳入中国不同省市12家医院的CRKP研究也表明男性检出率更高（62.6%），且以中老年为主（中位年龄为52岁）^[36]。另外，成人与儿童的CRE流行情况存在差异。Nabarro等^[37]发现印度儿童CRE分离菌中株NDM是最常见的碳青霉烯酶（72.7%），其次是OXA（9.1%）和NDM合并OXA（9.1%）。Han等^[38]研究935株中国各省市的成人及儿童CRE菌株发现，儿童CRE分离株以NDM为主，其次是KPC，且OXA-232全部来源于儿童。Fu等^[39]发现，儿童CRE中，产KPC的CRKP常见克隆型为ST11和ST1883，占所有克隆型的75%，而产NDM的CRKP与CREco常见克隆型存在多样性，以ST678型NDM-CRKP与ST692型NDM-CREco较多，另外IMP的产生也较成人常见。由于儿童感染可能导致更多的不良预后，且儿童具有免疫不完善的特性，其流行的监测与预防具有更大挑战。

二、CRE的治疗

CRE分离株通常具有多药耐药特性，需要临床医师结合患者感染部位、严重程度及病史等因素实施个体化诊疗方案^[40]。抗菌药物仍是最普遍的抗感染治疗方式，近年来，不同国家/地区已发布对CRE感染的管理措施，常见抗生素的单用或联合使用存在差异。此外，学者正尝试应用噬菌体及粪便菌群移植治疗CRE。

1．抗生素治疗

抗生素是CRE最主要的治疗手段，目前临床CRE用药主要包括：β-内酰胺抗生素/β-内酰胺酶抑制剂复方制剂（β-lactam/β-lactamase inhibitors, βL-βLI）、头孢菌素类、四环素类、氨基糖苷类、喹诺酮类等。头孢他啶-阿维巴坦（CZA）是常见的新型βL-βLI，van Duin等^[41]通过逆概率处理加权方法对比评估CZA与黏菌素对CRE患者的疗效，发现CZA获得更好预后的总体概率为64%（95%CI：57%~71%），提示CZA可能是治疗产酶CRE感染的合理替代方案。头孢地洛尔是一种用于治疗CRE的新型铁分子头孢菌素，Bassetti等^[42]进行了一项Ⅲ期临床试验分析其有效性及安全性，发现头孢地洛尔在尿路感染患者中的有效根除率为53%，明显高于普通抗生素联用组（20%）。Portsmouth等^[43]纳入452例复杂尿路感染患者，对比分析头孢地洛尔与βL-βLI亚胺培南-西司他汀的疗效，Ⅱ期临床试验发现，头孢地洛尔组患者较亚胺培南-西司他汀组到达疗效终点的比例更高（73% vs 55%），调整后治疗差异为18.58%（95% CI: 8.23%~28.92%），且耐受性更高，提示头孢地洛尔在CRE治疗中的可行性。

当前多个国家地区对CRE的抗生素治疗提出了指导意见。美国传染病协会指南(IDSA)在2022年发布了针对不同感染路径的CRE用药指南^[44]。IDSA建议根据感染部位及碳青霉烯酶类型(KPC、MBL和OXA-48)进行经验性治疗。常见的新型βL-βLI（CZA及美罗培南-法硼巴坦）被推荐为一线用药；在肾盂肾炎、复杂尿路感染、尿道外感染以及产生MBL的情况下，头孢地洛尔可被视为治疗首选之一；喹诺酮及氨基糖苷类抗生素也被推荐用于无并发症膀胱炎治疗。值得注意的是，如果菌株是对美罗培南敏感的CRE，则美罗培南也可作为治疗CRE的一线用药。另外，如果感染CRE的患者存在MBL流行(如中东南亚地中海)旅行史，治疗建议CZA+氨曲南或单一使用头孢地洛尔。

目前一些IDSA建议用药尚未在部分国家上市，例如，CZA是目前中国唯一上市的βL-βLI，其他正在临床试验中^[2]。2021年我国发表的《中国碳青霉烯耐药肠杆菌科细菌感染诊治与防控专家共识》（以下简称《共识》）推荐磷霉素和半合成四环素的单独使用及以多黏菌素、替加环素和碳青霉烯类等为基础的联合治疗，联合用药多用于血流感染、中枢系统累及和多部位感染患者^[1]。与IDSA不同的是，《共识》中碳青霉烯类药物的使用并不以耐药类型区分，而建议通过提高碳青霉烯类MIC ≤ 8 mg/L的CRE感染患者的血药浓度而取得疗效。2022年，欧洲临床微生物学和传染病学会（ESCMID）发表的关于治疗多重耐药革兰阴性杆菌感染的指南中提出针对欧洲的CRE治疗建议，CZA及美罗培南-法硼巴坦也被推荐常规使用^[45]。对于复杂尿路感染患者，ESCMID建议使用普拉佐米星，肺炎患者必要时可加大替加环素用量；单药治疗不推荐亚胺培南-雷巴坦及磷霉素，联合用药可根据体外药敏结果进行个性化抗生素搭配；碳青霉烯类抗生素的使用条件同《共识》^[45]。意大利于2022年发表了针对CRE的管理指南，其建议使用快速检测方法识别特异性碳青霉烯酶并指导抗生素治疗^[46]。中东地区针对CRE的治疗指导也强调了碳青霉烯酶快速检测的重要性，根据菌血症或肺炎，以及复杂尿路感染或皮肤软组织感染推荐不同用药，除CZA（+氨曲南）外，单用磷霉素、替加环素及氨基糖苷类抗生素也是中东地区的一线治疗选择^[47]。

另外，新推广应用抗生素的耐药问题也不可忽视。CZA在引入的同年（2015年）即出现了相应肺炎克雷伯菌属的耐药^[48]，而目前被广泛研究并推荐的头孢地洛尔也已经发现有耐药大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌，其耐药机制可能是生物膜的产生^[49,50]。

2．噬菌体治疗

靶向噬菌体治疗是有效根除长期定植CRE的可能手段，其机制是噬菌体感染目标细菌后拷贝病毒遗传物质，通过裂解细菌释放更多噬菌体产生放大作用从而清除CRE^[51]。目前已经有对CRKP有活性的噬菌体被发现。Dhungana等^[52]分离出噬菌体Kp_Pokalde_002并经口服和腹腔注射入CRKP感染小鼠后，发现其血液、肺内的细菌负荷明显下降，证实噬菌体疗法在动物模型中存在可实施性。另外，有学者将噬菌体疗法与抗生素联用并取得疗效。Wang等^[53]将vB_KpnM_P-KP2噬菌体和庆大霉素联用后，效果显著优于单用庆大霉素，感染CRKP小鼠的肺部细菌在7 d内被完全清除，提示应用靶向噬菌体疗法结合βL-βLI亦可能是未来可行的方向。Qin等^[54]对1例尿路感染多株异质性耐药肺炎克雷伯菌的患者应用个性化噬菌体治疗并联合使用抗生素，2个月后未复发，为临床治疗复杂感染提供了可能的思路。目前噬菌体治疗的临床应用较少，尚需要更多的队列研究和临床应用案例进行分析比较，且未来研究中噬菌体自身的耐药机制及其可能被免疫系统清除等问题也需要关注。

3．粪便菌群移植治疗

粪便菌群移植是将经过适当处理的粪便悬液从健康供体转移到受体体内，以恢复肠道失衡受体的体内微生物群内稳态的新兴CRE根除手段^[55]。Macareño-Castro等^[56]整理了2017—2021年的10项粪便菌群移植治疗研究，发现78.7%患者（74/94）在治疗后6~12个月随访发生CRE去定植，且在免疫抑制患者和基础病患者表现出高耐受性、无明显并发症。Liu等^[57]发现粪便菌群移植成功使CRE患者去定植，组学分析显示细菌组和病毒组的改变，其中，克雷伯菌噬菌体的显著增加，提示粪便菌群移植清除CRE的机制可能是借助细菌-病毒相互作用的协同效应。Hyun等^[58]研究发现，粪便菌群移植还可以减少多重耐药细菌定植患者肠道耐药基因的表达。一项前瞻性研究发现，完成粪便菌群移植治疗的13例CPE携带者中，9例消除了CPE定植，且分析发现仅去定植组中肠道菌群发生显著改变^[59]。因此，粪便菌群移植在恢复患者正常菌群、肠道致病菌去定植及减少耐药基因表达等方面发挥多种功能，在耐药菌感染治疗中具有较大潜力。但粪菌移植的有效性和长期效果仍需要通过更多随机对照试验进行评估和验证。

4．其他治疗

一项体外研究证实乳酸杆菌产生的乳酸对CRKP产生抑菌活性^[60]。水溶性姜黄素衍生物Curaq可通过破坏膜电位和引起去极化，从而抑制AcrAB-TolC外排泵系统，提示Curaq可以作为广谱抗菌和抗外排剂的候选药物而成为碳青霉烯酶抑制剂^[61]。然而，药物开发均需在基础实验的基础上开展大量临床试验，同时儿童及免疫缺陷群体的治疗也需要被纳入考虑。

三、结语

CRE在世界大部分地区和国家呈现散发、暴发或流行，医疗机构不充分的防控措施、不合理的抗菌药物使用及不加限制的侵入性操作增大CRE的传播风险，使其成为世界抗感染界关注的焦点问题。耐药质粒在不同国家与地区间存在差异，因而增加了CRE流行的多样性，使世界各国家地区的优势株不同。依据耐药机制、感染部位及流行病学特征等制定合理抗生素用药方案是目前临床上治疗CRE的主要手段，新型抗生素和治疗手段也正在开发和试验中，以期为缓解全球严峻的革兰阴性细菌耐药形势提供思路。

引用: 马嘉悦, 徐新秀, 宋晓蕊, 等.  碳青霉烯耐药肠杆菌目细菌的分子流行特征及临床治疗 [J] . 国际流行病学传染病学杂志, 2023, 50(4) : 275-281.

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