碳青霉烯耐药的肠杆菌临床特征与防控措施

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碳青霉烯耐药的肠杆菌临床特征与防控措施
感控新青年
作者丨赵彩彦 王亚东 李星宇 马路园 杨士田来源丨中华传染病杂志, 2019,37(6) : 321-326. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1000-6680.2019.06.001

摘要碳青霉烯耐药的肠杆菌(carbapenem-resistant Enterobacteriaceae, CRE)感染所致病死率高，传播速度快，且治疗方案有限，已成临床感染治疗的重大问题。亟需采取有效防控措施，遏制细菌耐药。本文就CRE感染的流行病学、耐药机制、治疗方案及防控策略作一阐述。
碳青霉烯类抗菌药物(包括亚胺培南、美罗培南、比阿培南、厄他培南等)抗菌谱广、杀菌效果好，是目前临床上用于治疗革兰阴性细菌导致严重复杂感染的主要选择药物之一。但近十年来，碳青霉烯耐药的肠杆菌(carbapenem-resistant Enterobacteriaceae，CRE)的出现及其在全球呈快速增长的趋势，给临床医师带来了巨大的挑战。2013年美国CDC将CRE列为最高等级"必须紧急处理的耐药菌"。究其原因为：肠杆菌科细菌是人类各类感染的重要病原菌；CRE所致感染的病死率高达40%～70%，加重了疾病负担；治疗方案有限；耐药基因在不同种的肠杆菌科细菌间可以"穿梭"，导致水平基因转移；传播速度快，可以从院内播散到社区。临床医师必须充分认识这个问题，积极应对。


一、流行病学

20世纪90年代，英国和美国首次报道了2株耐碳青霉烯类抗菌药物产SME-1的黏质沙雷菌[1,2]。美国国家医院感染监控系统(National Nosocomial Infection Surveillance, NNIS)从1986年至1990年的数据显示，1 825株临床分离的肠杆菌科细菌只有2.3%对亚胺培南不敏感[3]。而2006年至2007年的数据显示，大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌对碳青霉烯类抗菌药物的耐药率达到4.0%和10.8%[4]。在中国，耐CRE的流行情况同样不容乐观。2017年中国细菌耐药性监测显示，肠杆菌科细菌对碳青霉烯类抗菌药物仍高度敏感，多数菌属的耐药率<10.0%(除外克雷伯菌属)。肺炎克雷伯菌对亚胺培南和美罗培南的耐药率从2005年的3.0%和2.9%分别上升至2017年的20.9%和24.0%，耐药率上升了8倍。分离率占前3位的是肺炎克雷伯菌(68.8%)、大肠埃希菌(10.9%)和阴沟肠杆菌(6.9%)，肺炎克雷伯菌每年的分离率亦呈稳步上升趋势。根据全国细菌耐药监测网2006年至2007年对全国84家医院临床分离细菌的耐药监测结果显示，大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、阴沟肠杆菌、弗劳地枸橼酸杆菌4种肠杆菌科细菌对亚胺培南的耐药率分别为0.4%、0.7%、1.1%和1.4%，均保持99%左右的敏感性[5]。到2010年，全国细菌耐药监测网对西北、东北、华东、中南、西南地区和北京市、广东省的耐药监测结果显示4种细菌的平均耐药率上升至5.56%、9.49%、7.73%和9.20%[6,7,8,9,10,11]。其中在西北、华东地区和北京市耐药率较高，已达10%左右，耐药率最低的西南地区与之前的监测数据相比也呈上升趋势。北京大学王辉教授牵头的全国细菌耐药监测网数据显示，2017年耐碳青霉烯类抗菌药物的肺炎克雷伯菌检出率最高的地区为上海市和河南省，均超过25%。可见肠杆菌科细菌对碳青霉烯类的耐药率已经逐年上升，其形势之严峻不容忽视。Zhang等[12]对全国14个地区25家三甲医院的664例CRE感染者数据分析显示，肺炎克雷伯菌占73.9%，大肠埃希菌占16.6%，阴沟肠杆菌占7.1%。特别值得关注的是，CRE不仅可以在医院传播，也可以在社区传播[13]，尤其是在发展中国家[14,15]。令人堪忧的是，在我国、巴西和西班牙部分医院的污水中，埃及的鸡肉，亚洲出口的蔬菜中检测到了CRE[16,17,18]。可见，CRE的存在与传播对人类的健康造成了严重威胁。
二、耐药机制

肠杆菌科细菌对碳青霉烯类抗菌药物的主要耐药机制包括产碳青霉烯酶、外膜蛋白缺失或突变、外排泵过度表达，以及青霉素结合蛋白变异等，其中最主要的是碳青霉烯酶，其是一类能水解广谱β-内酰胺环的水解酶，可以使所有含有β-内酰胺环的抗菌药物失效。编码酶的基因位于基因组DNA上或质粒上，因为水平基因转移元件的存在，可以对各种耐药基因进行整合，并通过质粒进行传播，使耐药基因的传播跨越生殖隔离，耐药性更加具有传播性。Ambler分类法根据氨基酸序列将β-内酰胺酶分为A、B、C、D 4类，其中A、B、D 3类具有水解碳青霉烯类抗菌药物的活性。A类是一类丝氨酸蛋白酶，可以引起青霉素类、氨曲南、碳青霉烯类耐药，不水解第3代头孢菌素，他唑巴坦、克拉维酸可以抑制此类酶，但不能被乙二胺四乙酸所抑制。包括肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶(Klebsiella pneumoniae carbapenemase, KPC)、亚胺培南水解β-内酰胺酶(imipenem-hydrolyzing β-lactamase, IMI)、粘质沙雷菌β-内酰胺酶(S. marcescens enzyme, SME)、圭亚那超广谱β-内酰胺酶(Guiana extended spectrum β-lactamase, GES)、NMC、SHV 6种，其中KPC最为常见，KPC常位于IncA/C型和IncFIIK＋ FIBK型质粒的Tn4401转座子上，该质粒具有宿主种类多、分布范围广的特点，更加速了KPC基因的传播[19]。B类属于金属酶类，目前已知的有亚胺嘌呤金属-β-内酰胺酶(integron-encoded metallo-β-lactamase, IMP)、维罗纳整合子编码的金属-β-内酰胺酶(Verona integron-encoded metallo-β-lactamase, VIM)、新德里金属-β-内酰胺酶(the New Delhi metallo-β-lactamase, NDM)3种。IMP型金属酶有8种亚型，其活性位点上包含金属离子，对常见的碳青霉烯类抗菌药物有很强的水解活性，能够灭活青霉素类、头孢菌素类和碳青霉烯类抗菌药物，对氨曲南无水解活性。其水解活性不被克拉维酸、舒巴坦等酶抑制剂抑制，但可以被乙二胺四乙酸和巯基化合物等金属离子螯合剂所抑制，多位于质粒上并与整合、插入序列等可移动性基因元件结合，具有很强的传播能力[20]。D类是一种苯唑西林酶，多位于染色体上，目前已发现400种以上的OXA家族基因，其中232种对常见的碳青霉烯类抗菌药物有低的水解活性，多见于鲍曼不动杆菌，主要是OXA-48型。
三、临床表现特征

1．无症状定植：无症状CRE定植是感染的主要潜在人群。在一项回顾性配对队列研究中，入住ICU患者在进入ICU时和入住ICU期间，每周2次应用直肠拭子进行CRE定植筛查，发现定植是CRE感染的独立危险因素(HR＝2.06，95%CI：1.03～4.09)[21]。建议对重症患者应进行CRE定植筛查，但是否需要对所有住院患者进行CRE定植筛查需要进一步研究。
2．药物匮乏：由于CRE对大多数抗菌药物包括β-内酰胺类、碳青霉烯类、大环内酯类和喹诺酮类等抗菌药物具有广泛耐药性，且其耐药机制复杂，使得CRE感染可以选择的药物有限。

①多粘菌素：包括多粘菌素E和B两类，作用靶点为细菌细胞膜，以浓度依赖的方式发挥杀菌作用，其疗效决定于24 h内稳态血药浓度时间曲线下的面积(area under curve，AUC)/最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration，MIC)，即AUC/MIC。多粘菌素E为药物前体(多粘菌素甲磺酸钠)，到体内才能转化为多粘菌素E，主要在肾脏代谢，其转化的效率在不同个体之间相差很大，且受肾功能的影响。多粘菌素B可以在体内直接发挥作用，主要通过非肾脏途径排泄，尿液中药物浓度低。二者在体内的转化与代谢见参考文献[22]。二者的主要不良反应为肾毒性和神经毒性，停药后肾功能可以恢复，多粘菌素E肾脏不良反应较多，多粘菌素B轻且少见。体外药物动力学(pharmaco kinetic, PK)/药效动力学(pharmacodynamic, PD)研究显示，静脉应用上述两种多粘菌素，需要2～3 d才能达到有效血药浓度，因此推荐负荷剂量(首剂加倍)。鉴于常推荐多粘菌素E用于治疗医院获得性肺部感染，但其肺泡细胞衬液药物浓度较低。有资料显示静脉用药同时雾化吸入可以提高疗效[23]。体外研究已经证实CRE可能存在对多粘菌素的异质性耐药，使用多粘菌素可以放大这种耐药，导致对多粘菌素的临床耐药，与碳青酶烯类抗菌药物、利福平联合使用，可以避免耐药性的放大，改善临床疗效，体外研究也证实了它们间有协同作用[24]。

②替加环素：替加环素是第1个甘氨酰类抗菌药物，属于四环素的衍生物，通过抑制细菌蛋白质的合成发挥抑菌作用，2005年美国食品药品监管局(Food and Drug Administration, FDA)批准其用于治疗复杂的皮肤软组织感染、复杂腹腔感染、成人社区获得性肺炎。2010年美国FDA依据13项三期或四期临床研究meta分析结果，曾黑框警示替加环素可能增加病死率[25]。另有多项研究显示，应用替加环素单药治疗产KPC酶的肠杆菌科细菌导致的血流感染病死率增加[26,27]。但meta分析显示，替加环素与其他药物联合应用与没有替加环素的联合方案或单用替加环素治疗CRE均可以提高患者的临床疗效。替加环素组织分布广，但血液浓度低，非杀菌剂、不能覆盖铜绿假单胞菌，不推荐单独用于CRE感染，尤其是免疫功能低下人群CRE感染，可以与多粘菌素、氨基糖苷类抗菌药物、碳青酶烯类或利福平联合应用治疗CRE导致的各种感染。推荐治疗CRE的剂量为200 mg/d，常见的不良反应为消化道反应。
③磷霉素：磷霉素可与细胞转移酶结合抑制细菌细胞壁的合成，95%以原型从尿液排泄，主要用于CRE引起的单纯尿路感染，或与其他药物联合治疗其他部位的CRE感染。磷霉素具有广谱抗菌活性，对革兰阳性球菌(葡萄球菌、肠球菌、链球菌)和革兰阴性杆菌(肠杆菌、铜绿假单胞菌)均有明确的抗菌活性。CRE的敏感度受地域影响波动于39.2%～100%[28]。有文献报告，应用磷霉素单药或与多粘菌素联合成功治疗CRE导致的血流感染和泌尿系感染[29,30]。美国FDA仅批准口服磷霉素治疗泌尿系感染，静脉应用磷霉素治疗复杂泌尿系感染正在进行Ⅲ期临床试验。在欧洲可以静脉应用磷霉素治疗敏感菌导致的感染，有一项来自欧洲的小型研究评估了静脉应用磷霉素与其他药物(多粘菌素、庆大霉素、哌拉西林/他唑巴坦)联合治疗医院获得的CRE重症感染患者，包括呼吸机相关性肺炎(ventilator-associated pneumonia，VAP)、脓毒症、泌尿系感染、伤口感染患者，应用剂量为4 g，4次/d，对老年人或者肾功能不全的患者调整为2 g，4次/d，患者的全因病死率为18%，较历史CRE感染导致的病死率50%有明显下降。磷霉素的不良反应轻微，常为一过性，如腹泻、瘙痒、腹痛，但需要注意的是静脉应用磷霉素会导致钠负荷过重和低钾血症，是因为每克静脉应用磷霉素中含有0.32 g钠，会增加肾脏远曲小管排钾。磷霉素有很好的组织穿透性，静脉应用可以在多种组织如肺、骨、软组织、血液、心瓣膜、膀胱壁、中枢神经系统达到有效的药物浓度，因此可以推荐磷霉素与其他药物联合治疗CRE导致的这些部位的严重感染，因为在应用磷霉素治疗CRE感染的过程中可以诱导耐药，目前也没有推荐磷霉素单药治疗的有力证据，因此不推荐磷霉素单药治疗CRE导致的严重感染。
④氨基糖苷类抗菌药物：包括庆大霉素、妥布霉素、阿米卡星等，为慢速杀菌剂，可以与细菌核糖体30S结合，干扰细菌蛋白质的合成发挥杀菌作用，可与其他药物联合治疗CRE感染。其抗菌活性因药物和碳青酶烯酶的种类不同而有所差别。有体外研究显示，氨基糖苷类抗菌药物对除NDM以外的碳青酶烯酶有一定的敏感性，75%的CRE菌株对阿米卡星敏感[欧洲抗菌药物敏感性试验委员会(The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing, EUCAST) MIC ≤8 mg/mL], 60%菌株对庆大霉素敏感(EUCAST MIC ≤2 mg/mL)，仅有38%菌株对妥布霉素敏感(EUCAST MIC≤2 mg/mL)[31]。因其主要通过肾脏排泄，在尿液中有较高的浓度，可以单药治疗CRE引起的单纯泌尿系感染，或与其他药物联合治疗CRE导致的血流感染、肺部感染，也可以在静脉应用有效抗菌药物的基础上，雾化吸入氨基糖苷类抗菌药物治疗医院获得性肺炎。

⑤米诺环素：是四环素类抗菌药物，1970年由美国FDA批准用于临床。有多项临床研究证实，米诺环素可以用于耐碳青酶烯类抗菌药物耐药的鲍曼不动杆菌感染的治疗[32]。因此米诺环素静脉应用可以作为替代替加环素、多西环素治疗耐碳青酶烯鲍曼不动杆菌和肺炎克雷伯菌感染的一个选择。Pogue等[33]报告了3例应用米诺环素联合(多粘菌素、妥布霉素、阿米卡星、美罗培南其中1～2种)成功治疗耐碳青酶烯而对米诺环素敏感的肺炎克雷伯菌导致的血流感染，推荐剂量为200 mg，2次/d。与替加环素相比较，米诺环素有着更理想的PK/PD参数和更少的不良反应，目前已被美国FDA批准用于治疗泌尿系感染。有文献报道，米诺环素耐受性很好，但因可能导致牙齿变色，孕妇与8岁以下儿童禁用，其他可能的不良反应有光敏、头晕、眩晕、胃肠道不适与注射部位的刺激症状[34]。
综上，治疗CRE感染可以选择的抗菌药物种类有限、药物杀菌或抑菌效果有限。CRE菌株几乎对所有的β-内酰胺类药物耐药，但大多数CRE菌株仍对多粘菌素和替加环素敏感。由于多粘菌素和替加环素没有最佳的PK，单药治疗往往效果不佳，临床上通常与多种药物联合治疗CRE感染。目前临床证据显示最佳的方案为以多粘菌素为基础的联合方案：多粘菌素联合利福平在体外治疗耐多粘菌素和产KPC酶的肺炎克雷伯菌有协同作用，因为多粘菌素与细菌外膜相结合有利于细胞摄取利福平，使细胞内有足够的药物浓度抑制细菌蛋白质的合成[35]。一项125例产KPC酶的肺炎克雷伯菌感染患者的队列研究显示，联合治疗比单药治疗方案的30 d病死率下降20%[36]。多项研究显示，多粘菌素和碳青霉烯类抗菌药物联合可以发挥协同或相加作用而提高疗效[37]。另有研究证明，2种碳青霉烯类药物联合应用可以提高疗效，研究对比泛耐药的KPC酶的肺炎克雷伯菌感染治疗中应用厄他培南联合亚胺培南治疗，因为KPC酶的肺炎克雷伯菌对厄他培南的亲和力高于其他碳青霉烯类抗菌药物，细菌产生的碳青霉烯酶先于厄他培南结合，可降低碳青霉烯酶对其他碳青霉烯类抗菌药物的水解作用，提高疗效[38,39]。
四、新药研发

随着新型耐药菌株的不断涌现和在世界范围内的广泛传播，现有抗菌药物的疗效有限，迫切需要有效控制耐药菌的新型抗菌药物。目前对CRE有较好活性的新型抗菌药物正在临床开发中。包括头孢他啶/阿维巴坦(ceftazidime-avibactam)：阿维巴坦是一种能够抑制包括OXA-48和KPC在内的广谱新型β-内酰胺酶抑制剂，美国FDA 2015年2月批准用于治疗复杂泌尿系统感染(complex urinary tract infection, cUTI)和复杂腹腔感染(complicated intra-abdominal infection, cIAI)。阿维巴坦相对于其他β-内酰胺酶抑制剂更强效、广谱，其可能的机制在于阿维巴坦为小分子化合物、可以与β-内酰胺酶的酶活性位点稳定结合、不易分解。Ⅱ、Ⅲ期临床试验中，应用头孢他啶/阿维巴坦治疗cUTI和cIAI，cUTI患者应用头孢他啶/阿维巴坦的微生物学应答率为70.4%，而应用亚胺培南/西司他丁为71.4%[40]。普拉唑霉素(plazomicin)：是一种能够杀灭MDR肺炎克雷伯菌和CRE的氨基糖苷类抗菌药物，同时可以避免氨基糖苷类钝化酶破坏而失去活性，可以治疗多重耐药菌包括CRE导致的各种严重感染[41]，已完成Ⅲ期临床试验。eravacycline是一种人工合成的四环素类新型抗菌药物，抗CRE的活性比替加环素高2～4倍[42,43]，在Ⅲ期临床试验中，对于cIAI患者其临床治愈率与厄他培南相近(分别为86.8%和87.6%)，但缺乏对CRE的相关研究。美罗培南-vaborbactam(Vabomere，RPX-7009)：2017年9月美国FDA批准用于治疗复杂cUTI，vaborbactam可以强效抑制丝氨酸碳青霉烯酶特别是KPC的活性，Ⅰ期临床试验结果显示，在肺上皮细胞衬液中有较高的药物浓度，提示可以用于治疗肺部感染。已完成Ⅲ期临床试验。亚胺培南/西司他丁-relebactam(MK-7655)：relebactam与阿维巴坦类似，是一种可逆的、非β-内酰胺类、β-内酰胺酶抑制剂，目前正在进行Ⅲ期临床试验。防控策略

CRE感染对人类威胁越来越大，碳青霉烯类抗菌药物耐药细菌感染已成为病死率增加的重要原因之一。CRE感染的有效防控需要医院多学科(感染、呼吸、ICU、感控、临床药学、微生物)、医疗行政管理部门、企业与社会大众多方面、全方位行动。1．加强医务人员的培训与宣教。2．加强管理，特别是对CRE感染的高危科室和患者，如ICU、呼吸科、感染科、普通外科，老年病科长期住院或重症患者，重点关注CRE高危患者，尤其是有抗菌药物(三代头孢、碳青霉烯、喹诺酮类)暴露史者。3．医院成立CRE专项管理专家小组，进行定期检查、通报、发布工作改进报告。4．三级医院进行抗菌药物合理应用的常态化检查，特别是碳青霉烯类抗菌药物，做好评估、报告、持续改进工作Antibiotic Stewardship Programs (ASP)。5．医院开展CRE的常规筛查，锁定高危人群，如反复住院、3个月内有抗菌药物应用史、既往有CRE定植史者，包括痰液、粪便或直肠拭子检查。6．实验室制定针对CRE的危急值班报告制度，一旦发现，应及早报告临床科室与感控部门，及时采取防控措施并进行跟踪随访。7．严格推广执行手卫生程序，推广检查手卫生的依从性、定期反馈，确保手卫生实施。8．对CRE定植和感染患者进行接触隔离，包括单间隔离、门口悬挂隔离标识、减少设备共用、个人防护、加强环境清洁消毒。9．减少患者搬运，为避免引起交叉感染，尽量避免感染者进行转院，并尽量减少外出，如需要外出检查，应做好相应的接触隔离措施和严格的环境清洁消毒。利益冲突　所有作者均声明不存在利益冲突

参考来源（向下滚动）
[1]NaasT, VandelL, SougakoffW, et al. Cloning and sequence analysis of the gene for a carbapenem-hydrolyzing class A beta-lactamase, Sme-1, from Serratia marcescens S6 [J]. Antimicrob Agents Chemother, 1994, 38(6): 1262-1270. DOI: 10.1128/aac.38.6.1262.
[2]YangYJ, WuPJ, LivermoreDM. Biochemical characterization of a beta-lactamase that hydrolyzes penems and carbapenems from two Serratia marcescens isolates [J]．Antimicrob Agents Chemother, 1990, 34(5): 755-758. DOI: 10.1128/aac.34.5.755.

谈小洁

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云儿飞

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枫桥三贤

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小白天使

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尤其是防控措施要落实到位！！！

川页

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LZJDTQ

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huangyimi

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