产KPC酶肺炎克雷伯菌对头孢他啶_阿维巴坦耐药机制研究进展.pdf

.160.World Notes on Antibiotics,2023,Vol.44,No 5产KPC酶肺炎克雷伯菌对头孢他啶/阿维巴坦耐药机制研究进展郑媚，匡徐，李甫豪，冯可莹，于洋1（1华南农业大学，广州510 6 42；2 菲鹏生物股份有限公司，东莞52 38 0 8)摘要：头孢他啶/阿维巴坦(Ceftazidime/Avibactam，CZA)是头孢他啶和一种新型-内酰胺酶抑制剂(阿维巴坦)的组合，已被美国食品药品监督管理局和国家市场监督管理总局批准，主要用于治疗复杂的腹部和尿道感染、医院获得性细菌性肺炎和呼吸机相关的细菌性肺炎，特别是由肺炎克雷伯菌引起的感染和炎症。然而，CZA临床应用导致了多重耐药肺炎克雷伯菌的出现。其耐药机制主要有三种：blakpc基因的突变、细菌细胞膜孔蛋白突变和KPC酶的表达量增加。本文就耐CZA的肺炎克雷伯菌流行情况和耐药机制进行综述，旨在为临床防治CZA的耐药菌株提供科学依据，并为新药开发提供指导。关键词：产KPC酶肺炎克雷伯菌；头孢他啶；阿维巴坦；耐药机制；作用机理；突变中图分类号：R978.1文献标志码：A文章编号：10 0 1-8 7 51(2 0 2 3)0 3-0 16 0-0 6Research Progress on the Resistance Mechanism of KPC-Producing Klebsiellapneumoniae to Ceftazidime/AvibactamZheng Meil,Kuang Xu,Li Fu-hao,Feng Ke-ying,Yu Yang(1 South China Agricultural University，G u a n g z h o u 510 6 42;2 Fe i p e n g Bi o t e c h n o lo g y C o.,Lt d,D o n g g u a n 52 38 0 8)Abstract:Ceftazidime/avibactam(CZA)is a combination of ceftazidime and a novel-lactamase inhibitor(avibactam)approved by the U.S.Food and Drug Administration and the State Administration of China for thetreatment of complex abdominal and urinary tract infections,hospital-acquired bacterial pneumonia,and ventilator-associated bacterial pneumonia,particularly those caused by Klebsiella pneumoniae.However,the clinical use of CZAhas led to the emergence of multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae.There are three main mechanisms of drugresistance:mutation of blakpc,mutation of cell membrane pore protein,and increased expression of KPC enzyme.The article reviews the prevalence and mechanism of Klebsiella pneumoniae resistant to CZA,aiming to providescientific basis for the clinical prevention and treatment of drug-resistant strains of CZA and provide guidance for thedevelopment of new drugs.Key words:KPC-producing Klebsiella pneumoniae;ceftazidime;avibactam;drug resistance;mechanismmechanism of action;mutation1碳青霉烯类耐药的肺炎克雷伯菌(CRKP)流行现状据估计，在世界范围内，因细菌感染引起的死亡人数每年可达7 0 0,0 0 0，预计到2 0 50 年，将有10 0 0万人死于多重耐药性微生物引起的相关疾病。抗生素耐药性已成为当今最紧迫的公共卫生挑战之一，而肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)是一种重要的革兰阴性机会致病菌，具有超强的环境适应能力，除污水、土壤、地表水、工业废水和植被外，肺炎收稿日期：2 0 2 2-11-0 6作者简介：郑媚，硕士研究生，主要从事细菌耐药性研究。*通讯作者：于洋，副教授，主要从事细菌耐药性以及药动药代等研究。克雷伯菌还可寄居在易感人类和动物粘膜表面，并诱导局部组织感染，包括尿路感染、菌血症、肺炎及肝脓肿等，或诱发全身性感染，如败血症等，甚至危及患者生命2-3。肺炎克雷伯菌被列为ESKAPE病原体，已成为我国仅次于大肠埃希菌的第二大革兰阴性致病菌，其菌体细胞内可携带多种高效的可移动性抗菌药物耐药性维持和传播的遗传元件，是抗生素耐药性(Antimicrobial Resistance，A M R)在国外医药抗生素分册2 0 2 3年5月第44卷第3期人、动物和环境中传播的重要媒介。在抗菌药物压力下，由于这些质粒、转座子、插入序列等可移动元件，肺炎克雷伯菌已进化出多种抗菌药耐药性表型，且耐药基因在种属间及跨种属间广泛传播，导致出现了具有“超级耐药性”的泛耐药菌株(Extensivedrug resistance，X D R)4。碳青霉烯类耐药的肺炎克雷伯菌(Carbapenems resistant K.pneumoniae,CRKP)在国内外有越来越多的报道。在意大利，美国纽约州感染CRKP引起的死亡率分别为41.6%和48%。其中，ST258以及ST512是CRKP在美洲和南欧的主要克隆株5-6 。值得注意的是，根据我国抗菌药物监测网络(CHINET)报道显示，在我国肺炎克雷伯菌对美罗培南和亚胺培南的耐药率上升8 倍以上7 。近十年间，CRKP在我国广泛传播，流行范围几乎覆盖了所有省份，且引起了较高的临床发病率；其中基因型ST11是我国CRKP感染中最主要的MLST分型8 。而ST11和ST258属于克隆复合物CC258，其包含ST11、ST 2 58 和另外五个分型ST270、ST 340、ST379、ST 40 7 和ST4189。此外，新出现的ST307也被认为是一种高危克隆型，其在医院的高流行率应该引起重视10 。CRKP菌株中碳青霉烯酶编码基因包括KPC、ND M、O X A、I M P、V I M，最主要的碳青霉烯酶基因是blakpe2,blaNDM1，b l a o x-4s，其中ST11型携带blakpc-2的肺炎克雷伯菌的克隆传播速度惊人。CRKP感染通常具有较高的发病率和死亡率，给临床治疗带来了严峻的挑战12-13。2CZA使用现状以及作用机理目前用于治疗CRKP感染的抗生素选择十分有限，主要包括多黏菌素、替加环素和氨基糖苷类药物，因此呕需有效的治疗CRKP感染的方法。头孢他啶/阿维巴坦(CZA)由阿斯利康制药有限公司开发，于2 0 15年2 月获得美国食品和药物管理局批准14-15,并于2 0 19 年底在中国投入使用。它将广谱头孢菌素头孢他啶与新型非-内酰胺酶抑制剂阿维巴坦结合，用于治疗复杂的腹部和尿道感染、医院获得性细菌性肺炎和呼吸机相关的细菌性肺炎16 。毫无疑问，CZA的出现为对抗CRKP感染提供了十分宝贵的替代方案。值得注意的是，尽管CZA对大多数碳青霉烯类耐药肺炎克雷伯菌都是敏感的，但是在我国临床使用CZA之前就已经出现了对该药物的耐药菌17 。有研究表明，KPC-2单个基因替换突变使得阿维巴坦对KPC的-内酰胺酶失去抑制作用18 ，以及突变的KPC-3酶显著降低了肺炎克雷伯菌对CZA的易感性19。一.161.方面阿维巴坦可以保护头孢他啶免受KPCs、O X A-48、A m p C等-内酰胺酶的水解，但无法抵抗金属-内酰胺酶(MBLs)，如NDM、V I M 或IMP的水解。因此，阿维巴坦可恢复头孢他啶对KPC阳性肺炎克雷伯菌(KPC-Kp)的活性，在受到KPC酶亲核进攻后，阿维巴坦的酰胺键断开，从而开环与酶形成共价结合物，进而达到抑制效果。与他唑巴坦、克拉维酸等经典的“自杀式酶抑制剂”不同的是，酶-抑制剂复合体不发生水解，经环合形成内酰胺环可又形成阿维巴坦，因此具有长效抑酶作用2 0 。3产KPC酶肺炎克雷伯菌对CZA的耐药机制据报道，KPC-Kp对CZA的耐药机制主要有三种，包括blakpc基因的突变所引起的KPC酶上的氨基酸取代/缺失/插入，KPC酶的表达量增加和细菌细胞膜孔蛋白突变。3.1blakpc基因的突变blakpc基因由8 7 9个碱基组成，当基因发生突变时，会引起肺炎克雷伯菌所表达的KPC酶发生变化，当blakpc基因出现碱基置换时，其结果对应的是氨基酸的单取代或多取代；当blakpc基因出现多个碱基缺失和插入时，其结果对应的是KPC酶的氨基酸缺失或者插入，值得注意的是，临床上所出现的blakpc基因变体所插入或者缺失的碱基数均是3的倍数，所以并未出现移码突变而导致KPC酶的结构大幅改变。近年来，携带blakpc基因亚型的肺炎克雷伯菌在世界范围内迅速出现，自2 0 2 0 年以来报告的新型KPC酶变体数量超过了前17 年的总和。迄今为止，NCBI参考基因目录共收录了12 3个KPC酶变体，其中有16 个变体来自临床报道的CZA耐药肺炎克雷伯菌，于表1中列出。总体而言，导致肺炎克雷伯菌对CZA耐药产生的blakpc基因突变以置换为主，表现为KPC酶的氨基酸取代。其中，以第17 9位的天冬氨酸被其余氨基酸取代最为常见。研究显示在一株分型为ST258的临床肺炎克雷伯菌中发现了KPC-3变体Asp179Tyr，命名为KPC-33；另有研究报道在一株分型为ST11的临床菌株中发现了KPC-2变体Asp179Ala，命名为KPC-78；这些菌株对CZA的敏感性均下降，其对CZA的最小抑菌浓度(Minimum inhibitory concentration,MIC)与亲本菌株相比分别上升了6 4倍和16 倍17-18 。研究显示通过定点饱和突变技术获得了19种不同的Asp179变异体，并使用质谱分析和比较酶促动力学参数确定了一种特别值得关注的变异体一Asp179Asn，其.162.突变体KPC-78KPC-33KPC-14KPC-76KPC-79KPC-23KPC-28KPC-39KPC-46KPC-50KPC-51KPC-52KPC-53KPC-70KPC-71KPC-93可以帮助肺炎克雷伯菌对多种-内酰胺类药物和-内酰胺类抑制剂的组合产生抗性2 3。Alsenani等2 4在分析了Asp179N和Asp179Tyr的晶体结构之后，发现Asp179Asn和Asp179Tyr的存在破坏了Q环上盐桥的稳定性，从而使得KPC酶更容易与头孢他啶结合，从而使得肺炎克雷伯菌对CZA耐药。同样的机理可以用以解释KPC-39(Ala172Thr)和KPC-46(Leu168Phe)变体所引起的CZA抗性，因为它们的突变位点也处于KPC酶的Q环上(Arg164-Asp179),其上的突变会导致分子间的氢键作用减弱，从而使得Q环结构变得不稳定而易于头孢他啶结合；同时，有研究报道Q环上盐桥被破坏后，会使得KPC酶与阿维巴坦的亲和力降低，从而使得阿维巴坦不能有效抑制KPC酶。除氨基酸取代外，由于KPC酶上出现氨基酸插入和缺失