多重耐药铜绿假单胞菌流行病学变迁和抗菌治疗

周华浙江大学医学院附属第一医院发布于2024-05-17 浏览 778 收藏

作者：周华

单位：浙江大学医学院附属第一医院

一、铜绿假单胞菌的侵袭机制

铜绿假单胞菌是人类重要的致病菌，而且具备了非常完善的致病机制，其中包括：①黏附因子：菌毛、鞭毛、外膜蛋白，黏附于呼吸道和泌尿道，抵御呼吸道纤毛运动、尿液冲洗、体液流动，定植感染。②微荚膜：处于细胞外层，保护菌体、减少溶菌酶、补体、抗体等免疫，荚膜多糖具有亲水性且带负电荷，可阻滞吞噬细胞的表面吞噬；③合成分泌多种侵袭性酶类，如碱性蛋白酶能水解补体成分C1q和C3，以及多种细胞因子和趋化因子，阻断免疫因子对细菌的作用；④生物膜：生物膜中的细菌处于多种代谢状态，生物膜内层的细菌代谢缓慢，易产生很强的耐药性，从而导致难治性感染；⑤群体感知系统：密度依赖性细菌细胞间信号传递的机制，细菌可以感知到周围同伴的存在，而表现出的行为，增强菌体的侵袭力。上述机制使铜绿假单胞菌成为临床非常重要的致病病原体。

在2019年主要临床分离菌种分布中，铜绿假单胞菌位居第五（前四位分别为大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌），在呼吸道、血流、创面、中枢、腹腔等多部位，铜绿假单胞菌都是重要的病原体，这与其完善的致病机制密切相关。铜绿假单胞菌引起的感染非常广泛，这是其一大特点。铜绿假单胞菌的另一特点是具有复杂的耐药机制，这也使其经常成为多重耐药病原体，增加了抗菌治疗的难度。从耐药数据来看，相对比较敏感的药物是多黏菌素和阿米卡星，而对β内酰胺酶类药物约有30%的耐药性。此外，铜绿假单胞菌对头孢他啶/阿维巴坦的体外敏感性也值得我们关注，在所有的铜绿假单胞菌菌株中，耐药性为86.5%，在耐碳青霉烯类的铜绿假单胞菌（CRPA）中，敏感性为65.7%。

二、流行病学

2019年Clin Microbiol Rev上发表的一篇综述文章提到，全世界主要流行的具有重要的临床流行病学意义的铜绿假单胞菌克隆株有3个，按照ST分型分别为ST235、ST111和ST175[1]。ST111和ST235主要在中国大陆流行，而ST175主要在欧美流行。与ST175流行株相比，ST111和ST235往往有较强的毒力，它们所携带的与毒力相关的基因更多。在体外动物实验中，它们引起动物死亡的时间和比例更高，在铜绿假单胞菌中是具有较高毒力的流行株。欧洲流行的ST175克隆株的耐药发展主要依赖于菌株的自我点突变，而中国流行的ST111和ST235克隆株同样可以依赖于菌株的自我点突变，同时又有较强的与其他菌株之间进行耐药基因交流的能力。所以，中国流行的铜绿假单胞菌ST111和ST235克隆株耐药进化方式更加多样，毒力更强。

图源：Clin Microbiol Rev, 2019, 32(4):e00031-19.

在21654株铜绿假单胞菌对抗菌药物的耐药率研究中，可以发现在碳青霉烯耐药率为23%的情况下，头孢吡肟的耐药率仅有13%，为什么会这样呢？铜绿假单胞菌对碳青霉烯耐药后，可能会出现对头孢吡肟或头孢他啶敏感，也就意味着这种碳青霉烯耐药可能不是产酶的，而产碳青霉烯酶应该都耐药，这主要是由膜孔蛋白缺失引起。在2019年之前，我们认为铜绿假单胞菌的主要流行株是ST111和ST235，其主要耐药机制不是产碳青霉烯酶，而是膜孔蛋白的缺失。

2019年后，在我们医院分离到的铜绿假单胞菌出现了一些变化，我们发现，一旦其对碳青霉烯耐药后，几乎对所有的β内酰胺酶都耐药，除了头孢他啶/阿维巴坦，这也引起我们的思考，是否铜绿假单胞菌出现了耐药机制的变化，以前是以膜孔蛋白缺失为主，碳青霉烯无法进入，头孢他啶还可以。现在是对碳青霉烯耐药后，头孢他啶和头孢吡肟都产生耐药。我院院感科通过这一现象进行了研究[2]，发现浙大一院的CRPA主要耐药机制是产KPC酶。其次，ST分型不再是ST111和ST235，而是ST463。这是流行病学的变化，ST463取代ST111和ST235成为主要的流行株，其耐药机制不再是以膜孔蛋白为主，而是以产KPC酶为主。体外动物实验发现，ST463都产KPC酶，KPC都是ST463，它有更强的引起体外动物死亡的能力，也就意味着它保留了原来的高毒力的铜绿假单胞菌的特点，但是出现了进化，主要表现为ST型变化，其次是KPC成为主要的耐药基因。

图源：Front Cell Infect Microbiol, 2021, 11:756782.

有学者开展了一项研究，对每一位进入ICU的患者留取大便，然后进行培养，起初会有敏感的铜绿假单胞菌被培养出来，后来发现患者进入ICU后会获得一些产KPC酶的肺炎克雷伯菌，只要在ICU住院时间足够长，这种产KPC酶的肺炎克雷伯菌在患者大便中仍然存在，而最初对碳青霉烯敏感的铜绿假单胞菌却不在了，出现了对碳青霉烯耐药的铜绿假单胞菌，对碳青霉烯耐药的铜绿假单胞菌也产KPC酶。这也直接证明了在肠道环境中，KPC从肺炎克雷伯菌传到了铜绿假单胞菌。这样的特点在流行病学中已经表现出来。

俞云松教授团队开展了一项更大规模的研究，在华东地区、南京鼓楼医院、武汉同济医院、北京协和医院等7家三级医院进行了流调，发现浙江省有50%左右的CRPA产KPC，南京和武汉也有一定的比例，但北京协和医院几乎没有[3]。华东和华中地区已经出现产KPC酶的CRPA的流行。铜绿假单胞菌的耐药机制复杂，除了产KPC酶，还有膜孔蛋白缺失和外排泵高表达。所以，产KPC酶的肺炎克雷伯菌对头孢他啶/阿维巴坦敏感，但在铜绿假单胞菌中没有类似发现。我们可以看到，假如合并外排泵高表达，阿维巴坦并不能很大程度地提高体外敏感性。产KPC酶的CRPA对头孢他啶/阿维巴坦也仅有50%的敏感性，这是由于存在膜孔蛋白和外排泵的问题，头孢他啶/阿维巴坦只能解决KPC酶的问题，而不能解决膜孔蛋白和外排泵的问题，所以敏感性不如肺炎克雷伯菌。进一步分析发现，肺炎克雷伯菌在获得一个拷贝数的KPC基因后就不再继续获取，所以其表达的KPC酶的量不是很高，用现有剂量的头孢他啶/阿维巴坦可以抑制。所以产KPC酶的肺炎克雷伯菌几乎对头孢他啶/阿维巴坦都敏感。但铜绿假单胞菌不同，它在获取一个拷贝数的KPC基因后，还会继续获取，铜绿假单胞菌携带最多有4个拷贝数的KPC基因，随着携带KPC基因拷贝数的增多，其所表达的KPC的量也增大，我们再用现有剂量的阿维巴坦去治疗，显然是无效的。这可以用来解释为什么产KPC酶的CRPA对头孢他啶/阿维巴坦只有50%的体外敏感性，因为有外排泵高表达、膜孔蛋白缺失及高产KPC酶的问题存在。

图源：mSystems, 2021, 6(6):e0078721.

上述流行病学提示我们，碳青霉烯酶已经成为铜绿假单胞菌碳青霉烯类耐药的重要因素，尤其是华东地区的KPC酶。而膜孔蛋白和外排泵在铜绿假单胞菌的耐药机制中同样发挥了重要作用，KPC基因主要位于质粒上，具有潜在的传播风险。

三、抗菌治疗

在治疗方面，多黏菌素和阿米卡星不受前述机制的影响，但头孢他啶/阿维巴坦似乎对产KPC的铜绿假单胞菌有一定作用，敏感性为50%。治疗方案包括：头孢他啶/阿维巴坦联合一种抗菌药物，或者尝试用更高级的头孢他啶/阿维巴坦治疗高产KPC酶的铜绿假单胞菌。但这些仅作为临床探索，尚无相关研究证实。

1. 多黏菌素

多黏菌素对CRPA的体外敏感性最好（＞95%）。国外临床研究发现，以多黏菌素为基础的联合治疗对CRPA的体外临床有效率约为50%，但注意一定要联合治疗，单用多黏菌素的死亡率会增加。有文献报道[4]，无论对CRPA，还是鲍曼不动杆菌或肺炎克雷伯菌，多黏菌素与其他抗菌药物的联合方案在体外显示出更好的协同作用，虽然缺少大规模的随机对照试验，但对比于单药治疗，多黏菌素B的联合方案在临床治愈、微生物清除率、住院死亡率方面均显示出更好的效果。

图源：Crit Care Res Pract, 2017, 2017:3635609.

有研究提示我们，以多黏菌素为基础的联合治疗，如果在联合治疗前进行体外药物敏感试验，证明这两种抗菌药物有协同或相加作用，再应用到临床，患者才能真正获益，如果没有进行体外联合药敏试验，获益可能相对少一些[5]。另外，多黏菌素在肺内的浓度不足，常需要进行规范的雾化吸入治疗，以此来提高肺泡衬液的药物浓度。也有回顾性研究显示，静脉用多黏菌素联合雾化多黏菌素，可以提高临床有效率和微生物清除率，不会增加药物不良反应[6]。

2. 阿米卡星

在CRPA治疗中另一个重要的药物是阿米卡星。多黏菌素的临床有效率为50%，而一项研究显示阿米卡星的临床有效率为65%，但该研究中阿米卡星的剂量为25～30 mg/kg。50 kg体重使用剂量达到1.5 g，而我国大部分临床医生用不到如此大的剂量，因此也无法达到文献报道的临床效果。所以，如果阿米卡星用量为600 mg/d或800 mg/d，即使体外敏感性非常好，主要还是起到辅助作用。

3. 头孢他啶/阿维巴坦

头孢他啶/阿维巴坦在铜绿假单胞菌中整体的敏感性为50%～60%，即使是产KPC酶，其敏感性也没有很大突破，原因在于其耐药机制太复杂。而一旦铜绿假单胞菌对头孢他啶/阿维巴坦敏感，就能给患者带来很好的获益，虽然体外敏感性不是非常好，但临床效果不错。几项小规模研究提示我们，头孢他啶/阿维巴坦可以使与感染相关的30天病死率仅为13%，有效率达到80%，优于阿米卡星和多黏菌素。因此，在目前流行病学环境下，用头孢他啶/阿维巴坦经验性治疗CRPA仍有一定风险，但一旦体外药敏试验结果为敏感，用其来进行目标治疗，是非常好的选择。

需要注意的是，2022年3月美国和2022年4月欧洲分别发布了多重耐药病原体治疗指南，在目前已经上市的所有β内酰胺酶抑制剂复方制剂中，头孢他啶/阿维巴坦是最容易出现获得性耐药的复方制剂。复旦大学附属华山医院胡付品教授在2020年发表了一篇文章，他观察了一例碳青霉烯类耐药肺炎克雷伯菌（CRKP）感染患者，在早期，产KPC酶，亚胺培南耐药，头孢他啶/阿维巴坦敏感，在应用头孢他啶/阿维巴坦2周后出现耐药。原因是KPC-2的179位氨基酸出现了突变，导致KPC酶结构发生变化，这种结构变化使得阿维巴坦无法结合，所以出现了耐药，这种突变往往出现在KPC酶的Ω环。我们团队也发表了2篇相关文章，分别是在CRKP和铜绿假单胞菌[7]中观察到KPC酶突变。我们观察了一例反复吸入性肺炎患者，在痰中分离到了ST463型的产KPC酶的铜绿假单胞菌，患者不仅有呼吸道感染，还有尿路和血流感染，在这种情况下，我们使用了头孢他啶/阿维巴坦，因为该药是敏感的，我们采取了单药治疗15天左右，从患者呼吸道中分离到了铜绿假单胞菌，对头孢他啶/阿维巴坦产生耐药。之后我们进行的基础研究发现，耐药后的铜绿假单胞菌与原来的铜绿假单胞菌是同一菌株进化而来，但它在KPC酶的Ω环处插入了几个核苷酸序列，使Ω环的构象发生了改变，进而导致阿维巴坦无法结合。它由KPC-2通过点突变成为KPC-90，导致对头孢他啶/阿维巴坦产生耐药。KPC-2和KPC-90位于铜绿假单胞菌的质粒上，我们也观察到，KPC酶在阿维巴坦的压力下比较容易出现突变和耐药问题。对MIC值偏高的头孢他啶/阿维巴坦的铜绿假单胞菌或疗程偏长的头孢他啶/阿维巴坦的使用，联合治疗可能是重要方案。

图源： Microbiol Spectr, 2022, 10(1):e0186921.

四、小结

CRPA流行病学发生了变化，ST463成为主要的流行株，高毒力，产KPC酶。治疗方面，多黏菌素不受酶型的影响，是非常广谱的CRO治疗药物，但需要联合用药，肺部可以进行雾化治疗。头孢他啶/阿维巴坦对产KPC酶或对其敏感的CRO，具有良好的安全性和药代动力学特点。但对于铜绿假单胞菌，其耐药率相对较高，敏感菌株的MIC值较高，在其敏感的情况下，是很好的目标治疗选择，但应注意用药期间存在获得性耐药问题。铜绿假单胞菌对阿米卡星也非常敏感，但若要达到良好的临床效果，需要足够的剂量，如剂量不足，其PK/PD则无法达标，如果不能用到25～30 mg/kg的剂量，阿米卡星将始终处于联合治疗地位。

参考文献

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[1] Horcajada J P, Montero M, Oliver A, et al. Epidemiology and Treatment of Multidrug-Resistant and Extensively Drug-Resistant Pseudomonas aeruginosa Infections[J]. Clin Microbiol Rev, 2019, 32(4):e00031-19.

[2] Hu H, Zhang Y, Zhang P, et al. Bloodstream Infections Caused by Klebsiella pneumoniae Carbapenemase-Producing P. aeruginosa Sequence Type 463, Associated With High Mortality Rates in China: A Retrospective Cohort Study[J]. Front Cell Infect Microbiol, 2021, 11:756782.

[3] Zhu Y, Chen J, Shen H, et al. Emergence of Ceftazidime and Avibactam Resistant Klebsiella pneumoniae Carbapenemase-Producing Pseudomonas aeruginosa in China[J]. mSystems, 2021, 6(6):e0078721.

[4] Garg S K, Singh O, Juneja D, et al. Resurgence of Polymyxin B for MDR/XDR Gram-Negative Infections: An Overview of Current Evidence[J]. Crit Care Res Pract, 2017, 2017:3635609.

[5] Cai B, Cai Y, Liew Y X, et al. Clinical Efficacy of Polymyxin Monotherapy versus Nonvalidated Polymyxin Combination Therapy versus Validated Polymyxin Combination Therapy in Extensively Drug-Resistant Gram-Negative Bacillus Infections[J]. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2016, 60(7):4013-4022.

[6] Ekren P K, Toreyin N, Sayiner A, et al. The Role of Aerolized Colistin in the Treatment of Hospital-Acquired Pneumonia: Experience of Multicenter From Turkey[J]. Crit Care Med, 2016, 44(5):e304.

[7] Tu Y, Wang D, Zhu Y, et al. Emergence of a KPC-90 Variant that Confers Resistance to Ceftazidime-Avibactam in an ST463 Carbapenem-Resistant Pseudomonas aeruginosa Strain[J]. Microbiol Spectr, 2022, 10(1):e0186921.

作者简介

周华

浙江大学医学院附属第一医院呼吸科主任医师，博士生导师
医学博士，美国芝加哥大学访问学者
中国医药教育学会感染性疾病专业委员会委员及青年委员会副主任委员
中华医学会呼吸病学分会青年委员、内科学分会青年委员、呼吸病学分会感染学组委员兼秘书
中国医师协会呼吸系感染工作委员会委员
中国老年医学会呼吸病学分会青年委员
浙江省呼吸系统感染诊治联盟执行主席
浙江省医学会呼吸病学分会青年委员会副主委、感染学组副组长
浙江省医师协会呼吸医师分会感染学组副组长
以第一或通讯作者于国外权威期刊发表论文20余篇，参编感染领域中国专家共识10余部
主持国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金青年项目、浙江省自然科学基金、教育部博士点基金、浙江省卫生厅人才基金多项
获浙江省科技进步一等奖1项、浙江省医药卫生科技奖一等奖1项
致力于快速病原诊断基础上的肺部感染精准治疗

*本文根据“呼吸危重症菁英秀”第二十期专题视频整理，感谢周华教授予以审核。

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