编者按：随着碳青霉烯耐药革兰阴性菌（CRO）的流行，新型β-内酰胺类药物/β-内酰胺酶抑制剂（BL/BLI）复方制剂的开发和应用已成为全球研究者关注的热点研究领域。《临床感染性疾病》（Clinical Infectious Diseases）发最新发表的一篇综述文章，深入探讨了新型BL/BLIs在非KPC特性方面的研究进展，为临床治疗提供了重要参考。本文摘编了该综述中关于肠杆菌目细菌的精华内容，以飨读者。

 

 

背景

 

碳青霉烯耐药革兰阴性菌（CRO）的流行对公共卫生构成重大挑战，这促使研究人员专注于开发新型抗菌药物，并强化感染控制与抗菌药物管理策略。CRO包含多种革兰阴性病原体，它们拥有不同的耐药机制。通过改良碳青霉烯灭活法（mCIM）或EDTA碳青霉烯灭活法（eCIM）等表型检测，以及分子或全基因组测序等基因型检测手段，识别潜在的耐药机制对于制定有效的抗菌治疗方案至关重要。

 

在过去十年中，大多数新开发的抗菌药物主要针对肠杆菌目中的肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（KPC）。这些新药包括β-内酰胺类药物/β-内酰胺酶抑制剂（BL/BLI）复方制剂，如头孢他啶/阿维巴坦、美罗培南/法硼巴坦、亚胺培南/西司他丁/瑞来巴坦，以及头孢地尔、普拉佐米星、依拉环素和奥马环素（主要用于治疗革兰阳性菌感染）等其他类别的抗菌药物。不过，BL/BLI复方制剂仍是治疗产KPC酶革兰阴性菌感染的主要药物。

 

针对临床常见的KPC酶，许多新型BL/BLI复方制剂的研发专门针对这一耐药机制，这些药物已被证实能有效灭活KPC酶，并成功治疗由CRO引起的感染。此外，这些新型BLIs对非产KPC碳青霉烯酶细菌（non-KPC CPO）和非产碳青霉烯酶CRO（non-CP CRO）也显示出独特的抗菌活性，但这一点尚未受到广泛关注。在许多国家，non-KPC CPO的耐药机制是一个日益严重的威胁，但并未得到充分重视。

 

本篇综述介绍了新型BL/BLI复方制剂的酶介导活性，并综合临床前和临床数据，以区分这些抗菌药物的性能，并为治疗non-KPC CPO和non-CP CRO感染提供用药指导。

 

常见β-内酰胺酶

 

Ambler分类系统根据分子同源性对β-内酰胺酶进行分类，最初确定了A类和B类两大类。A类酶的特征是具有丝氨酸活性位点，而B类酶，也称为金属-β-内酰胺酶（MBLs），在催化β-内酰胺环水解时需要锌的参与。在这两类之后，又发现了C类和D类酶，它们同样利用丝氨酸作为活性位点，但在结构上与A类酶存在显著差异，分别称为AmpC头孢菌素酶和苯唑西林酶（OXAs）。

 

A类酶不仅包括大多数超广谱β-内酰胺酶（ESBLs），还涵盖了一些碳青霉烯酶，如KPC、黏质沙雷菌酶（SME）、亚胺培南水解β-内酰胺酶（IMI）和圭亚那超广谱β-内酰胺酶（GES）。

 

B类金属-β-内酰胺酶则包括了质粒衍生的新德里金属β-内酰胺酶（NDM）、维罗纳整合子金属β-内酰胺酶（VIM）以及对亚胺培南具有水解活性的金属-β-内酰胺酶（IMP）。嗜麦芽窄食单胞菌也产生一种称为L1的金属-β-内酰胺酶。

 

C类AmpC β-内酰胺酶不是碳青霉烯酶，通常由染色体介导，但也可以由质粒介导，可被β-内酰胺类药物诱导。

 

D类酶主要包括多种碳青霉烯酶，如在肠杆菌目中发现的OXA-48型，这类酶对碳青霉烯类的水解活性较低，对头孢菌素的活性较弱；鲍曼不动杆菌产生的苯唑西林酶（如OXA-23、OXA-58等）也属于D类酶。

 

β-内酰胺酶抑制剂的化学性质

 

将β-内酰胺类药物与β-内酰胺酶抑制剂结合使用的方法已有几十年的历史，其中包括现在常用的药物，如阿莫西林/克拉维酸、氨苄西林/舒巴坦、哌拉西林/他唑巴坦和头孢洛扎/他唑巴坦。这些复方制剂采用了早期的BLIs：克拉维酸、舒巴坦和他唑巴坦。这些最初的BLIs具有一个β-内酰胺环，能够与β-内酰胺酶活性位点中的亲核丝氨酸不可逆地形成共价键。通过占据酶的活性位点，BLIs阻止了酶对复方制剂中β-内酰胺的水解。然而，这些早期BLIs主要针对的是窄谱A类β-内酰胺酶，它们在恢复β-内酰胺类药物对产ESBLs细菌的活性方面，效果参差不齐，且在抑制碳青霉烯酶方面的效能更是有限。

 

新一代BLIs，如阿维巴坦、瑞来巴坦和法硼巴坦，能够有效抑制更广谱的酶型。这种广谱抑制能力可归因于这些抑制剂的非β-内酰胺结构。阿维巴坦和瑞来巴坦都是二氮杂二环辛烷（DBOs）类化合物，它们能够可逆地与β-内酰胺酶活性位点中的亲核丝氨酸形成共价键。这种氨基甲酰-酶中间体有效地占据了酶的活性位点，阻止其水解复方制剂中的β-内酰胺类药物。与早期的BLIs相比，DBOs的结构，特别是硫酸基团，能够与活性位点的保守极性残基相互作用，从而与某些酶产生更稳定的相互作用。此外，DBOs的耐水解性意味着抑制β-内酰胺酶所需的分子更少。法硼巴坦则是一种硼酸类抑制剂，硼原子能够可逆地与β-内酰胺酶的亲核丝氨酸共价结合，并优先结合丝氨酸β-内酰胺酶，而非哺乳动物细胞可能产生的丝氨酸水解酶。这些较新型BLIs本身不具备或仅具有有限的抗菌活性，且不能抑制MBLs。

 

肠杆菌目细菌

 

虽然产β-内酰胺酶是肠杆菌目细菌对β-内酰胺类药物产生耐药性的主要机制，但也有一些例外情况。特别是，肠杆菌目中的摩根菌科（包括变形杆菌属、摩根菌属和普鲁威登菌属）对亚胺培南的固有耐药并非因β-内酰胺酶的产生，而是由于它们与青霉素结合蛋白的亲和力较弱以及膜孔蛋白缺失。因此，这一特点否定了对这些细菌联合使用瑞来巴坦治疗的必要性。同样，并非所有碳青霉烯耐药肠杆菌目细菌（CRE）都产碳青霉烯酶，即非产碳青霉烯酶CRE（non-CP CRE）。在CRACKLE-2研究中从美国住院患者中收集的1 040株CRE分离株中，有19%（194/1 040）在全基因组测序中未检测到碳青霉烯酶基因。值得注意的是，non-CP CRE可通过膜孔蛋白突变和产非碳青霉烯酶β-内酰胺酶（如ESBLs或AmpC）对厄他培南表现出耐药性，但对亚胺培南和美罗培南仍保持敏感。

 

在早期的体外研究中，肠杆菌目细菌产生的A类和C类β-内酰胺酶能够被阿维巴坦、法硼巴坦和瑞来巴坦抑制。这些研究表明，这些BLIs能够显著降低β-内酰胺类药物对携带KPCs细菌的最低抑菌浓度（MIC），同时也强调了对ESBL和AmpC的有效抑制作用。还有研究发现，在头孢他啶中添加阿维巴坦后，携带TEM、SHV和CTX-M-15酶的细菌MIC降低了128倍，表达AmpC的细菌MIC降低了8倍。因此，相较于单独使用头孢他啶，头孢他啶/阿维巴坦是应对产ESBL或AmpC肠杆菌目细菌感染更优的抗菌药物。法硼巴坦和瑞来巴坦同样能够降低产ESBLs细菌的MIC。不过，目前支持使用美罗培南/法硼巴坦或亚胺培南/西司他丁/瑞来巴坦而非单独使用这两种骨架β-内酰胺类药物来治疗产ESBL和AmpC肠杆菌目细菌感染的临床数据还较为有限。

 

OXA和OXA-48样酶

 

体外研究结果表明，阿维巴坦可抑制肠杆菌目细菌产生的D类OXA碳青霉烯酶，如常见的OXA-48样酶。但是，阿维巴坦对OXA酶的抑制作用具有酶特异性。尽管阿维巴坦与OXA酶结合的动力学常数通常较为理想，但对于某些酶，如OXA-10，其结合的速度较慢，导致抑制效果不佳。尽管如此，在临床应用中，这种抑制作用的局限性并不十分令人担忧，因为大多数OXA酶（包括OXA-10和OXA-48样酶）对头孢他啶的水解能力并不强。不过，一些OXA变体（如OXA-11）能够水解头孢他啶，因此可以从添加阿维巴坦中获益。在大多数情况下，头孢他啶/阿维巴坦的MIC远低于单独使用头孢他啶时的MIC，这更可能是因为阿维巴坦抑制了与OXA酶共同表达的ESBLs，而非抑制了OXA介导的头孢他啶水解。这种情况并不罕见，因为碳青霉烯酶通常通过同时携带ESBLs的质粒传播。考虑到OXA的底物特征，阿维巴坦与碳青霉烯类药物的联合使用可能对抑制携带这些酶的细菌特别有效。例如，相关研究表明，亚胺培南与阿维巴坦联用可将表达OXA-48的肺炎克雷伯菌的MIC降低500倍。然而，目前尚无由阿维巴坦和碳青霉烯类药物组成的BL/BLI复方制剂。

 

与阿维巴坦相比，瑞来巴坦对OXA酶的抑制作用较弱。在一项体外研究中，8 mg/L浓度的瑞来巴坦能够使3个菌株的敏感性得到恢复（将MIC从4 mg/L降至1 mg/L或更低），但对于2个对亚胺培南高度耐药的分离株（MIC＞64 mg/L），即使使用32 mg/L的瑞来巴坦，也只能将MIC降至16 mg/L。同时，法硼巴坦对OXA酶则完全没有抑制作用。在一项纳入全球收集的分离株的体外研究中，美罗培南和美罗培南/法硼巴坦对25株携带OXA-48样碳青霉烯酶的分离株的MIC50和MIC90相似，分别为16 mg/L和＞32 mg/L。

 

在小鼠模型中进行的多项体内研究进一步证实了这些体外研究结果。其中一项研究显示，美罗培南和美罗培南/法硼巴坦对产OXA-48酶细菌获得了相似的效果。而另一项研究则分别评估了3种β-内酰胺类药物与各自的BLIs联合使用的效果，结果表明，头孢他啶/阿维巴坦的人体暴露可显著降低细菌密度，96%（49/51）的分离株可达到至少1个对数级的杀灭效果，而亚胺培南/瑞来巴坦和美罗培南/法硼巴坦的体内活性相对较差。尽管法硼巴坦未能增强美罗培南对携带OXA-48酶的细菌的作用，但美罗培南/法硼巴坦的美国临床和实验室标准协会（CLSI）折点较高，可能会导致细菌对美罗培南不敏感（＞1 mg/L），但对美罗培南/法硼巴坦敏感（≤4/8 mg/L）。如果采用目前欧洲药敏试验委员会（EUCAST）制定的美罗培南/法硼巴坦敏感性折点（≤8/8 mg/L），这种情况可能会更加严重。由于这些不一致的折点标准，超过50%的产OXA-48肠杆菌目细菌可能会被错误地判定为对美罗培南/法硼巴坦敏感。因此，临床医生需要注意，当前的折点可能导致体外结果与体内实际情况不一致；在OXA-48流行率≥10%的地区，在使用美罗培南/法硼巴坦之前，应先对碳青霉烯酶进行分子鉴定。

 

多项观察性临床研究强调，头孢他啶/阿维巴坦是治疗由产D类OXA碳青霉烯酶细菌引起的感染的首选新型BL/BLI。一项研究观察了2016～2017年间西班牙爆发的产OXA-48肺炎克雷伯菌疫情的情况，分析了接受头孢他啶/阿维巴坦治疗至少48小时的产OXA-48肠杆菌目细菌感染患者的数据。在纳入的57例患者中，46例（80%）接受了头孢他啶/阿维巴坦单药治疗，11例（20%）接受了头孢他啶/阿维巴坦与其他药物的联合治疗。单药治疗和联合治疗组的14天全因死亡率分别为15%和9%，临床治愈率分别为80%和64%。另一项研究追踪了2014至2016年间接受治疗的24例OXA-48 CPE感染患者，所有患者均接受至少72小时的头孢他啶/阿维巴坦治疗。30天和90天死亡率分别为8.3%和20.8%，临床治愈率达到了62.5%。在一项比较研究中，2012至2016年间来自西班牙3个中心和以色列1个中心的CPE菌血症患者被纳入分析。在31例患者中，8例患者接受头孢他啶/阿维巴坦治疗，其余23例患者接受其他药物治疗。在头孢他啶/阿维巴坦组和对照组中，分别有62.5%和60.8%的患者携带OXA-48型碳青霉烯酶。尽管两组的30天粗死亡率没有显著差异，但头孢他啶/阿维巴坦组的临床治愈率显著高于对照组（75% vs. 35%，P=0.031）。CAVICOR研究是目前规模最大的OXA-48 CPE感染患者队列，采用头孢他啶/阿维巴坦治疗与最佳可用疗法（BAT）进行对比。在纳入的339例患者中，255例（75%）患者的OXA-48 CPE分离株来自血流、腹腔内、尿路和肺部。含头孢他啶/阿维巴坦的治疗方案具有保护作用，经过倾向评分调整后，30天死亡率的比值比（OR）为0.41（95%CI：0.20～0.80）。

 

目前，尚无临床数据支持使用亚胺培南/西司他丁/瑞来巴坦或美罗培南/法硼巴坦治疗产OXA肠杆菌目细菌感染，而且体外和动物研究表明，这些药物的作用并不优于单独使用碳青霉烯类骨架药物。这些研究结果与美国感染病学会（IDSA）关于治疗CRE的指南一致，该指南建议在检测到或怀疑存在OXA-48样酶时，优先选择头孢他啶/阿维巴坦而非其他BL/BLIs。

 

金属-β-内酰胺酶

 

目前，尚无BL/BLIs对B类MBLs具有活性，这在抗菌药物的研发中仍是一个亟待填补的空白。单环β-内酰胺类药物氨曲南本身不受MBLs的水解作用影响；然而，与其他基于丝氨酸的碳青霉烯酶一样，MBLs也经常与ESBLs、其他碳青霉烯酶和染色体AmpC共存，这些酶共同导致多数产MBLs分离株对氨曲南产生耐药性。研究表明，当氨曲南与新型BL/BLIs联用时，如含阿维巴坦或法硼巴坦的复方制剂，无论是否存在MBLs，这些抑制剂对伴随酶的抑制作用都能恢复氨曲南的抗菌活性。体外研究、已发表的病例报告以及对氨曲南（2 g q8h）与头孢他啶/阿维巴坦（2.5 g q8h）联合使用的回顾性分析均表明，这种联合用药方案对表达NDM和VIM酶的肠杆菌目细菌具有良好效果。研究发现，在联合使用头孢他啶/阿维巴坦时，氨曲南的MIC可以从256 mg/L降至0.125 mg/L。在一项2018至2021年间进行的单中心、观察性、回顾性研究中，24例成年患者在诊断为产VIM革兰阴性菌感染后，接受了至少48小时的头孢他啶/阿维巴坦和氨曲南治疗。在这一队列中，92%（22/24）的患者感染的细菌属于肠杆菌目，体外结果显示这两种药物对85%（15/18）的肠杆菌目细菌具有协同作用。2例患者在第14天出现临床失败，30天死亡率为18%（4/22）。

 

在临床实践中，头孢他啶/阿维巴坦和氨曲南对产MBLs细菌的体外研究正在不断进展。尽管微量肉汤稀释法（BMD）仍是抗菌药物敏感性试验（AST）的金标准，但对于绝大多数临床微生物实验室来说，这种方法并不切实际，而且自动AST系统也无法检测这种特定的药物组合。为了填补这一空白，已有研究报道采用了一些创新方法来评估药物的协同作用和“希望区”，包括交叉使用梯度扩散条、叠加梯度扩散条或纸片以及纸片洗脱。最近，市面上推出了一种含有氨曲南和固定浓度4 mg/L阿维巴坦的梯度扩散条，能够提供MIC值。

 

头孢他啶/阿维巴坦联合氨曲南治疗产MBLs肠杆菌目细菌感染所取得的成功表明，其他新型BL/BLIs也可能具有类似的疗效。体外研究比较了头孢他啶/阿维巴坦/氨曲南与美罗培南/法硼巴坦/氨曲南的抗菌效果，发现这两种药物组合能够实现相似的MIC降低。最近，时间-杀菌分析研究了亚胺培南/瑞来巴坦/氨曲南组合对同时携带MBLs和丝氨酸β-内酰胺酶的肠杆菌目细菌的抗菌作用。在氨曲南和亚胺培南的组合中加入瑞来巴坦，可对所有11种氨曲南耐药分离株产生协同作用。尽管目前关于法硼巴坦和瑞来巴坦的临床数据较为有限，但考虑到它们对质粒介导的ESBLs和AmpC具有相似的抑制作用，预计它们也能取得与阿维巴坦相似的治疗效果。

 

较少流行的碳青霉烯酶

 

尽管KPC、OXA-48和MBL是目前临床上最常见的碳青霉烯酶类型，但临床医生也应关注在肠杆菌属和沙雷菌属中较为罕见的几种Ambler A类碳青霉烯酶，包括SME、NmcA、IMI和FRI样酶。在一项针对19株（12株肠杆菌属和7株黏质沙雷菌）携带不同碳青霉烯酶的临床分离株的研究中，通过BMD检测发现，所有分离株均对头孢他啶单药敏感，而对亚胺培南和美罗培南单药不敏感。在BL/BLIs的应用方面，添加法硼巴坦后，所有分离株都恢复了对美罗培南的敏感性，而瑞来巴坦则使11/19（58%）株恢复了对亚胺培南的敏感性。对8株产SME黏质沙雷菌进行的体外评估也得到了类似的结果。目前，临床医生可能难以通过现有的诊断方法来识别这些不常见的碳青霉烯酶；不过，这些体外数据表明，头孢他啶/阿维巴坦或美罗培南/法硼巴坦可能是治疗由携带这些少见碳青霉烯酶的肠杆菌目细菌引起的感染的可行方案。

 

总结

 

在肠杆菌目细菌的治疗中，头孢他啶/阿维巴坦、美罗培南/法硼巴坦和亚胺培南/瑞来巴坦这3种新型BL/BLIs的区分主要基于，它们对D类OXA酶的作用以及BLIs和β-内酰胺类骨架药物之间的关系。对于携带OXA-48样酶的肠杆菌目细菌，头孢他啶/阿维巴坦应优于其他现有的BL/BLIs。

 

虽然这些新型BL/BLIs对携带MBLs的细菌缺乏活性，但已有研究表明，氨曲南联合头孢他啶/阿维巴坦的药物组合对肠杆菌目细菌和某些铜绿假单胞菌有效。今后仍需进一步研究，以更好地阐明美罗培南/法硼巴坦或亚胺培南/瑞来巴坦是否也能与氨曲南有效联合，以作为可接受的治疗方案。

 

表1. 3种BL/BLIs对不同耐药机制下肠杆菌目细菌的活性

耐药机制	头孢他啶/阿维巴坦	美罗培南/法硼巴坦	亚胺培南/瑞来巴坦
AmpC, ESBLs	+	+	+
OXA	++	-	-
MBL	++a	+a	+a

注：

++：体外活性和临床疗效；

+：仅有体外活性；

-：有限的体外活性；

a：与氨曲南联用时对MBLs有活性。

 

▌参考文献：

Fratoni AJ, Gethers ML, Nicolau DP, Kuti JL. Non-KPC Attributes of Newer β-lactam/β-lactamase Inhibitors, Part 1: Enterobacterales and Pseudomonas aeruginosa. Clin Infect Dis. 2024;79(1):33-42. doi:10.1093/cid/ciae048

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