洋葱伯克霍尔德菌复合群耐药机制及药物治疗进展

梁春宏,张学艳,周丽娟

洋葱伯克霍尔德菌复合群(Bcc)是由20余种基因型不同但遗传相似度很高的物种组成的一组革兰阴性非发酵菌[1]。广泛分布于自然界中的土壤、水、植物和动物体内,是院内感染常见病原菌之一。Bcc易引起肺囊性纤维化(CF)和免疫功能低下患者感染,与CF患者的肺功能加速减退和病死率增加有关[2]。该菌传染性强,可通过直接接触传播。近些年来,由药品、消毒剂和防腐剂等污染引起的院内感染暴发屡见不鲜,严重威胁人类健康[3]。Bcc具有固有的多重耐药性,一项对CF患者感染的119株Bcc研究显示,50%的菌株对所有检测的单一抗菌药物耐药,8%对任一两种抗菌药物组合耐药,如何选择有效的抗菌药物治疗方案是Bcc治疗的难题[4]。然而,目前对Bcc的耐药机制并不明确,药物治疗方案缺乏指南依据。本文对目前已研究发现的Bcc耐药机制和药物治疗进展进行综述,为其耐药性的进一步探索和临床抗菌药物治疗提供参考。

1 Bcc的耐药机制

Bcc具有外排泵高水平表达、产β-内酰胺酶、外膜通透性差等多种复杂的耐药机制,各耐药机制之间可相互协同,共同保护Bcc免受不同结构抗生素的侵害[5-6]。

1.1 外排泵高水平表达 耐药结节化细胞分化家族(RND)外排泵的高水平表达在Bcc分离株中普遍存在,是其主要的耐药机制。在对至少一种抗菌药物耐药的42株Bcc分离株研究显示[7],94.4%的头孢他啶耐药株和72.7%的氯霉素耐药株表现出外排泵活性。该研究同时表明,RND-3外排泵调节基因BCAL1672突变是外排泵激活的主要原因,可能与氯霉素、美罗培南和左氧氟沙星的耐药有关。另外,Gautam等[6]人研究发现,Bcc对β内酰胺类抗菌药物(包括头孢他啶、哌拉西林—他唑巴坦、美罗培南)和复方新诺明的敏感性下降与外排泵基因mexA高表达有关,对氯霉素耐药则与mexX的高表达相关。

1.2 β-内酰胺酶的表达介导 目前,根据氨基酸序列将β-内酰胺酶分为A、B、C和D四类[8]。Bcc含有A、C和D类β-内酰胺酶的染色体编码。PenB编码A类β-内酰胺酶,AmpC为C类β-内酰胺酶,均与Bcc对β-内酰胺类抗菌药的耐药性有关。PenR是一种LysR型调节剂,它操控Bcc细菌中PenB和AmpC的表达,以应对β-内酰胺类药物的抗菌活性[9]。另外,细胞壁肽聚糖循环关键酶AmpD易发生突变,可诱导AmpC和PenB样β-内酰胺酶的产生,使细菌对抗菌药物产生快速反应[10]。

1.3 Bcc细胞膜的渗透屏障作用 在革兰阴性细菌中,细胞膜由内膜、周质空间和含有脂多糖的外膜组成,而Bcc的固有耐药性与外膜孔蛋白和脂多糖变化相关早已被证实[11]。脂多糖结构的变化可影响Bcc黏附、定植和逃避宿主防御机制的能力,其分子的大小和数量,厚度,表面电荷分布等均可影响细胞外膜的渗透性能[12-13]。Bcc通过修饰其脂多糖成分,使其对多黏菌素产生获得性耐药。β-内酰胺类抗生素等亲水性药物依赖于通过成孔外膜蛋白扩散到达细胞内靶点[14];Bcc的限制性孔蛋白能减少药物渗透,与脂多糖共同构成抵御抗菌药物的第一道防线[15]。

1.4 生物膜的形成 生物膜的形成是原核生物生命周期的一个古老而不可或缺的组成部分,是细菌能在不同环境中生存的关键因素。生物膜中的细菌能免受各种环境因素的影响,如pH改变、渗透压、极端温度、高压或营养稀缺等,还能帮助细菌防御宿主免疫系统的攻击[16]。而Bcc不仅可在非生物表面(例如玻璃和塑料),还可在上皮细胞等生物表面形成生物膜,是造成CF患者肺部感染久治不愈的重要原因[17]。

1.5 水平基因转移 移动遗传元件和基因组岛的交换和移动促进了耐药基因的传播。新基因的进化和获得,通过增强Bcc在生态位内的适应能力,增加了其对多种抗菌药物的耐药性[18]。外膜囊泡(OMV)由外膜起泡产生,囊泡腔内包含脂多糖、肽聚糖、磷脂、遗传物质(DNA和RNA)以及细胞周质蛋白等,是细菌水平基因转移的载体。近期研究发现,肺炎克雷伯菌的OMV可将质粒转移到Bcc,从而引起耐药基因的传播[19]。

2 Bcc的药物治疗

2.1 囊性纤维化患者Bcc肺部感染的治疗 囊性纤维化是一种累及多系统的常染色体隐性遗传病,常导致抗菌药物难以根除的持续性细菌感染。Garcia等[23]成功实施了单中心的CF患者Bcc根除方案,其中包括基于体外敏感性的抗菌药物静脉(阿奇霉素/妥布霉素/TMP-SMX)、吸入(首选妥布霉素吸入剂)和口服(TMP-SMX/阿奇霉素)给药组合,以最大发挥药物体内治疗的协同作用。该方案中,考虑到铜绿假单胞菌(P.aeruginosa)在CF人群中的合并感染率高,故将妥布霉素纳入用于对P.aeruginosa的经验性覆盖。大环内酯类抗菌药物本身对Bcc无抗菌活性,但阿奇霉素可作为免疫调节剂,抑制CF患者的过度炎性反应[24]。有研究表明,阿奇霉素能诱导P.aeruginosa外排泵的表达,会降低妥布霉素的细胞内浓度[25]。因此,目前对阿奇霉素和妥布霉素在CF疾病中的联合用药问题尚未达成共识,需要进一步研究。一项对CF患者呼吸道标本中分离的Bcc药敏试验发现[26],头孢他啶—阿维巴坦对90%的Bcc分离株敏感,高于一线治疗药物TMP-SMX 64%和头孢他啶63%的敏感率。因此,在一线治疗药物无效的情况下,头孢他啶—阿维巴坦可作为对抗Bcc感染的备选方案。另外,Zeiser等[27]研究发现,哌拉西林能抑制AmpC酶,阿维巴坦则是PenA样β-内酰胺酶的有效抑制剂,哌拉西林—他唑巴坦—头孢他啶—阿维巴坦组合能高效对抗囊性纤维化患者对头孢他啶—阿维巴坦耐药的Bcc分离株。目前在CF患者中,Bcc的根除存在很大困难,有效的治疗方案也缺乏充分的证据支持,需开展多中心随机对照研究进一步探索。

2.2 Bcc菌血症的治疗 序贯器官衰竭估计评分(SOFA评分)的升高和不适当的初始经验性抗感染治疗被证明是Bcc菌血症患者病死率增加的独立危险因素,因此对脏器功能的支持性治疗和恰当的经验性抗感染治疗对改善Bcc血症患者的临床预后十分重要。Bcc菌血症的治疗往往由于病情严重而选择广谱抗菌药物,如美罗培南、头孢他啶及环丙沙星等[28-29]。有研究表明,如果一线疗法证明无效或药敏试验显示分离株具有临界MIC值的情况下,头孢他啶—阿维巴坦可作为Bcc菌血症的补救疗法[30]。但该疗法存在多方面限制,如缺乏头孢他啶—阿维巴坦药敏试验、治疗成本高及在细菌产金属β-内酰胺酶情况下会导致治疗失败等。在非CF患者中发生的Bcc菌血症主要是院内获得(79.2%),且常与中心静脉导管(CVC)相关(42.1%)[28]。因此,除了有效的抗菌药物治疗,尽早移除导管对治疗CVC相关的Bcc菌血症十分关键。

2.3 Bcc腹膜透析中的导管出口和隧道感染的治疗 Bcc引起的腹膜透析患者导管出口感染和隧道感染在未经及时治疗的情况下会引发腹膜炎。单纯的出口感染可以通过口服抗生素如环丙沙星治疗,而隧道感染和腹膜炎通常需在使用抗菌药物治疗的同时移除导管,否则会导致重复感染[31-32]。另外,在口服抗菌药物不耐受的情况下,可选择连续性或间歇性腹腔注射头孢他啶[33]。

2.4 Bcc眼内炎和角膜炎的治疗 Bcc发生眼部感染主要表现为眼内炎和角膜炎,均会导致视力不佳。Bcc可引起创伤后、急性发作和迟发性术后眼内炎。在等待药敏结果期间,可予患者口服环丙沙星和玻璃体内注射头孢他啶。另外,术中规范消毒、无菌操作以及正确预防性使用抗菌药物能降低术后眼内炎的发生率[34]。Bcc引起角膜炎非常罕见,与术后并发眼内炎、外伤、佩戴隐形眼镜或与先前的眼部疾病,如疱疹性角膜炎等相关[35-36]。氟喹诺酮类药物(如左氧氟沙星、环丙沙星、加替沙星)可用于Bcc角膜炎的经验性治疗,在使用该类药物不能改善临床症状的情况下,头孢他啶可能是有效的替代药物,必要时需手术干预[36]。

3 展 望

Bcc因其复杂的耐药机制和固有的多重耐药性给临床治疗带来很大挑战。目前抗Bcc感染的有效方案不仅限于缺乏指南推荐,且更多来源于单中心、小样本研究或体外试验,甚至是个案报道。开展可靠的多中心、大样本随机对照研究,以评估不同抗感染方案对Bcc感染患者的有效性,是今后需要进一步研究的方向。Bcc防控和治疗形势严峻,医护人员须提高医院感染防控意识,重视器械消毒,严格无菌操作,防止此类菌株在医院环境中播散。同时,根据国家药品监督管理局药品审评中心要求,化学药品新药上市申请前,对于口服、吸入口服、黏膜、皮肤和鼻腔给药的非无菌水溶液制剂,应根据相关技术要求对Bcc进行充分研究,并制定相应的控制策略[37]。鉴于Bcc耐药性强导致治疗困难,在选择抗菌药物时要结合本地区、本单位的细菌耐药情况,并及时送检标本,根据药敏情况合理选择抗菌药物。临床医师和临床药师在Bcc相关感染患者治疗过程中应结合患者特点、总结相关治疗经验和循证依据,积极寻求最优的治疗方案,最终改善Bcc感染防控现状,使患者获益最大化。

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