基于蒙特卡洛模拟优化万古霉素与替考拉宁治疗耐甲氧西林葡萄球菌血流感染的给药方案*

周义正，黄晨，嵇金如，应超群，王培培，刘志盈，肖永红

(1.湖北省荆州市中心医院检验医学部，荆州 434020；2.长江大学第二临床医学院，荆州 434020；3.宁波市医疗中心李惠利医院呼吸内科，宁波 315000；4.浙江大学医学院附属第一医院传染病诊治国家重点实验室、国家感染性疾病临床医学研究中心、感染性疾病诊治协同创新中心，杭州 310003)

近年来，随着创伤性诊疗技术在临床的广泛开展以及广谱抗菌药物和糖皮质激素的大量使用，血流感染的发病率呈现逐年增高趋势。血流感染病死率高，且住院时间延长，增加住院费用，危害严重[1]。葡萄球菌是导致血流感染的重要病原菌，其中耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistantStaphylococcusaureus，MRSA)和耐甲氧西林凝固酶阴性葡萄球菌(methicillin-resistant coagulase negativestaphylococci，MRCNS)所占比例均呈逐年增高的趋势[2-3]。鉴于MRSA与MRCNS的多重耐药性，糖肽类抗菌药物中万古霉素与替考拉宁成为治疗此类多重耐药菌最有效的药物。糖肽类抗菌药物在体内多以原型经肾脏排泄，仅少量经其他方式排泄，在肾功能正常成人体内，万古霉素平均半衰期为 6 h，替考拉宁平均半衰期则达到45～60 h。但在肾功能不全者中，以上两种糖肽类抗菌药物半衰期则显著延长。因此，有必要对其在不同肾功能患者中的给药方案进行优化，以便更好地指导临床合理用药。

目前，计算机模拟方法已被美国食品药品管理局(FDA)推荐用于制定临床给药方案，其中蒙特卡洛模拟(monte carlo simulation，MCS)[4]是一种基于计算机模拟的分析方法，其通过计算机运行成千上万次模拟，从而较准确地获得指定目标的发生概率，为决策者提供参考数据。该技术能有效规避目前临床实践中存在的主观干扰大和样本量少等问题，其主要用于模拟抗菌药物药动学(pharmacokinetics，PK)/药效学(pharmacodynamics，PD)模型以优选给药方案。笔者在本文以该方法优化万古霉素与替考拉宁对耐甲氧西林葡萄球菌血流感染不同肾功能患者的给药方案，以期为临床用药提供科学客观的参考依据。

1 材料与方法

1.1PK/PD参数 本研究关于万古霉素和替考拉宁在18岁以上成人人群中药动学参数来自于MOISE-BRODER等和BYRNE等[5-6]发表的高质量临床试验研究相关文献，具体数值见表1。依据表1中的肌酐清除率(CLcr)，将肾功能不同患者分为 3 组：A组[CLcr 91～120 mL·min-1·(1.73 m2)-1]、B 组[CLcr 60～90 mL·min-1·(1.73 m2)-1]和 C 组[CLcr 30～59 mL·min-1·(1.73 m2)-1]。

表1 肾功能不同成人患者中万古霉素与替考拉宁的药动学参数

1.2菌株来源与鉴定 本次研究共纳入耐甲氧西林葡萄球菌(methicillin-resistant staphylococcus，MRS)1235株，其来源于全国血流感染细菌耐药监测联盟(Bloodbacterial Resistant Investigation Collaborative System，BRICS)平台2018—2019年收集的菌株。1235株细菌均来源于非重复患者的血培养标本，血培养操作遵照《临床微生物实验室血培养操作规范》(WS/T503-2017)[7]，并排除污染菌株。细菌鉴定采用布鲁克公司的MALDI Biotyper微生物快速质谱鉴定系统，操作步骤与质量控制均遵照厂家提供的操作手册，基质液和标准品为厂家配套产品。

1.3菌株的药敏试验 采用头孢西丁纸片法检测葡萄球菌对甲氧西林耐药性，具体方法如下：将待测菌株接种于哥伦比亚血琼脂平板，35 ℃培养18～24 h，取适量菌落于0.9%氯化钠溶液中调成0.5麦氏浊度菌悬液，然后按要求均匀涂布于M-H琼脂，最后将头孢西丁纸片贴于其上，35 ℃培养16～18 h，量取抑菌圈直径观察结果，具体操作和判定标准遵照临床实验室标准化协会(Clinical and Laboratory Standards Institute，CLSI)文件M100-S30[8]。对万古霉素(温州康泰生物科技公司)和替考拉宁(大连美伦生物技术有限公司)的最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration，MIC)检测采用微量肉汤稀释法，具体操作和判定标准遵照CLSI文件M100-S30[8]。

1.4给药方案 各组给药剂量依据国家食品药品监督管理局(CFDA)批准的万古霉素(商品名：稳可信，礼来苏州制药有限公司)药品说明书和替考拉宁(商品名：他格适，赛诺菲北京制药有限公司)药品说明书，确定万古霉素与替考拉宁给药方案，万古霉素：500 mg、q12h，1000 mg、qd，1000 mg、q12h，1000 mg、q8h；替考拉宁：400 mg、qd，600 mg、qd，400 mg、q12h，600 mg、q12h(首剂负荷)。以上给药方案针对的研究对象是≥18岁成人。

1.5蒙特卡洛模拟 以万古霉素和替考拉宁在不同肾功能患者体内的PK参数和对MRS菌株的药效学数据建立PK/PD模型，万古霉素与替考拉宁均为长抗菌后效应(postantibiotic effect，PAE)的时间浓度依赖性抗菌药，其抑菌效果随浓度提高而增大，其PK/PD参数可以表示为：AUIC=AUC·MIC-1，其计算公式为：AUC24h=Dose24·CL-1，AUC24h·MIC-1=Dose24·CL-1·MIC-1。其中，AUC24h为24 h药物浓度-时间曲线下面积(mg·h·L-1)；Dose24为24 h给药剂量(mg·kg-1)；CL为万古霉素的血浆清除率(L·kg-1·h-1)；MIC为最低抑菌浓度(μg·mL-1)。fAUC24=AUC24h×游离参数，根据文献，万古霉素在人血液中的游离参数被设定为50%[9]。

根据PK/PD模型，本研究将AUIC作为靶参数，对以上设定的给药方案进行蒙特卡洛模拟，可得到PK/PD参数达标概率(probabtarget，PTA)或累计反应分数(cumulative reaction fraction，CFR)。评价与优化给药方案采用比较PTA或CFR的大小，当 PTA最高或当菌株的MIC不确定而对不同肾功能患者采取经验性治疗时，可参考目标菌群的CFR值，将PTA≥90%或 CFR≥90%设定为治疗方案可能的最佳选择。

本研究采用浙江大学医学院附属第一医院传染病诊治国家重点实验室购买自美国甲骨文公司的水晶球软件(版本11.1.2.4.000)进行MCS，分别对不同MIC值下的给药方案进行MCS。参照文献[6，10]，本研究中万古霉素与替考拉宁治疗MRS可获得满意疗效的药效学目标分别设定为：fAUIC≥200和AUIC≥800。假设药动学参数服从对数正态分布，MIC值服从自定义分布，模拟运行10 000次，置信区间设为95%，计算各组不同肾功能患者在不同给药方案下的PTA与CFR。

2 结果

2.1细菌鉴定与药敏试验结果 头孢西丁纸片法检测结果显示，纳入研究的1235株葡萄球菌均对甲氧西林耐药，具体包括金黄色葡萄球菌(sau)394株、人葡萄球菌(sho)316株、表皮葡萄球菌(sep)280株、溶血葡萄球菌(shl)151株和头状葡萄球菌(sca)94株。万古霉素药敏试验结果显示，2株金黄色葡萄球菌与1株人葡萄球菌为中介，其他菌株均敏感。替考拉宁药敏试验结果显示，12株和2株金黄色葡萄球菌分别为中介和耐药，其他菌株均敏感。万古霉素与替考拉宁对不同细菌MIC值分布频率见表2。

表2 万古霉素与替考拉宁对不同菌株的MIC值频率分布

2.2蒙特卡洛模拟抗菌药物不同给药方案对MRS的PTA 4种万古霉素给药方案的研究结果显示，3种肾功能情况下，MIC≥4 μg·mL-1时，PTA值均<90%；MIC=0.25 μg·mL-1时，PTA值均达到100%；MIC值0.5～2 μg·mL-1时，PTA值随MIC值波动于0～100%。具体数据见表3。4种替考拉宁给药方案的研究结果显示，3种肾功能情况下，MIC≥4 μg·mL-1时，PTA值均<90%；MIC≤0.5 μg·mL-1时，PTA值均达到100%；MIC值1～2 μg·mL-1时，PTA值随MIC值波动于0～100%，具体见表4。

表3 3组万古霉素不同给药方案对MRS的PTA

表4 3组替考拉宁不同给药方案对MRS的PTA

2.3蒙特卡洛模拟抗菌药物不同给药方案对MRS的CFR值 上述PTA值为特定给药方案在已知MIC值下达到PK/PD参数目标阈值的概率。但临床在面对MRS导致的血流感染危急情况时，通常需要在药敏试验结果尚未出来前制定合理经验给药方案，此时参考CFR值有较大帮助，因为CFR值代表某种给药方案对所有可能MIC值范围内的菌株群体达到PK/PD参数目标阈值的概率。

对万古霉素给药方案的研究结果显示，肾功能重度不全时，给药方案1000 mg、q12h对sho的CFR为90.2%，给药方案1000 mg、q8h对5种MRS菌株的CRF均>94.0%；肾功能中度不全时，给药方案1000 mg、q8h对sho的CFR为90.4%；其他所有给药方案对其他菌株的CRF均<90%，具体见表5。对替考拉宁给药方案的研究显示，在3种肾功能下，4种替考拉宁给药方案对金黄色葡萄球菌和溶血葡萄球菌的CRF值均<90%；部分给药可能对人葡萄球菌、表皮葡萄球菌和头状葡萄球菌的CRF值>90%，具体见表6。

表5 3组万古霉素给药方案对MRS的CFR

表6 3组替考拉宁给药方案对MRS的CFR

3 讨论

蒙特卡洛模拟是一种先进的统计建模方法，可以依据药动学个体差异和药敏试验结果扩大样本量，以使用不同的模拟方案预测治疗目标的成功可能性。其通过计算PTA和CFR以探索不同模拟剂量方案的最佳折点，并确定经验性抗菌治疗的适当剂量方案和治疗成功的可能性。本研究综合考量临床分离菌株的耐药水平和患者肾功能状态，借助蒙特卡洛模拟对万古霉素和替考拉宁治疗MRS所致菌血症的方案进行了初步探讨。

研究显示，正常肾功能情况下，4种万古霉素给药方案对5种葡萄球菌的CFR值均<90%，这表明当菌株MIC值不明确时，对于正常肾功能者，本研究中的所有给药方案对葡萄球菌所致菌血症的经验性治疗效果不佳。以上情况与既往相关的文献报道不一致[11]，其原因可能与不同感染来源的葡萄球菌对万古霉素的敏感程度存在差异，也可能是近年来在抗菌药物压力下，万古霉素对葡萄球菌的MIC值增高造成的。1000 mg、q8h给药方案是本研究中唯一可能达到疗效的方案，但结合万古霉素肾毒性，尤其是在肾功能不全患者中，此剂量下发生肾毒性的风险将会显著增高[12]。针对肾功能不全患者，常规需要降低给药剂量至500 mg、q12h或500 mg、q24h，在该给药方案下，本研究发现对MRS所取得的CFR值仅为8.3%～57.0%，表明采用万古霉素治疗葡萄球菌所致菌血症时，有必要检测菌株MIC值，这将有利于提前评估疗效并决策联合其他抗菌药物治疗的必要性。

替考拉宁与万古霉素同属糖肽类抗菌药物，是临床常用治疗革兰阳性菌感染的重要药物。替考拉宁对多种革兰阳性球菌具有高等抗菌活性，对大多数金黄色葡萄球菌和其他凝固酶阴性葡萄球菌的抗菌活性与万古霉素一致或略优。本研究显示，在3种肾功能状态下，针对MRSA，4种替考拉宁给药方案的CFR值均<90%，表明替考拉宁用于治疗MRSA所致菌血症时应适当提高剂量以提高疗效或者与其他抗菌药物联合治疗，这与相关文献的推荐一致[13]。对于MRCNS而言，后3种给药方案对于人葡萄球菌的CFR值在不同肾功能情况下均能超过90%；但对其他菌种的CFR值则因肾功能状态呈现不同水平。此外，本研究显示替考拉宁治疗溶血葡萄球菌的CFR值在5种葡萄球菌中最低，这可能与本研究中溶血葡萄球菌对替考拉宁的MIC值较高有关，也与相关文献的报道一致[13]。与万古霉素类似，在不同MIC值情况下，各给药方案的PTA存在差异。当MIC≥4 μg·mL-1时，3种肾功能情况下4种给药方案的PTA均<90%；但当MIC≤0.5 μg·mL-1时，3种肾功能情况下4种给药方案PTA均>90%。这表明采用替考拉宁治疗MRS所致菌血症时，有必要检测菌株MIC值，这将有利于选择更佳的治疗方案或评估疗效和调整治疗方案。此外值得关注的是，本研究发现了2株对替考拉宁耐药的金黄色葡萄球菌，此类特殊耐药菌株近年来有少量文献报道[14-15]，其耐药机制可能与tcaRAB、vraSR、graSR等基因的突变有关[15]，但确切耐药机制有待进一步研究。

总之，本研究通过大数据方法，对来源于全国的1235株血流感染来源的葡萄球菌的万古霉素和替考拉宁MIC值进行测定，并结合不同肾功能状态下的相关药动学参数，采用蒙特卡洛模拟对万古霉素和替考拉宁治疗MRS所致血流感染的给药方案进行相关评价。本研究表明，经验性用药时，目前推荐万古霉素给药方案1000 mg、q12h对多数MRS所致菌血症疗效欠佳，有必要根据患者肾功能状态合理提高剂量或者联合其他抗菌药物治疗。此外，测定MIC值对于万古霉素和替考拉宁治疗方案的制定具有较高价值，这有利于提前评估疗效或调整治疗方案。需要说明的是，本研究中使用的万古霉素和替考拉宁药动学参数来源于国外文献，考虑到国外人群的体质量相对国内偏高所带来的影响，其可能对针对国内人群的疗效评估产生影响。此外，本研究未考虑患者免疫状态对疗效的影响；同时，蒙特卡洛模拟并不能考虑药物应用的安全性，也未考虑血流感染患者常伴有多器官受损情况。因此，实际应用时应综合考虑患者情况，对治疗方案进行针对性调整。临床采用蒙特卡洛模拟所推荐的治疗方案时，还应密切关注患者用药后是否存在不良反应。

志谢：本研究数据来源于全国血流感染细菌耐药监测联盟(BRICS)成员单位2018—2019年监测数据，数据使用已获BRICS成员单位授权。

特此鸣谢BRICS成员单位(排名按实际分析菌株)：

浙江大学医学院附属第一医院；

丽水市中心医院；

滨州医学院附属医院；

连云港市第一人民医院；

安徽医科大学第一附属医院；

皖南医学院弋矶山医院；

安徽省立医院；

武汉市普仁医院；

荆州市第一人民医院；

宁夏回族自治区人民医院；

安阳地区医院；

云南省第二人民医院；

浙江省中医院；

黄山市人民医院；

宁德市闽东医院；

济宁医学院附属医院；

庆阳市人民医院；

滕州市中心人民医院；

六安市人民医院；

新疆伊犁哈萨克自治州友谊医院；

宜春市人民医院；

九江市第一人民医院；

山东第一医科大学附属省立医院；

荆州市中心医院；

赣南医学院附属第一医院；

莆田市第一医院；

海宁市人民医院；

胜利油田中心医院；

牡丹江医学院附属红旗医院；

宁波大学医学院附属医院；

浙江大学医学院附属妇产科医院；

安徽医科大学第四附属医院；

安徽省天长市人民医院；

陕西省人民医院；

河南科技大学第一附属医院；

荆州市第二人民医院；

六安世立医院；

蚌埠医学院第二附属医院；

河南大学淮河医院；

山东大学齐鲁儿童医院；

自贡市第三人民医院；

山西医科大学第二医院；

安徽庐江县人民医院；

嘉峪关市第一人民医院；

合肥市第三人民医院；

中国人民解放军北部战区总医院；

新余市新钢中心医院；

西安医学院第一附属医院；

甘肃省中医院；

郴州市第一人民医院；

山西医科大学第一医院；

云南省盈江县人民医院；

福建医科大学附属第二医院；

六安市儿童医院；

南昌大学第一附属医院；

兰州大学第二医院。