耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌流行现状、耐药机制及抗菌药物诊疗进展

武亚鑫，赵 敏，李浩然，王 珂

（吉林大学第二医院呼吸与危重症医学科，长春 130041）

肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae，KP）是肠杆菌科克雷伯氏菌属中最为重要的一种，其所致疾病占克雷伯氏菌属感染的95%。碳青霉烯类抗生素是目前治疗耐药细菌感染的临床一线药物，但随着抗生素的过度使用，出现了耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌（carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae，CRKP），CRKP感染影响患者的精神状态，降低患者生活质量，严重威胁患者的预后，研究[1]表明，住院患者CRKP感染后的死亡率达35%，CRKP的耐药机制尚未完全明确，探寻CRKP的耐药机制及高危因素已成为研究的热点。本研究拟对CRKP的流行现状、高危因素、耐药机制及诊疗进展进行概述。

1 CRKP的流行现状

KP已成为临床常见的致病菌，它可以引起住院患者的肺炎（HAP）、菌血症、尿路感染和手术部位感染[2]，随着各种耐药菌的不断出现，1997年MACKENZIE等[3]首次报道了CRKP，在之后的数十年中出现了CRKP的全球传播，美国已将CRKP列为21世纪最具威胁性的病原体之一，CRKP已成为美国发现的最常见的耐碳青霉烯肠杆菌（carbapenem-resistantent erobacteriaceae，CRE） 菌种，HAN等[1]进行的一项纳入3 846例KP菌株的回顾性研究发现KP的总碳青霉烯耐药率为24.6%，经过分析发现美国LTACHs网络中近25%的KP临床分离株是CRKP。CRKP还在世界其他地区流行，包括中国、以色列和一些南美洲国家。欧洲范围内的一些国家也相继报道了CRKP的流行，特别是希腊和意大利，从2005-2011年，希腊KP对碳青霉烯类抗生素的耐药比例从28%上升到68.2%[4]。在我国，2006年WEI等[5]首次报道了CRKP，而在这之后的数年中，CRKP在我国的检出率也不断升高，在过去12年中，CRKP的临床分离率从0.9%上升到19.9%[6]，有调查[7]显示2019年河南省及上海市CRKP检出率最高，分别为 32.8% 和 28.7%，西藏检出率最低，为0.6%，2019 年全国儿童医院、三级医院及二级医院CRKP检出率分别为 14.0%、11.6% 及5.5%，2019 年全国重症医学科患者CRKP检出率最高，为23.0%，高于住院、急诊及门诊患者。根据CHINET中国细菌耐药性监测结果显示2015-2018年KP对亚胺培南的耐药率分别为15.6%、16.1%、20.9%、25.0%，对美罗培南的耐药率分别为14.4%、18.8%、24.0%、26.3%，而在2005年对亚胺培南和美罗培南的耐药率仅为3.0%和2.9%，耐药率上升幅度超过8倍，同时从2015-2017年肺炎克雷伯菌对厄他培南的耐药率分别为11.2%、11.7%、14.4%[8-11]，其在革兰氏阴性杆菌中的检出率占比也在逐年升高。

据统计，到2050年抗生素耐药性感染将导致全球每年1 000万人死亡，其中最严重的威胁是CRE，其中CRKP在成人中的感染致死率为40%至50%[12]，在新生儿血液感染中的死亡率可高达75%[13]。自CRKP在全球流行以来，序列类型ST258已成为北美、拉丁美洲和欧洲最流行的CRKP克隆类型，而在亚洲，特别是在中国，ST11是优势克隆，占CRKP的60%[14]。超强毒力肺炎克雷伯氏菌（hypervirulent Klebsiella pneumoniae，HvKP）株最早于1982年在台湾发现[15]，后来美国、澳大利亚、墨西哥和韩国报道了它的存在[16-17]。HvKP菌株之所以得名，是因为它能够在年轻、健康的个人中引起感染，其侵袭力和致死率较高，此外，它还可能引起许多并发症，包括肝脓肿、坏死性筋膜炎、眼内炎和脑膜炎[18]，顾丹霞等[19]在《柳叶刀传染病》上报道了一起呼吸机相关肺炎的致死性暴发，该事件即由HvKP引起，同时，研究发现HvKP是属于ST11型的CRKP。不可否认的是随着CRKP及HvKP的不断出现，在治疗中曾经被认为是治疗KP最后防线的碳青霉烯类抗生素可能失去抗菌作用。

2019年末至今，由严重急性呼吸综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2）引起的冠状病毒病2019（COVID-19）在全球范围内大流行，新冠肺炎患者继发细菌感染（secondary bacterial infections，SBIs）对其预后有很大影响，LI等[20]回顾性研究了2020年1月27日-3月17日在中国武汉协和医院住院的所有COVID-19患者的资料，发现在1 495例新冠肺炎住院患者中102例（16.8%）患者有获得性SBIs，其中近一半（49.0%）患者在住院期间死亡，分离的159株菌株前三位分别为鲍曼不动杆菌（35.8%，57/159），肺炎克雷伯菌（30.8%，49/159）和嗜麦芽窄食单胞菌（6.3%，10/159），其中CRKP分离率为75.5%。另一项来自意大利的回顾性研究[21]发现重症监护室收治的35例COVID-19患者中有7例直肠拭子中发现CRKP，其中2人在28天内死亡，5人在ICU死亡，CRKP感染性休克相关死亡率为28.6%，且具有CRKP获得性感染的新冠肺炎患者的住院时间更长，住院死亡率更高，以上数据表明在新冠肺炎感染者中，我们似乎有必要重视CRKP的获得性感染。

2 CRKP的危险因素

抗生素耐药性是一种日益严重的危机，也是对人类健康的严重威胁，一项研究收集了医院2006-2020年3 054株KP，发现KP菌株亚胺培南、头孢唑林、庆大霉素、妥布霉素、环丙沙星、头孢他啶的耐药率分别由2.33%、27.91%、16.28%、13.95%、18.60%、9.30%上升至12.83%、40.82%、21.57%、25.07%、44.61%、17.78%[22]，因此，了解与CRKP感染发展相关的危险因素对于识别高危患者预防CRKP感染非常重要，一项纳入6项研究共涉及3 627名参与者的荟萃分析指出，16个危险因素中包括较长的住院天数、ICU治疗、既往使用抗生素和接触碳青霉烯类抗生素与CRKP感染的发生有关[4]。ZHU W M等[23]的研究，选择2个对照组即碳青霉烯敏感的肺炎克雷伯菌（carbapenemsensitive Klebsiella pneumoniae，CSKP）感染的患者和未感染CRKP的患者，CSKP感染与CRKP感染患者，两项比较发现收治于重症监护病房、中心静脉导管、机械通气、气管切开、尿管使用、抗生素使用、碳青霉烯类抗生素暴露和氨基糖苷类药物暴露是感染CRKP的高位因素。识别可改变的危险因素可在预防CRKP感染中发挥重要作用。

3 CPKP的耐药机制

CRKP的耐药机制尚未明确，已知的机制有产碳青霉烯酶、高产AmpC/ESBLs酶合并外膜孔蛋白缺失或表达不足、作用靶点的缺失或数量不足、外排泵作用增强、整合子和质粒介导的耐药、生物被膜的形成、免疫逃逸策略等，其中最主要的机制为产碳青霉烯酶，碳青霉烯酶主要包括A类肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶如KPC，B类为金属β-内酰胺酶（Metallo-β-lactamases，MBLs） 如 NDM、IMP 及VIM，D类OXA-48碳青霉烯酶及其衍生物。

3.1 产KPC酶

产生KPC的肺炎克雷伯菌通常与侵袭性高风险克隆有关，如序列ST258和ST11。产生KPC的ST258和ST11现已成为美国以及许多欧洲和亚洲国家的流行克隆，而NDM和OXA-48碳青霉烯酶也相继在各种KP克隆中被发现[13]。KPC主要与转座元件Tn4401相关，表现出广泛的地理变异，KPC酶能够水解除头霉素类[24]以外的青霉素类、头孢菌素类、碳青霉烯类、氨曲南等几乎所有β-内酰胺类抗生素，它可以被阿维巴坦、瓦博巴坦和瑞来巴坦等β-内酰胺酶抑制剂抑制，而克拉维酸和他唑巴坦的抑制作用较弱[25]，在CRKP中介导blaKPC-2基因传播的质粒主要为IncFII，同时除产碳青霉烯酶耐药基因外，CRKP均含有2～3个产超广谱β-内酰胺酶基因如blaCTX-M、blaSHV和blaTEM等，这些耐药基因的表达，共同导致了CRKP的耐药。KPC-2和KPC-3是最为常见的KPC，在美国，blaKPC-3是主要的基因类型[26]，而在中国，blaKPC-2是最常见的基因类型。KOBAYASHI等[27]的研究发现ST258序列的CRKP可以携带编码胶囊多糖（capsule polysaccharide，Cps）的基因，在世界范围内的ST258临床分离株中主要为Cps-1和Cps-2两种衣壳类型，携带有Cps基因的CRKP能够抵抗中性粒细胞的吞噬作用，从而促进细菌在人体内的播散。BAND等[12]的研究发现在74株CRKP中，85.1%的菌株KPC-2产生阳性，与非ST11菌株相比，ST11 CRKP菌株对blaKPC-2的检出率较高。

QIN X等[26]的一项为期3个月的前瞻性队列研究中，对243名ICU患者在入院时和入院之后每周进行一次肠道和鼻咽部肺炎克雷伯菌携带的筛查，发现与入院时无肺炎克雷伯菌定植的患者相比，入院时有CSKP定植的患者在ICU期间更容易获得CRKP定植，且在ICU中ST11-blaKPC-2-CRKP的携带率和感染率较高。我国一项研究数据揭示2008-2018年浙江地区CRKP患病率从2.5%上升到15.8%，2018年浙江省报告的耐药率（CRKP＞50%）是中国最高的，特别是ST11-blaKPC-2-CRKP的发病率和耐药性明显上升[28]。

3.2 产NDM酶

产NDM的CRKP在南亚国家、中东和巴尔干地区的流行率最高[29]，在世界其他国家也有零星报告。NDM已在11科60种细菌中鉴定出24个变异体，而在KP中常见的序列为ST11、ST14、ST15[29]。产NDM的细菌通常对青霉素类、碳青霉烯类和头孢菌素类抗生素耐药，MBLs不被临床上可用的β-内酰胺酶抑制剂抑制，在体外可以被锌结合剂EDTA和二吡啶甲酸以及新型抑制剂如杜洛巴坦、那库巴坦和齐德巴坦等抑制[30]，此外MBLs不能水解氨曲南，所以其对单菌素类抗生素仍敏感。CRKP中的blaNDM基因存在于INCA/C、INCF、INCK、INCH、INCN、INCL/M和INCX等质粒中，而介导blaNDM-1耐药基因在菌株间传播的主要质粒类型是INCA/C，与此同时INCA/C质粒上也可以携带有其他类抗生素的耐药基因，例如与氨基糖苷类抗生素耐药相关的16SrRNA甲基化酶基因RmtA和RmtC，与广谱头孢菌素耐药相关的CMY型β-内酰胺酶基因，及与喹诺酮耐药相关的QnrA基因，这些耐药基因可随着质粒介导的水平转移在细菌间广泛传播。XU等[31]研究报道，从中国杭州血液感染患者中分离的一株CRKP，属于序列ST11，共发现8个耐药基因其中包括2个碳青霉烯酶基因即blaKPC-2和blaNDM-1，该CRKP对除替加环素和黏菌素外的所有抗生素均耐药。LIU等[32]对四川省12家医院的74株CRKP进行基因组序列分析，其中有26株产B类酶，包括22株携带blaNDM，4株携带blaIMP，其余48株均携带blaKPC-2。SHERCHAN等[33]从尼泊尔住院患者中分离到6株对碳青霉烯类和氨基糖苷类高度耐药的KP，均携带blaNDM-5、blaOXA-181或-232和甲基酶rmtB，与NDM-1相比，NDM-5有2个氨基酸替代（Val88Leu和Met154Leu）对碳青霉烯类和扩谱头孢菌素具有更强的耐药性。BAHMANI等[34]的一项回顾性研究发现在收集的400份临床标本中，鉴定出114株KP，28个（24.6%）分离株对亚胺培南具有抗性，而其中15个（53.6%）分离株的MBLs酶生产呈阳性，PCR结果显示，blaNDM-1、blaVIM-1和blaIMP-1基因的频率分别为10（66.7%）、4（26.7%）和1（6.7%）。

3.3 产OXA-48酶

产生OXA-48的CRKP主要在土耳其、北非和欧洲流行，而它们的衍生物OXA-181在印度次大陆较常见[33]。OXA-48可以水解苯唑西林和青霉素类抗生素，还能够抵抗β-内酰胺酶抑制剂的抑制作用[35]，OXA-48基因的传播与INCL质粒上的Tn1999转座子相关，携带有blaOXA-48的INCL质粒（pOXA-48a）是高度可传播的，其转移频率比带有blaNDM-1的INCL质粒（pNDM-OM）的转移频率高50倍[36]，OXA-48可被头孢他啶/阿维巴坦抑制，因为该酶不能水解头孢他啶[37]。

3.4 耐黏菌素CRKP

黏菌素分为多黏菌素B和多黏菌素E两类，均为多肽类抗生素，均为浓度依赖性快速杀菌剂，通过改变细菌细胞膜通透性导致细菌死亡，对革兰阴性菌如大多数肠杆菌科、鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌等有靶向活性，CRKP在体外对于多黏菌素B仍是最敏感的[6]，多黏菌素E敏感率为80.62%[38]，其次是替加环素，但是随着多黏菌素、替加环素等抗菌药物的使用，耐多黏菌素、耐替加环素和头孢他啶-阿维巴坦耐药的CRKP相继出现，给临床治疗带来巨大挑战。NGUYEN等[13]通过调查越南胡志明市一家医院爆发的两起高死亡率院内疫情，发现了具有碳青霉烯类和黏菌素耐药性的CRKP，黏菌素耐药的主要机制包括由pmrA/B、PhoQ/P和crrA/B等双组分系统（two-component systems，TCS）突变引起的细菌内毒素的改变，以及mgrB基因（TCS调节器）的突变或中断，导致黏菌素耐药性激活。同样，NISHIDA等[39]在日本发现的一株泛耐药CRKP对广谱头孢菌素、碳青霉烯类、氨基糖苷类、氯霉素、磷霉素、氟喹诺酮类、多黏菌素、四环素和磺胺甲恶唑均耐药，通过探寻其耐药机制发现黏菌素耐药性与调节Phop/PhoQ的mgrB基因突变有关。HUANG等[40]的研究也发现质粒IS介导的mgrB基因突变是黏菌素耐药的主要机制，而黏菌素暴露是黏菌素耐药的唯一独立危险因素。

3.5 耐替加环素CRKP

替加环素属于新一代四环素类衍生抗生素，通过可逆结合细菌核糖体30s 亚基，阻断tRNA进入核糖体A位点，从而抑制细菌蛋白质的合成，由于其单独使用极易产生耐药且其在血液和尿液中药物浓度较低，因此，有研究表明替加环素应采用联合用药且不应单药治疗严重的血液感染和尿路感染[41]。替加环素在CRKP中仍相对敏感，耐药率大多＜10%，但随着产生超广谱β-内酰胺酶（ESBL）和多重耐药（multi-drug resistance，MDR）CRKP的出现，替加环素的耐药性也逐渐升高。YANG等[42]从9所医院的血液感染患者中分离出耐替加环素CRKP，均为ST11-KP-2-CRKP，发现ISKpn26在耐替加环素分离株中广泛阻断acrR，导致AcrAB-Tolc外排泵激活，通过外排泵的主动外排作用将药物排出细菌体外，从而降低了对替加环素的敏感性。还有研究发现耐替加环素CRKP的耐药机制主要通过RND转运蛋白和AcrAB外排泵发挥作用[43]，同时质粒携带的tet（A）突变基因和rpsJ突变基因，也会导致替加环素不敏感[44]。

3.6 耐孢他啶/阿维巴坦CRKP

β-内酰胺酶抑制剂通过促进酶的水解发挥抗菌药物活性，主要包括克拉维酸、舒巴坦和他唑巴坦以及新型β-内酰胺酶抑制剂阿维巴坦，可以与其他抗菌药物制成复方制剂，如哌拉西林/他唑巴坦、哌拉西林/舒巴坦、头孢哌酮/舒巴坦和头孢他啶/阿维巴坦等。随着抗生素的大量使用，近几年有大量关于耐头孢他啶/阿维巴坦CRKP的报道。ZHANG等[45]收集了872株CRKP，其中头孢他啶/阿维巴坦的耐药率为3.7%（32/872），研究发现MBLs的产生、blaKPC-2点突变和KPC的高表达是其主要耐药机制。VENDITTI等[46]发现26株对头孢他啶/阿维巴坦耐药的KP，其中有14株同时对头孢他啶/阿维巴坦和碳青霉烯类抗生素耐药，blaKPC基因的突变，特别是KPC酶的omega环和两个热点突变区的突变是其耐药的主要原因，另外还有研究指出OmpK35孔蛋白缺乏可以增加头孢他啶水解率，从而增加其耐药性[47]。

3.7 CR-HvKP

超强毒力相关基因通常编码在毒力质粒上，也可以作为整合子结合元件的一部分在染色体中编码，毒力基因包括rmpA/rmpA2（与高粘性表型有关）、iroBCDN、iuta、iuacABCD、ybt基因（编码多个铁载体及其受体）和clb基因（编码粘连蛋白基因毒素）[18]。HvKP通常对碳青霉烯类抗生素敏感，然而FENG等[48]表明有ST11序列CRKP通过获得类似pLVPK的毒力质粒来获得超强毒力，GU等[49]的研究也发现典型的CRKP获得了一个约170kbp的pLVPK毒力质粒，从而变成耐碳青霉烯类超强毒力肺炎克雷伯菌（CR-HvKP）。AHMED等[50]在埃及一名60岁ICU住院女性患者的血液中分离出了CRHvKP株，其同时具有携带blaNDM-1和超强毒力基因的新型杂交质粒与携带blaKPC-2的质粒，综上所述，碳青霉烯耐药和超强毒力的结合极大地影响了抗菌剂的选择，给临床治疗、感染控制和公共卫生带来严峻挑战。

4 CPKP的诊疗进展

目前，CRKP 的治疗措施比较局限，初期抗感染治疗尤为重要，可影响预后，应遵循早期、足量的原则。治疗分单药和联合抗感染治疗，有多项研究表明，联合抗感染治疗疗效优于单药治疗。常用的药物有多黏菌素、替加环素、β-内酰胺酶抑制剂、磷霉素等，除此之外，还有一些新型药物如头孢他啶—阿维巴坦、碳青霉烯类—新型酶抑制剂等。

单独使用多黏菌素易产生异质性耐药，故推荐与碳青霉烯类、替加环素、磷霉素、利福平等抗菌药物联合用药，有协同抗菌作用。有研究[51]报道，多黏菌素B与美罗培南或利福平联用在体外对CRKP表现为协同和相加抗菌作用。在无严重药物副作用或肝肾功能不全的情况下，对于严重感染建议使用高剂量替加环素的联合治疗[41]，GENG等[52]的一项临床试验，将40名ICU收治的CRKP患者分为2组，一组给予高剂量替加环素（200 mg负荷剂量，随后每12 h服用100 mg），另一组给予标准计量（100 mg负荷剂量，然后每12 h服用50 mg），结果发现高剂量替加环素治疗方案与CRKP感染患者的生存时间延长和死亡率降低有关。头孢他啶-阿维巴坦由于其强大的体外活性、低毒性和优于传统治疗方案的临床优势，已成为美国产生KPC的CRE的首选治疗方法，但单一治疗可能导致携带KPC基因的CRKP产生耐药性。ZHANG等[53]通过体内体外试验发现头孢他啶-阿维巴坦对产KPC-2和OXA-232的CRKP有明显的杀菌作用，与氨曲南联用时，对产NDM的CRKP也有较强的协同杀菌作用，同样，PRAGASAM等[54]也证明头孢他啶-阿维巴坦与氨曲南联用对于产NDM及OXA-48的CRKP抑制作用明显升高。另外有研究[55]发现，孢他啶-阿维巴坦与碳青霉烯类抗生素联用有协同作用，可以用于严重CRKP感染，特别是对于头孢他啶/阿维巴坦最低抑菌浓度（MIC）接近敏感点的分离株，然而还有一些研究[56]证明头孢他啶/阿维巴坦与多黏菌素联用并不能提高体内外抗菌活性及生存率。OJDANA等[57]发现头孢他啶-阿维巴坦与磷霉素联合对产NDM的CRKP协同作用最强，头孢他啶-阿维巴坦与厄他培南的联合对产KPC的CRKP协同作用最强，此外，头孢他啶-阿维巴坦与厄他培南、头孢他啶-阿维巴坦与替加环素的联合用药能使所有产KPC和OXA-48肺炎克雷伯菌的MIC降至敏感点以下。BARNES等[58]的试验证明那库巴坦-美罗培南联合治疗对产KPC-2和KPC-3的CRKP有效。ZHAO等[59]则发现卡托普利可以增强美罗培南的活性，并恢复其对产MBLs的CRKP的疗效。Erdem等[60]通过联合用药试验发现双碳青霉烯类抗生素与多黏菌素联合应用可能是治疗多黏菌素和碳青霉烯耐药肺炎克雷伯菌的一种有潜力的选择。最近，还有研究发现针对ST258胶囊多糖的兔抗体显著增强了人血清的杀菌活性，并促进了人中性粒细胞对这种病原体的吞噬和杀灭，即开发一种针对CRKP感染的免疫疗法（疫苗）是可行的[27]。

5 小结

全球范围内CRKP的检出率明显升高，且耐药情况显著，医院院内感染的控制以及CRKP的筛查需要得到加强，还应重视控制患者住院期间的CRKP获得性感染，尤其是免疫力低下、较危重患者及COVID-19患者，新型抗菌药物的研发也迫在眉睫，现有治疗药物如多黏菌素及替加环素的实验室及临床试验数据仍不够充分，在明确多黏菌素及替加环素的最佳给药方式及治疗模式上仍需进一步研究。