综述：新型抗菌药物对金属 β- 内酰胺酶产生菌的体外活性及耐药机制

本文综述新型抗菌药物对金属 β- 内酰胺酶（MβL）产生菌的作用，涵盖特性、活性及耐药机制。

　　

1. 研究背景

自 20 世纪下半叶以来，抗生素的发展与应用极大地改变了传染病的治疗和预防方式，推动了现代医学的进步。然而，如今抗菌药物耐药性（AMR）问题日益严重，影响着各个国家和医疗领域。细菌的 AMR 在 2019 年直接导致 127 万人死亡，并与 495 万例死亡相关，若不采取有效干预措施，预计到 2050 年每年死亡人数将升至 1000 万。COVID-19 大流行进一步加速了 AMR 的传播与出现，使得形势更为严峻。

在 AMR 的诸多威胁中，碳青霉烯耐药性问题最为紧迫。碳青霉烯类作为 β- 内酰胺类药物的重要组成部分，在临床治疗中占据关键地位。随着碳青霉烯耐药菌（CRO）的全球传播，与之相关的死亡人数也在不断上升，从 1990 年的 61.9 万增加到 2021 年的 103 万。在 CRO 中，肠杆菌科、铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌是世界卫生组织优先关注的三大多重耐药病原体。而产碳青霉烯酶的 CRO 亚群，因其在医疗机构中具有高死亡率和高传播性，备受临床和公共卫生领域关注。

金属 β- 内酰胺酶（MβL）属于 Ambler B 类 β- 内酰胺酶，虽然其感染总体发生率低于其他产碳青霉烯酶菌株，但近年来其流行率显著增加。这可能与新型 β- 内酰胺酶抑制剂组合（如头孢他啶 / 阿维巴坦、美罗培南 / 瓦博巴坦和亚胺培南 / 瑞来巴坦）的临床应用有关，这些抑制剂无法抑制 MβL，从而对 MβL 的传播产生了强大的选择压力。

2. MβL 概述

MβL 与丝氨酸 β- 内酰胺酶（Ambler A、C、D 类）不同，其亲核基团并非活性位点丝氨酸，而是与一个或两个 Zn²⁺离子配位的活化水 / 氢氧根。根据配位氨基酸配体的不同，MβL 可分为 B1、B2 和 B3 三个亚类。

目前发现的大多数 MβL 属于 B1 亚类，包括亚胺培南酶（IMP）、维罗纳亚胺培南酶（VIM）和新德里 MβL（NDM）家族。B2 亚类的酶数量有限，如嗜水气单胞菌和维氏气单胞菌产生的 CphA，以及粘质沙雷氏菌产生的 Sfh-I。B3 亚类包含约 50 种不同的 MβL 酶，其中 L1 MβL 由嗜麦芽窄食单胞菌组成型表达，该菌是一种新兴的多重耐药革兰氏阴性菌，可引发医院获得性感染。

编码 B2 和 B3 类酶的 β- 内酰胺酶基因位于染色体上，而 B1 类基因大多位于质粒上，能够通过水平基因转移在种内和种间轻易传播。在 B1 类的 50 多种酶中，NDM、VIM 和 IMP MβL 从流行病学和临床角度来看最为关键。它们能水解除氨曲南外的所有 β- 内酰胺类药物，缺乏临床可用的抑制剂，且在多种革兰氏阴性菌以及医院和环境储库中广泛传播，成为日益严重的公共卫生问题。此外，还不断有对锌亲和力更高或需锌量更少的新变体出现，增强了它们在人体感染部位等相对缺锌环境中对 β- 内酰胺类药物的水解活性。

3. 治疗 MβL 感染的药物研发进展

面对 MβL 带来的挑战，新型抗菌药物不断涌现，部分已获批临床应用，部分仍处于临床试验阶段。这些药物为治疗 MβL 产生菌感染提供了更多选择，同时也面临着耐药性等问题的考验。

• 头孢地尔（Cefiderocol）：是一种新型铁载体头孢菌素，通过与细胞外游离铁结合，借助主动铁转运系统进入革兰氏阴性菌的周质空间，同时还利用传统的孔蛋白介导转运系统，以此克服外膜通透性改变等耐药机制。其结构与头孢吡肟和头孢他啶相似，但添加了不同的组成基团，增强了对包括 MβL 在内的 β- 内酰胺酶的稳定性。多项研究表明，头孢地尔对碳青霉烯类非敏感和 MβL 产生菌的体外活性较高，但对 NDM 产生菌的活性相对较低。在体内，头孢地尔单药治疗对 MβL 产生菌感染有效，不过 NDM 产生菌感染的临床恢复率低于非 NDM 产生菌感染。然而，使用头孢地尔或其他 β- 内酰胺类药物治疗后，可能会出现头孢地尔耐药性，其耐药机制包括铁转运系统相关基因突变、β- 内酰胺酶表达、青霉素结合蛋白 PBP-3 突变、孔蛋白缺失和外排泵过表达等。
• 氨曲南 / 阿维巴坦（Aztreonam/avibactam）：是一种由单环 β- 内酰胺和非 β- 内酰胺 β- 内酰胺酶抑制剂组成的复方制剂。阿维巴坦可抑制 A、C 和部分 D 类 β- 内酰胺酶，但 MβL 不能被其抑制。由于氨曲南常与其他能水解它的 β- 内酰胺酶共表达，所以氨曲南单药治疗对 MβL 产生菌往往无效。多项研究评估了氨曲南 / 阿维巴坦对全球分离的肠杆菌科和铜绿假单胞菌的体外活性，结果显示，它对碳青霉烯类非敏感和 / 或碳青霉烯酶产生的肠杆菌科菌株的体外活性较高，对 MβL 产生的肠杆菌科菌株也有较好的活性，但对碳青霉烯类非敏感和 MβL 产生的铜绿假单胞菌的活性较低。在体内，氨曲南 / 阿维巴坦在治疗复杂腹腔内感染（cIAI）和医院获得性肺炎（HAP）等方面有一定疗效，但也有耐药性的报道，其耐药机制主要包括 PBP-3 编码基因突变和 C 类 β- 内酰胺酶（如 CMY-45 和 CMY-59）的表达。
• 头孢吡肟 / 坦尼罗巴坦（Cefepime/taniborbactam）：坦尼罗巴坦属于环硼酸盐家族，对 KPC、OXA-48 和部分 MβL（VIM 和 NDM，但不包括 IMP）具有 β- 内酰胺酶抑制活性。它通过不同机制抑制丝氨酸 β- 内酰胺酶和 MβL 酶，是首个对这两类酶都有直接抑制作用的硼酸盐抑制剂。全球监测研究显示，头孢吡肟 / 坦尼罗巴坦对肠杆菌科和铜绿假单胞菌的体外活性较高，但不同地区和研究中其药敏率存在差异。其耐药机制包括 IMP 样碳青霉烯酶产生、PBP-3 改变、孔蛋白丢失、外排泵上调，且常伴有 NDM 变体或 D 类 β- 内酰胺酶的表达。目前，一项评估其治疗复杂性尿路感染（cUTI）疗效和安全性的 3 期临床试验已完成，另一项 3 期临床试验正在进行中。
• β- 内酰胺 / 西鲁巴坦（β-lactam/xeruborbactam）：西鲁巴坦是一种双环硼酸盐 β- 内酰胺酶抑制剂，具有超广谱的 β- 内酰胺酶抑制活性，对所有类别的 β- 内酰胺酶都有抑制作用。与其他 β- 内酰胺类药物联合使用时，对碳青霉烯耐药和 / 或碳青霉烯酶产生的肠杆菌科、MβL 产生的肠杆菌科以及碳青霉烯耐药和 / 或碳青霉烯酶产生的鲍曼不动杆菌复合物分离株具有较强的体外活性，但对铜绿假单胞菌的活性较低，尤其是对碳青霉烯类和 / 或头孢他啶 / 阿维巴坦和 / 或头孢洛扎 / 他唑巴坦耐药的分离株。目前，西鲁巴坦与头孢布烯和头孢地尔的联合用药正处于 1 期临床试验阶段，以评估其安全性和药代动力学。
• 头孢吡肟 / 齐德巴坦（Cefepime/zidebactam）：齐德巴坦是一种二氮杂双环辛烷 β- 内酰胺酶抑制剂，具有 PBP-2 结合活性。与头孢吡肟联合使用时，可通过同时灭活 PBP-2 和 PBP-3，在亚 MIC 水平产生快速杀菌作用。该组合对碳青霉烯耐药和 / 或碳青霉烯酶产生的肠杆菌科和铜绿假单胞菌具有较高的体外活性，对氨曲南 / 阿维巴坦和头孢吡肟 / 坦尼罗巴坦耐药的大肠杆菌菌株也有较高活性。其耐药机制包括 MexAB-OprM 及其调节基因、PBP-2 和 PBP-3 的多个突变。在体内，头孢吡肟 / 齐德巴坦在中性粒细胞减少小鼠的肺部或大腿感染模型中对 MβL 表达的铜绿假单胞菌和产碳青霉烯酶的肺炎克雷伯菌有效，目前正在进行一项全球 3 期临床试验，用于治疗成人 cUTI 或急性肾盂肾炎。
• β- 内酰胺 / 那库巴坦（β-lactam/nacubactam）：那库巴坦是一种新型二氮杂双环辛烷 β- 内酰胺酶抑制剂，可抑制多种类型的 β- 内酰胺酶，对 PBP-2 有显著亲和力。与 β- 内酰胺类药物联合使用时，对 MβL 产生的肠杆菌科具有较高的体外活性，但对铜绿假单胞菌的活性较低，这可能与铜绿假单胞菌的固有耐药性以及常见的耐药机制（如 mexAB-oprM 过表达和 OprD 缺陷）有关。在体内，那库巴坦与 β- 内酰胺类药物联合使用对碳青霉烯耐药和碳青霉烯酶（包括 MβL）产生的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌具有较高的抗菌活性。目前，有两项 3 期临床试验正在评估那库巴坦与头孢吡肟和氨曲南联合治疗碳青霉烯耐药肠杆菌科引起的 cUTI 或急性非复杂性肾盂肾炎的安全性和有效性。
• 舒巴坦 / 达洛巴坦（Sulbactam/durlobactam）：已被美国食品药品监督管理局批准用于治疗由鲍曼不动杆菌复合物敏感菌株引起的成人 HAP/VAP。舒巴坦是一种青霉素衍生物，具有抗菌和抑制 A 类丝氨酸 β- 内酰胺酶的作用，还能抑制 PBP-1 和 PBP-3 发挥杀菌作用。达洛巴坦是新一代二氮杂双环辛烷 β- 内酰胺酶抑制剂，对 A、C 和 D 类丝氨酸 β- 内酰胺酶有强效活性，对 PBP-2 有固有抗菌活性。该组合对全球收集的多重耐药鲍曼不动杆菌临床分离株具有较高的药敏率，在治疗由鲍曼不动杆菌复合物引起的严重感染方面，其临床疗效与粘菌素相当。鲍曼不动杆菌对舒巴坦 / 达洛巴坦的耐药与 MβL 表达以及 PBP-3 和 / 或 PBP-2 的改变有关，此外，该组合对 NDM 产生的大肠杆菌也有较高活性，未来有望用于治疗 MβL 产生的肠杆菌科感染。

4. 研究结论

新型抗菌药物的研发为应对 MβL 产生菌的挑战提供了更多手段。头孢地尔和氨曲南 / 阿维巴坦已在临床应用，而 β- 内酰胺与新型 MβL 抑制剂（如坦尼罗巴坦和西鲁巴坦）以及 β- 内酰胺与新的二氮杂双环辛烷 β- 内酰胺酶抑制剂（如齐德巴坦和那库巴坦）的组合正处于临床评估阶段。

不同药物对 MβL 产生菌的活性存在差异。氨曲南 / 阿维巴坦对 MβL 产生的肠杆菌科的体外活性高于头孢地尔，但对 MβL 产生的铜绿假单胞菌和多重耐药鲍曼不动杆菌的活性不佳；头孢地尔对除部分 NDM 产生菌外的菌株活性较好，二者对嗜麦芽窄食单胞菌均有较高活性。在 β- 内酰胺 / 新型 MBL 抑制剂组合中，头孢吡肟 / 坦尼罗巴坦对 MβL 产生的肠杆菌科，尤其是 VIM 产生菌株活性较强，但对 IMP 碳青霉烯酶、VIM-83 和部分 NDM 变体活性较差；西鲁巴坦虽然抑制谱广，但这两种组合对铜绿假单胞菌的治疗机会有限。β- 内酰胺与新的二氮杂双环辛烷 β- 内酰胺酶抑制剂的组合，如头孢吡肟 / 齐德巴坦，对多重耐药肠杆菌科、铜绿假单胞菌和鲍曼不动杆菌复合物分离株，包括 MβL 产生菌，具有较好的体外活性。

未来研究应探索头孢地尔与新型 β- 内酰胺酶抑制剂联合使用的可能性，研究新的协同策略。鉴于治疗过程中可能出现耐药机制和突变菌株的选择，合理使用这些新药需要有商业化的体外药敏试验检测方法，以便实施适应这一复杂现象的监测计划，为临床治疗 MβL 产生菌感染提供更有效的指导。