重磅研究：头孢他啶 - 坦尼硼巴坦对 190 种 β- 内酰胺酶的覆盖谱及临床意义

《Antimicrobial Agents and Chemotherapy》：Spectrum of cefepime-taniborbactam coverage against 190 β-lactamases defined in engineered isogenic Escherichia coli strains

这篇研究构建 190 株表达不同 β- 内酰胺酶的大肠杆菌同基因菌株，评估头孢他啶 - 坦尼硼巴坦（cefepime-taniborbactam）对 β- 内酰胺酶的抑制活性。结果显示，其比头孢他啶 - 阿维巴坦（ceftazidime-avibactam）覆盖谱更广，与氨曲南 - 阿维巴坦（aztreonam-avibactam）相当，为临床治疗提供重要依据。

　　### 引言
头孢他啶 - 坦尼硼巴坦是一种新型 β- 内酰胺 /β- 内酰胺酶抑制剂（BL-BLI）组合，正处于临床开发阶段，用于治疗由多重耐药细菌病原体引起的复杂尿路感染。在 3 期临床试验中，头孢他啶 - 坦尼硼巴坦在治愈测试访视时的主要复合终点上统计学优于美罗培南。

头孢他啶是第四代头孢菌素，通过与细菌细胞壁合成所需的青霉素结合蛋白（PBP）共价结合来抑制敏感细菌的生长。坦尼硼巴坦（以前称为 VNRX-5133）是一种环状硼酸酯 β- 内酰胺酶抑制剂，可恢复头孢他啶对产生 β- 内酰胺酶的多重耐药（MDR）肠杆菌科细菌和铜绿假单胞菌的抗菌活性。在 GEARS 全球监测计划中，头孢他啶 - 坦尼硼巴坦抑制了 99.5% 的 20,725 株肠杆菌科细菌和 96.5% 的 7,919 株铜绿假单胞菌临床分离株。

同基因菌株面板是评估 β- 内酰胺对 β- 内酰胺酶的敏感性谱以及 β- 内酰胺酶抑制剂与 β- 内酰胺配对的抑制谱的有力工具。在本研究中，构建了 190 株过量表达肠杆菌科细菌和铜绿假单胞菌中存在的多种 β- 内酰胺酶的大肠杆菌同基因菌株，以评估头孢他啶 - 坦尼硼巴坦的抗菌活性。

结果与讨论

1. 大肠杆菌同基因菌株构建的设计要素：为评估坦尼硼巴坦对 β- 内酰胺酶的抑制活性广度，构建了单独过量表达每种 β- 内酰胺酶的大肠杆菌 K-12 DH10B 同基因菌株。使用携带高拷贝数复制起点、bla_TEM-1启动子、TEM-1 信号序列和密码子优化的成熟 β- 内酰胺酶编码序列的质粒，以优化 β- 内酰胺酶的表达水平。通过对已知为每种特定 β- 内酰胺酶底物的对照 β- 内酰胺抗生素的敏感性降低，证实了每种 β- 内酰胺酶的产生。
2. 头孢他啶 - 坦尼硼巴坦对 190 种 β- 内酰胺酶的活性：测定了头孢他啶、头孢他啶 - 坦尼硼巴坦、头孢他啶和头孢他啶 - 阿维巴坦对 190 株过量表达单个 β- 内酰胺酶的大肠杆菌菌株的最低抑菌浓度（MIC）。评估的 β- 内酰胺酶包括 50 种 Ambler A 类、34 种 B 类（金属）、48 种 C 类和 58 种 D 类酶，其中 77 种 β- 内酰胺酶作为碳青霉烯酶发挥作用。

总体而言，在 190 株同基因菌株中，头孢他啶的 MIC₅₀/MIC₉₀值为 8/128 μg/mL，头孢他啶的 MIC₅₀/MIC₉₀值均 > 128 μg/mL。头孢他啶 - 坦尼硼巴坦（MIC₅₀/MIC₉₀为 0.25/8 μg/mL）比头孢他啶 - 阿维巴坦（MIC₅₀/MIC₉₀为 4/>128 μg/mL）表现出更强的活性，与氨曲南 - 阿维巴坦（MIC₅₀/MIC₉₀为 0.5/4 μg/mL）活性相似。头孢他啶 - 坦尼硼巴坦抑制了过量产生金属 β- 内酰胺酶的菌株，包括临床重要的 NDM 和 VIM 酶，而头孢他啶 - 阿维巴坦则没有覆盖这些酶。
3. 头孢他啶 - 坦尼硼巴坦对 A 类丝氨酸 β- 内酰胺酶的覆盖：在 50 株过量产生 Ambler A 类 β- 内酰胺酶的同基因菌株中，31 株（62.0%）对单独的头孢他啶表现出≥16 μg/mL 的 MIC。添加坦尼硼巴坦后，头孢他啶 - 坦尼硼巴坦对所有菌株的 MIC 降至≤4 μg/mL。一些 A 类 β- 内酰胺酶会影响头孢他啶 - 阿维巴坦和氨曲南 - 阿维巴坦的敏感性，但不会使头孢他啶 - 坦尼硼巴坦的 MIC 升高到≥8 μg/mL。
4. 头孢他啶 - 坦尼硼巴坦对 B 类金属 β- 内酰胺酶的覆盖：在 34 株过量产生 Ambler B 类金属 β- 内酰胺酶（MBLs）的同基因菌株中，25 株（73.5%）对单独的头孢他啶表现出≥16 μg/mL 的 MIC。添加坦尼硼巴坦后，28 株菌株的头孢他啶 - 坦尼硼巴坦 MIC≤8 μg/mL，但对一些酶（如 IMP-1、NDM-9、NDM-30 和 VIM-83）抑制效果不佳。坦尼硼巴坦对某些 IMP 变体（如 IMP-59）有抑制作用，而其他硼酸盐抑制剂 ledaborbactam 对 IMP Asn233Tyr 变体也有抑制作用。
5. 头孢他啶 - 坦尼硼巴坦对 C 类丝氨酸 β- 内酰胺酶的覆盖：在 48 株过量产生 Ambler C 类 β- 内酰胺酶的同基因菌株中，12 株（25.0%）对单独的头孢他啶表现出≥16 μg/mL 的 MIC。添加坦尼硼巴坦后，除 PAC-1 外，所有菌株的头孢他啶 MIC 均降至≤8 μg/mL。一些 C 类 β- 内酰胺酶的突变与对头孢菌素和 β- 内酰胺酶抑制剂组合的耐药性相关，但坦尼硼巴坦对这些突变菌株仍有抑制作用。
6. 头孢他啶 - 坦尼硼巴坦对 D 类丝氨酸 β- 内酰胺酶的覆盖：在 58 株过量产生 Ambler D 类 β- 内酰胺酶的同基因菌株中，14 株（24.1%）对单独的头孢他啶表现出≥16 μg/mL 的 MIC。添加坦尼硼巴坦后，除一株产生 OXA-1 的菌株外，所有菌株的头孢他啶 - 坦尼硼巴坦 MIC≤8 μg/mL。头孢他啶 - 坦尼硼巴坦对不同类型的 OXA β- 内酰胺酶表现出不同的活性，与头孢他啶 - 阿维巴坦和氨曲南 - 阿维巴坦相比，对 OXA-10 型酶的活性有所不同。
7. 结论：本研究丰富了对头孢他啶 - 坦尼硼巴坦治疗谱的理解。在这 190 株不同的 β- 内酰胺酶过量产生菌株中，头孢他啶 - 坦尼硼巴坦的 β- 内酰胺酶覆盖谱比头孢他啶 - 阿维巴坦更广，与氨曲南 - 阿维巴坦相当，为临床治疗提供了重要参考。

材料与方法

1. 抗生素：头孢他啶、美罗培南、氨曲南购自 USP，头孢他啶和哌拉西林购自 Sigma，坦尼硼巴坦由 Venatorx 的化学家合成，阿维巴坦按先前描述制备。
2. 构建产生单个 β- 内酰胺酶的大肠杆菌同基因菌株：使用携带高拷贝数复制起点、bla_TEM-1启动子、TEM-1 信号序列和密码子优化的 β- 内酰胺酶编码序列的质粒，在大肠杆菌 K-12 DH10B 菌株中过量表达 190 种 β- 内酰胺酶。通过对控制 β- 内酰胺抗生素的敏感性变化来确认 β- 内酰胺酶的表达。
3. 体外敏感性测试：根据临床和实验室标准协会（CLSI）方法，在阳离子调整的 Mueller Hinton 肉汤（CAMHB）微量稀释试验中测定 β- 内酰胺单独或与 β- 内酰胺酶抑制剂组合的体外抗菌活性。使用特定的质量控制菌株确保 MIC 测定在可接受范围内。
4. 计算机结构建模和对接：使用 Molecular Operating Environment 软件（MOE）进行结构建模和对接。以 IMP-1 的 X 射线结构坐标为模板，构建 IMP-4 和 IMP-59 的同源模型，并进行坦尼硼巴坦的非共价对接。