聯(lián)系我們
抗微生物藥物耐藥(antimicirobial resistance，AMR)是全球公共衛生面臨的重要威脅。艱難梭菌(Clostridioides difficile，CD)是一種重要的多重耐藥菌，常對大環(huán)內酯類(lèi)、林可酰胺類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)、頭孢菌素類(lèi)和氟喹諾酮類(lèi)呈多重耐藥。該特征使得CD能夠在應用廣譜抗菌藥物導致腸道菌群失調時(shí)進(jìn)行優(yōu)勢生長(cháng)、產(chǎn)生毒素從而造成艱難梭菌感染(Clostridioides difficile infection，CDI)，同時(shí)其產(chǎn)芽孢的特性可造成CD在醫療機構內的廣泛傳播。從2013年開(kāi)始，CD就被被美國疾病控制和預防中心(Centers for Disease Control and Prevention，CDC)列為最緊迫的公共衛生威脅，每年給美國醫療保健系統造成10億美元的損失。至2019年美國CDC仍將其納入五大抗生素耐藥性緊急威脅之一。
當前臨床上推薦治療CDI的抗菌藥物有甲硝唑(metronidazole，MTZ)、萬(wàn)古霉素(vancomycin)
和非達霉素(fidaxomicin)。除此之外，有研究表明替加環(huán)素(tigecycline)可有效治療重度CDI，利福昔明(rifaximin)可能有助于預防CDI復發(fā)。然而，近年來(lái)發(fā)現CD對這些藥物的敏感性較前下降。來(lái)自美國休斯頓的一項研究結果顯示CDI患者糞便分離株中26%對萬(wàn)古霉素不敏感，29%對MTZ不敏感；而在肯尼亞內羅畢進(jìn)行的另外一項研究顯示對二者不敏感的分離株比例可高達67%和85%。與此同時(shí)，這兩種藥物治療失敗的報道也并不少見(jiàn)。在國內，艱難梭菌不屬于CARSS和CHINET細菌耐藥監測網(wǎng)監測病原菌范疇，但某些小規模流行病學(xué)研究仍然提示耐藥菌株的存在。Meta分析顯示2007~2013年間我國臨床來(lái)源艱難梭菌對利福平的耐藥率為18.3%，對四環(huán)素的耐藥率為46.8%，對甲硝唑和萬(wàn)古霉素則完全敏感。浙江杭州兩所三甲醫院2012~2015年間腹瀉患者糞便l來(lái)源的411株艱難梭中有15.6%對甲硝唑耐藥，36.3%對四環(huán)素耐藥，所有菌株均對萬(wàn)古霉素敏感，且產(chǎn)毒株的多重耐藥率(96.4%)遠高于非產(chǎn)毒菌株(31.4%)。艱難梭菌對抗菌藥物耐藥機制是多種多樣的。
細菌對抗菌藥物主要的幾類(lèi)耐藥機制在艱難梭菌中均比較常見(jiàn)。艱難梭菌可通過(guò)改變藥物結構造成抗菌藥物失效：例如通過(guò)轉座子Tn4453a和Tn4453b上攜帶的catD編碼的氯霉素乙酰轉移酶，對氯霉素伯羥基進(jìn)行乙?；揎棇е滤幬锸o(wú)法與細菌50S核糖體亞基結合；此外某些CD菌株編碼D類(lèi)β-內酰胺酶可破壞β-內酰胺環(huán)使頭孢菌素類(lèi)藥物失去活性。艱難梭菌還可對抗菌藥物靶點(diǎn)進(jìn)行修飾：例如vanCd操縱子的表達可造成CD肽聚糖前體末端d-Ser修飾，使該位點(diǎn)與萬(wàn)古霉素的親和力降低。迄今為止，在CD臨床株RpoB利福平耐藥決定區(rifampin resistance determining region，RRDR)中也已發(fā)現十余種耐藥突變，可能阻礙利福霉素類(lèi)藥物與靶點(diǎn)RpoB蛋白的結合。艱難梭菌編碼不同家族的轉運蛋白對抗菌藥物進(jìn)行主動(dòng)外排：例如CD中cdeA編碼的MATE家族轉運蛋白與氟喹諾酮耐藥有關(guān)，而ABC家族轉運蛋白CprABC介導了CD對抗微生物肽的抗耐藥性。生物膜的形成同樣參與了艱難梭菌對藥物的耐受：亞抑菌濃度的萬(wàn)古霉素和甲硝唑可增強CD生物膜的形成，同時(shí)CD生物膜又可耐受更高濃度的甲硝唑(10~100mg/L)和萬(wàn)古霉素(20mg/L)。除此之外，一些既往未考慮的機制如可轉移質(zhì)粒介導的耐藥(推測編碼N-乙酰胞壁酰-L-丙氨酸酰胺酶的萬(wàn)古霉素耐藥質(zhì)粒pX18-498，甲硝唑耐藥質(zhì)粒pCD-METRO等)，同樣可能在艱難梭菌AMR中發(fā)揮重要作用。
甲硝唑
MTZ是硝基咪唑類(lèi)抗生素，自20世紀90年代末以來(lái)一直是治療輕中度CDI的首選藥物。然而，自從流行毒株NAP1/027出現后，許多國家陸續報道了對MTZ低水平耐藥和異質(zhì)性耐藥的菌株，近年來(lái)甚至分離到高水平耐藥株。對MTZ治療響應降低的CDI病例報道也越來(lái)越多見(jiàn)。
MTZ是一種前體藥物，攝入菌體后，在胞內經(jīng)厭氧菌特有的低氧化還原電位酶促反應還原激活，雜環(huán)裂變后形成羥乙基肟酸和乙酰胺。MTZ的殺菌機制尚不明確，可能為活化反應伴隨生成的硝基自由基對厭氧菌產(chǎn)生細菌毒性，造成細菌死亡。
CD對MTZ耐藥亦可能涉及多種機制，其一是藥物還原激活通路的改變。參與藥物氧化還原反應的電子傳遞蛋白如丙酮酸黃多辛氧化還原酶PFOR等在該酶促反應中發(fā)揮了重要作用，這類(lèi)蛋白編碼基因的突變參與了耐藥形成。鐵離子作為組成PFOR等電子傳遞蛋白功能性
輔基(如含鐵硫簇)的重要元素，在MTZ還原激活途徑中發(fā)揮重要作用，因此鐵代謝/穩態(tài)的變化也被認為與CD對MTZ耐藥有關(guān)。
艱難梭菌對甲硝唑耐藥可能與甲硝唑的臨床療效下降有關(guān)。近期研究表明，艱難梭菌對MTZ MIC≥1μg/mL是基于MTZ的初始治療方案臨床治療失敗的獨立預測因素。來(lái)自美國與歐洲的兩個(gè)多中心隊列RCT研顯示甲硝唑標準方案下CDI初始治療失敗率接近30%，且后續出現CDI復發(fā)的概率總體達到23%，兩項指標均劣于萬(wàn)古霉素。因此近5年歐洲和美國指南中MTZ地位有所下降，僅推薦用于治療不能耐受或無(wú)法獲得萬(wàn)古霉素/非達霉素的輕中度CDI初次發(fā)作患者。
萬(wàn)古霉素
最常見(jiàn)的萬(wàn)古霉素耐藥機制是van基因介導的藥物靶點(diǎn)修飾，造成萬(wàn)古霉素與細胞壁親和力降低。van系列基因主要介導d-Lac或d-Ser兩種末端修飾。其中，d-Lac修飾(d-Ala-d-Lac)由vanA和vanB基因簇編碼，可造成高水平萬(wàn)古霉素抗性；d-Ser修飾(d-Ala-d-Ser)由vanC、vanE和vanG基因簇編碼，可造成低水平抗性。多藥外排泵是存在于細菌細胞膜中的主動(dòng)轉運蛋白，其中一個(gè)主要家族是ATP結合盒(ATPbinding cassette，ABC)轉運蛋白，水解ATP供能，對簡(jiǎn)單離子或大分子的溶質(zhì)如抗菌藥物進(jìn)行轉運外排。已有研究在幾種梭狀芽孢桿菌中證實(shí)轉運蛋白是造成多藥耐藥的主要原因。在CD中，陽(yáng)離子抗菌肽(cathelicidin antimicrobial peptide，CAMP)可誘導ABC轉運蛋白操縱子高表達，從而降低各種CAMP的有效性。
非達霉素
窄譜抗菌藥物非達霉素與細菌RNA聚合酶(RNA polymerase，RNAP)的夾型結構域結合，抑制DNA轉錄的起始步驟。自2011年起，美國食品藥品監督管理局批準非達霉素用于CDI。
非達霉素耐藥性源于RNAP結合位點(diǎn)的突變，包括RpoB (Gln1074Lys，Val1143Asp、Gly、Phe)和 RpoC(Gln781Arg，Asp1127Glu，Asp237Tyr)等多種突變。其中，Val1143Asp (MIC>64 mg/L) 和Val1143Gly (MIC=16 mg/L)也存在于非達霉素耐藥的臨床分離CD菌株中。RpoB的 Val1143Asp突變會(huì )影響CD的適應性和毒力。Val1143Asp、Val1143Gly 突變的實(shí)驗室菌株與其親本菌株R20291相比，整體生長(cháng)變緩、競爭適應性下降且毒素A和B的產(chǎn)生均減少，在 CDI金黃地鼠模型中其毒力也降低。
由于這類(lèi)耐藥突變伴隨著(zhù)適應性降低，且非達霉素的窄譜活性對腸道微生物群影響較小，因此如果在治療過(guò)程中出現耐藥突變，共生的多種腸道微生物群可能有助于減輕突變帶來(lái)的影響。
利福昔明和四環(huán)素類(lèi)
利福昔明抑制細菌RNA聚合酶。細菌RNA聚合酶β亞基RpoB突變是產(chǎn)生利福霉素抗性的主要機制。這些突變會(huì )破壞利福霉素和RpoB的直接相互作用或改變RpoB上的利福霉素結合口袋(rifamycin-binding pocket)結構。
已發(fā)現CD中存在多處可造成耐藥的RpoB突變，包括Ser488Tyr，Asp492Tyr，His502Asn/Tyr，Arg505Lys，Ser550Phe/Tyr。與其他菌株不同(例如腦膜炎奈瑟球菌和結核分枝桿菌)，RpoB突變導致CD對利福霉素產(chǎn)生耐藥性的同時(shí)不會(huì )產(chǎn)生體外和體內適應性代價(jià)。CD對利福霉素的耐藥性發(fā)展迅速，有研究顯示甚至在利福昔明用于CDI期間就可能出現耐藥，導致臨床效果不佳。
四環(huán)素類(lèi)是靶向細菌30S核糖體的廣譜抗菌藥物，可阻止氨基酰-tRNA與mRNA結合從而抑制蛋白質(zhì)翻譯。與利福昔明相比，CD對替加環(huán)素的耐藥率較低。CD通過(guò)轉座子(例如Tn916、Tn5397和Tn4453)攜帶的各種tet基因(例如tetM、tetW、tetA(P)和tetB(P))編碼的核糖體保護蛋白即延伸因子(elongationfactor)，介導四環(huán)素類(lèi)藥物耐藥性的產(chǎn)生。
隨著(zhù)對耐藥性變遷和耐藥機制的更好了解，將為抗菌藥物合理應用，遏制耐藥菌的產(chǎn)生和播散、新抗菌藥以及新耐藥菌快速檢測試劑盒的研發(fā)提供理論基礎。
- Antimicrobial Resistance Collaborators. Global burden of bacterial antimicrobial resistance in 2019: a systematic analysis. Lancet, 2022, 399(10325): 629–655.
- Khoruts A, Staley C, Sadowsky MJ. Faecal microbiota transplantation for clostridioides difficile: mechanisms and pharmacology. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2021, 18(1): 67–80.
- Boekhoud IM, Sidorov I, Nooij S, Harmanus C, Bos-Sanders IMJG, Viprey V, Spittal W, Clark E, Davies K, Freeman J, Kuijper EJ, Smits WK, COMBACTE-CDI Consortium. Haem is crucial for medium-dependent metronidazole resistance in clinical isolates of Clostridioides difficile. J Antimicrob Chemother, 2021, 76(7): 1731–1740.
- Zhao HL, Nickle DC, Zeng Z, Law PYT, Wilcox MH, Chen L, Peng Y, Meng J, Deng ZQ, Albright A, Zhong HZ, Xu X, Zhu SD, Shen JD, Blanchard RL, Dorr MB, Shaw PM, Li JH. Global landscape of clostridioides difficile phylogeography, antibiotic susceptibility, and toxin polymorphisms by post-hoc whole-genome sequencing from the MODIFY I/II studies. Infect Dis Ther, 2021, 10(2): 853–870.
