为什么有些铜绿假单胞菌对碳青霉烯类耐药,却对头孢他啶或哌拉西林敏感?

铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa,PA)为非发酵革兰阴性杆菌,通常作为正常菌株定植于人体皮肤、呼吸道、肠道等部位,是临床常见的条件致病菌。当宿主的防御机制或免疫机制缺损时,条件致病菌则可导致感染发生。目前,PA感染的发生率高达10%~35%,是院内感染的主要致病菌[1,2]

在大部分人的印象里,碳青霉烯类药物常用于三代头孢或加酶抑制剂治疗失败后的感染,对革兰阴性杆菌的耐药率要远低于头孢他啶及哌拉西林,但CHINET中国细菌耐药监测网监测结果显示[3],PA对亚胺培南及美罗培南的耐药率分别高达23.3%及18.5%,对头孢他啶及哌拉西林的耐药率却分别仅为15.1%及16.4%。这是为什么呢?

为什么有些铜绿假单胞菌对碳青霉烯类耐药,却对头孢他啶或哌拉西林敏感?

图1 15054株PA对抗菌药物的耐药率(CHINET 2023)

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从PA对碳青霉烯类的耐药机制说起

据报道,PA对碳青霉烯类耐药的主要机制包括产碳青霉烯酶、外排泵过表达及膜孔蛋白丢失等[4]

其中,碳青霉烯酶不但可以水解碳青霉烯类抗菌药物,对青霉素类、头孢菌素及氨曲南等均有水解活性,因此无法解释两者在耐药率上的差异[5]

外排泵是细菌与环境相互作用的一种方式,可以保护他们免受有毒化合物、抗菌分子、活性氧和其他有毒物质的侵害。当外排泵附近的抗菌药物浓度增加时,外排泵则会发生构象改变,将相应的抗菌药物排出体外。其中MexAB-OprM外排泵被报道可输出多种抗菌药物,包括喹诺酮类、大环内酯类、四环素类及大多数的β-内酰胺类抗菌药物[6]。因此,外排泵的存在也很难解释这一点。

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膜孔蛋白缺失:仅影响PA对碳青霉烯类的敏感性

与肠杆菌相比,PA对抗菌药物具有更高的耐药性,这可能是由于其外膜渗透性较低所致。革兰氏阴性细菌的外膜扩散通道可分为两类:非特异性的孔隙通道和底物特异性通道,假单胞菌不表达非特异性的孔隙通道,而是表达底物特异性通道以吸收不同的物质[7]。特异性的孔隙通道如今常被称为膜孔蛋白。

OprD是PA摄入碳青霉烯类抗菌药物的常见通道,耐碳青霉烯类抗菌药物的PA常被鉴定为缺乏膜孔蛋白OprD,因此目前广泛认为膜孔蛋白OprD的丢失是对碳青霉烯类抗菌药物耐药的主要机制[8]。某些碱性氨基酸可通过与OprD通道结合,抑制该通道对抗菌药物的吸收,在培养基中加入这些碱性氨基酸,PA对碳青霉烯类抗菌药物的敏感性下降,但对头孢菌素、哌拉西林、喹诺酮类和庆大霉素的敏感性没有受到影响[9]。由此可以推断,相比其他抗菌药物,PA对碳青霉烯类的敏感性与OprD通道更为相关。因此,当PA膜孔蛋白OprD丢失时,则可能出现碳青霉烯类耐药,但对头孢他啶或哌拉西林依然敏感的情况。

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根据特殊药敏结果推测耐药机制

哌拉西林为青霉素类抗菌药物,可被β-内酰胺酶水解[9],因此若药敏报告提示PA对碳青霉烯类耐药,但对哌拉西林依然敏感,可能的耐药机制为该PA仅存在膜孔蛋白OprD丢失,而不产β-内酰胺酶。

头孢他啶为三代头孢,对青霉素酶及广谱β-内酰胺酶稳定,因此若药敏报告提示PA对碳青霉烯类耐药,但对头孢他啶依然敏感,可能的耐药机制为膜孔蛋白OprD丢失,可能产青霉素酶和/或广谱β-内酰胺酶。

若药敏报告提示PA对碳青霉烯类耐药,但对头孢他啶及哌拉西林均敏感,可能的耐药机制为非产酶仅存在膜孔蛋白OprD丢失。

[1] 陈美玲,何晓静,菅凌燕.铜绿假单胞菌的耐药趋势变化及治疗进展[J].中国抗生素杂志, 2022, 47(6): 543–9.

[2] 赵育林,鲍亚玲,于美荣,等.医院铜绿假单胞菌分布及耐药性分析[J].中国病原生物学杂志, 2023, 18(1): 82-5.

[3]  CHINET数据云. CHINET中国细菌耐药监测网[EB/OL]. [2023.11.11]. http://www.chinets.com.

[4] Tenover FC, Nicolau DP, Gill CM. Carbapenemase-producing Pseudomonas aeruginosa –an emerging challenge[J]. Emerging Microbes & Infections, 2022, 11(1): 811–4.

[5] Tzouvelekis LS, Markogiannakis A, Psichogiou M, et al. Carbapenemases in Klebsiella pneumoniae and Other Enterobacteriaceae: an Evolving Crisis of Global Dimensions[J]. Clinical Microbiology Reviews, 2012, 25(4): 682–707.

[6] Lorusso AB, Carrara JA, Barroso CDN, et al. Role of Efflux Pumps on Antimicrobial Resistance in Pseudomonas aeruginosa[J]. International Journal of Molecular Sciences, Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI), 2022, 23(24): 15779.

[7] Chevalier S, Bouffartigues E, Bodilis J, et al. Structure, function and regulation of Pseudomonas aeruginosa porins[J]. FEMS Microbiology Reviews, 2017, 41(5): 698–722.

[8] Li H, Luo Y-F, Williams BJ, et al. Structure and function of OprD protein in Pseudomonas aeruginosa: From antibiotic resistance to novel therapies[J]. International journal of medical microbiology : IJMM, 2012, 302(2): 63-8.

[9] Bush K. Past and Present Perspectives on β-Lactamases[J]. Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2018, 62(10): e01076-18.

 

本文荟萃自,只做学术交流学习使用,不做为临床指导,本文观点不代表数字重症立场。

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