如何选择一种碳青霉烯类抗生素——亚胺培南或美洛培南？
亚胺培南和美洛培南这两种碳青霉烯类抗生素已被确认为治疗医院内重症感染的一线用药。来自瑞士日内瓦大学遗传学和微生物学系的Jean Ckaude Pechère教授指出：当在这两种碳青霉烯类抗生素之间做出选择时，重点要考虑二者在选择性耐药产生机制上的差异。最近，在与韩国首都汉城举行的第四界抗微生物剂和耐药性国际研讨会(ISAAR)关联的一个座谈会上，他阐述了二者中首选泰能(亚胺培南)的理论基础，即二者对微生物外排系统介导的耐药机制的敏感性存在差异。
铜绿假单胞菌对碳青霉烯类抗生素的耐药机制
多个不同因素决定了铜绿假单胞菌对碳青霉烯类抗生素的敏感性：
1.细胞膜对这类抗生素的天然通透性由蛋白(膜孔蛋白)通道调节；2.存在发生改变的青霉素结合蛋白(PBPs)；3.碳青霉烯酶的活性；4.外排系统。
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膜孔蛋白
亲水抗生素，例如β-内酰胺类，通过细菌外膜的膜孔蛋白通道进入革兰氏阴性细菌内部。已经证实膜孔蛋白通道决定了铜绿假单胞菌对不同抗生素的敏感性。例如：铜绿假单胞菌比大肠埃希菌对亲水抗生素更加耐药，这是因为前者的膜孔蛋白限制了这类抗生素进入其体内。膜孔蛋白的缺失也可以导致获得性耐药。研究表明无论是体外的还是临床上分离出来的铜绿假单胞菌，外膜膜孔蛋白OprD的缺失或改变都会造成它对碳青霉烯类抗生素的耐药。
青霉素结合蛋白
虽然发生改变的青霉素结合蛋白可以导致体内铜绿假单胞菌对碳青霉烯类抗生素的耐药，但看起来这是相对罕见的耐药机制。
外排系统
所有活细胞都有外排机制。这些蛋白复合体可以排出进入细胞内的外环境中的毒素(在毒素尚未对细胞造成伤害之前)。虽然直到最近才证实，外排系统既是天然的也是获得性的抗生素耐药机制，但这个系统却十分重要。铜绿假单胞菌含有12种外排系统的基因编码——是全部基因组的主要组成部分，这也说明这类蛋白对细菌生存是何等重要。
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MexAB-OprM系统是铜绿假单胞菌最普遍的外排系统。它由3种蛋白组成：内膜蛋白，起到“泵”的作用；膜孔蛋白，将胞浆周围空间中的外排底物排出到细菌体外；另外一种蛋白起到将上述两种蛋白连接起来的作用。
虽然亚胺培南和美洛培南在结构上相似，但需要指出的很重要一点是：铜绿假单胞菌显示出的对这两种碳青霉烯类抗生素的耐药机制中的主动外排系统仅仅影响美洛培南，而对亚胺培南无作用。
美洛培南是外排系统的底物而亚胺培南不是
日本的一项研究发现，在超敏感的铜绿假单胞菌分离菌株中，其MexAB-OprM外排系统的跨膜成分存在突变，这种突变使细菌不能把抗生素从细胞质排到体外。当把另一种修复外排功能缺失的突变导入细菌后，其耐药性得到恢复。这项研究明确了MexAB-OprM外排系统与靶分子结合的部位，同时也说明了为什么美洛培南是外排系统的底物，而亚胺培南不是。
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编码MexAB-OprM外排系统三种蛋白(连接蛋白、泵蛋白、膜孔蛋白)的基因是在同一个操纵子序列指导下合成的。它们分别被命名为MexA、MexB、OprM。上述基因的调控基因是一种抑制基因，被命名为MexR。MexAB-OprM系统是连续转录的，但当有高浓度的外排底物存在时，转录被上调。这种MexAB-OprM系统可以排出多种抗生素底物(图1)。
图1
MexAB-PerM具备广泛的底物谱
Khker及其同事证实，铜绿假单胞菌对四环素、羧苄青霉素、萘啶酸和甲氧苄氨嘧啶的耐药，很可能就来源于细菌的这种外排系统。铜绿假单胞菌的一种变异株(过度表达OprM)的最小抑菌浓度MICs是野生株的2～8倍。但当OprM基因失活后，变异株就恢复对测试抗生素的敏感性。
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非常重要的是： MexAB-OprM外排系统的高度表达，导致细菌不只是对某一种而是对所有外排底物(抗生素)的MIC显著升高，包括：氟喹喏酮类、青霉素、头孢菌素、大环内酯类、硫胺类抗生素。这就是细菌多重耐药的形成机制。
临床分离菌株的获得性外排系统耐药性
已经有研究针对临床分离到的抗生素治疗后(而不是治疗前)对四环素、喹喏酮和甲氧苄氨嘧啶高度耐药的铜绿假单胞菌进行分析，从而确定获得性耐药性的形成机制。结果表明所有11个分离株都过度表达OprM。进一步的分析揭示了MexR转录调节子的几种突变类型。MexR的改变可以导致OprM表达的抑制。
亚胺培南始终不受获得性外排耐药机制的影响
虽然外排系统突变株对美洛培南的MIC升高，但是对亚胺培南的MIC始终没有变化(图2)。
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图2. 亚胺培南不受MexAB-OprM表达的影响。
MexAB-OprM外排系统的存在OprM+、缺失OprM-或过度表达OprM++都会显著影响美洛培南的MIC值，而亚胺培南针对上述三种菌株的MIC值保持不变。这充分证明亚胺培南不是MexAB-OprM外排系统的底物。
美洛培南是否会选择出获得性外排系统耐药？
为了明确美洛培南的应用是否会导致这种获得性外排系统耐药性，将野生铜绿假单胞菌株暴露于4倍MIC浓度的亚胺培南和美洛培南。所有耐药菌株都被分离出来并再次暴露于高浓度的抗生素。第一次培养后，亚胺培南筛选出某些OprD缺失克隆株，它们具有较高的MIC值。而美洛培南选择出2种耐药菌株，OprD缺失株(占耐药分离株的大部分)和MexAB-OprM外排系统过度表达株(1个分离株)。
亚胺培南仅选择一种耐药机制，然而美洛培南不仅选择到针对碳青霉烯类抗生素的耐药性，而且还有针对其他种类抗生素的多重耐药机制。
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进一步研究表明没有亚胺培南“超级耐药”菌株出现，这意味着亚胺培南仅筛选一种耐药机制——OprD缺失。与此形成对比的是：反复将耐药株暴露于美洛培南会产生两种突变，即OprD缺失和MexAB-OprM外排系统过度表达。因此，Pechère教授认为美洛培南不仅会得出针对碳青霉烯类抗生素的耐药性，而且会有针对其他种类抗生素的多重耐药，包括：氟喹喏酮类、青霉素、头孢菌素、大环内酯类、硫胺类抗生素。
外排耐药机制的临床重要性
虽然还没有发现MexAB-OprM外排系统过度表达的合适标记物，但Pechère教授认为，将临床分离菌株对美洛培南的MIC值与对亚胺培南的MIC值进行对比即可证明它的存在(图3，尚未出版的数据)。
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图3.美洛培南MIC / 亚胺培南MIC比值>1证明了外排耐药机制的存在
图3中，分布于对角线之上(方框内区域)的分离株对美洛培南的MIC值很高，但是仍保持对亚胺培南的敏感性。它们都是MexAB-OprM外排系统的突变株。进一步的研究证实如果微生物对美洛培南的MIC与对亚胺培南的MIC比值大于1，即可证明它是MexAB-OprM外排系统的突变株。
南非临床分离的铜绿假单胞菌株中，MexAB-OprM外排系统过度表达的发生率为30%。来自17家法国医院的研究发现，42.6%的预先选择出来的替卡西林耐药菌株存在MexAB-OprM耐药机制。
很显然，这种导致多重耐药的外排系统突变确实是非常普遍的。
美洛培南和亚胺培南的其他不同之处
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二者之间的其他差别也使亚胺培南的使用优于美洛培南。例如：亚胺培南的药代动力学稍好于美洛培南：亚胺培南可以较长时间保持较高水平的血药浓度。另外，亚胺培南与美洛培南相比，内毒素的释放量低，癫痫发生率也并无明显差异(表1)。但是，Pechère教授认为这些优点是否对临床用药有显著影响尚未可知。
表1.美国医生处方手册中的癫痫发生率
美洛培南
亚胺培南
第54版，2000年
0.5%
0.4%
第56版，2002年
, 百拇医药 0.7%
0.4%
现有证据清晰地表明，美洛培南可以选择出针对多种抗生素的外排系统介导的耐药机制，从而严重限制了抗感染治疗失败后的抗生素选择范围。
亚胺培南被广泛地作为严重感染的起始治疗，这是完全正确的。
结 论
碳青霉烯类抗生素被广泛应用于严重感染的治疗，特别是当严重感染与极高的死亡率相关时。在这种背景下，从一开始就做出正确的治疗选择就颇为重要。现有证据清晰地表明美洛培南可以选择出针对多种抗生素的外排系统介导的耐药机制，从而严重限制了抗感染治疗失败后的抗生素选择。然而亚胺培南不是外排系统的底物，而且不会选择出外排系统介导的耐药机制。所以亚胺培南被广泛地作为严重感染的起始治疗，这是完全正确的。, 百拇医药
铜绿假单胞菌对碳青霉烯类抗生素的耐药机制
多个不同因素决定了铜绿假单胞菌对碳青霉烯类抗生素的敏感性：
1.细胞膜对这类抗生素的天然通透性由蛋白(膜孔蛋白)通道调节；2.存在发生改变的青霉素结合蛋白(PBPs)；3.碳青霉烯酶的活性；4.外排系统。
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膜孔蛋白
亲水抗生素，例如β-内酰胺类，通过细菌外膜的膜孔蛋白通道进入革兰氏阴性细菌内部。已经证实膜孔蛋白通道决定了铜绿假单胞菌对不同抗生素的敏感性。例如：铜绿假单胞菌比大肠埃希菌对亲水抗生素更加耐药，这是因为前者的膜孔蛋白限制了这类抗生素进入其体内。膜孔蛋白的缺失也可以导致获得性耐药。研究表明无论是体外的还是临床上分离出来的铜绿假单胞菌，外膜膜孔蛋白OprD的缺失或改变都会造成它对碳青霉烯类抗生素的耐药。
青霉素结合蛋白
虽然发生改变的青霉素结合蛋白可以导致体内铜绿假单胞菌对碳青霉烯类抗生素的耐药，但看起来这是相对罕见的耐药机制。
外排系统
所有活细胞都有外排机制。这些蛋白复合体可以排出进入细胞内的外环境中的毒素(在毒素尚未对细胞造成伤害之前)。虽然直到最近才证实，外排系统既是天然的也是获得性的抗生素耐药机制，但这个系统却十分重要。铜绿假单胞菌含有12种外排系统的基因编码——是全部基因组的主要组成部分，这也说明这类蛋白对细菌生存是何等重要。
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MexAB-OprM系统是铜绿假单胞菌最普遍的外排系统。它由3种蛋白组成：内膜蛋白，起到“泵”的作用；膜孔蛋白，将胞浆周围空间中的外排底物排出到细菌体外；另外一种蛋白起到将上述两种蛋白连接起来的作用。
虽然亚胺培南和美洛培南在结构上相似，但需要指出的很重要一点是：铜绿假单胞菌显示出的对这两种碳青霉烯类抗生素的耐药机制中的主动外排系统仅仅影响美洛培南，而对亚胺培南无作用。
美洛培南是外排系统的底物而亚胺培南不是
日本的一项研究发现，在超敏感的铜绿假单胞菌分离菌株中，其MexAB-OprM外排系统的跨膜成分存在突变，这种突变使细菌不能把抗生素从细胞质排到体外。当把另一种修复外排功能缺失的突变导入细菌后，其耐药性得到恢复。这项研究明确了MexAB-OprM外排系统与靶分子结合的部位，同时也说明了为什么美洛培南是外排系统的底物，而亚胺培南不是。
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编码MexAB-OprM外排系统三种蛋白(连接蛋白、泵蛋白、膜孔蛋白)的基因是在同一个操纵子序列指导下合成的。它们分别被命名为MexA、MexB、OprM。上述基因的调控基因是一种抑制基因，被命名为MexR。MexAB-OprM系统是连续转录的，但当有高浓度的外排底物存在时，转录被上调。这种MexAB-OprM系统可以排出多种抗生素底物(图1)。
图1
MexAB-PerM具备广泛的底物谱
Khker及其同事证实，铜绿假单胞菌对四环素、羧苄青霉素、萘啶酸和甲氧苄氨嘧啶的耐药，很可能就来源于细菌的这种外排系统。铜绿假单胞菌的一种变异株(过度表达OprM)的最小抑菌浓度MICs是野生株的2～8倍。但当OprM基因失活后，变异株就恢复对测试抗生素的敏感性。
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非常重要的是： MexAB-OprM外排系统的高度表达，导致细菌不只是对某一种而是对所有外排底物(抗生素)的MIC显著升高，包括：氟喹喏酮类、青霉素、头孢菌素、大环内酯类、硫胺类抗生素。这就是细菌多重耐药的形成机制。
临床分离菌株的获得性外排系统耐药性
已经有研究针对临床分离到的抗生素治疗后(而不是治疗前)对四环素、喹喏酮和甲氧苄氨嘧啶高度耐药的铜绿假单胞菌进行分析，从而确定获得性耐药性的形成机制。结果表明所有11个分离株都过度表达OprM。进一步的分析揭示了MexR转录调节子的几种突变类型。MexR的改变可以导致OprM表达的抑制。
亚胺培南始终不受获得性外排耐药机制的影响
虽然外排系统突变株对美洛培南的MIC升高，但是对亚胺培南的MIC始终没有变化(图2)。
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图2. 亚胺培南不受MexAB-OprM表达的影响。
MexAB-OprM外排系统的存在OprM+、缺失OprM-或过度表达OprM++都会显著影响美洛培南的MIC值，而亚胺培南针对上述三种菌株的MIC值保持不变。这充分证明亚胺培南不是MexAB-OprM外排系统的底物。
美洛培南是否会选择出获得性外排系统耐药？
为了明确美洛培南的应用是否会导致这种获得性外排系统耐药性，将野生铜绿假单胞菌株暴露于4倍MIC浓度的亚胺培南和美洛培南。所有耐药菌株都被分离出来并再次暴露于高浓度的抗生素。第一次培养后，亚胺培南筛选出某些OprD缺失克隆株，它们具有较高的MIC值。而美洛培南选择出2种耐药菌株，OprD缺失株(占耐药分离株的大部分)和MexAB-OprM外排系统过度表达株(1个分离株)。
亚胺培南仅选择一种耐药机制，然而美洛培南不仅选择到针对碳青霉烯类抗生素的耐药性，而且还有针对其他种类抗生素的多重耐药机制。
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进一步研究表明没有亚胺培南“超级耐药”菌株出现，这意味着亚胺培南仅筛选一种耐药机制——OprD缺失。与此形成对比的是：反复将耐药株暴露于美洛培南会产生两种突变，即OprD缺失和MexAB-OprM外排系统过度表达。因此，Pechère教授认为美洛培南不仅会得出针对碳青霉烯类抗生素的耐药性，而且会有针对其他种类抗生素的多重耐药，包括：氟喹喏酮类、青霉素、头孢菌素、大环内酯类、硫胺类抗生素。
外排耐药机制的临床重要性
虽然还没有发现MexAB-OprM外排系统过度表达的合适标记物，但Pechère教授认为，将临床分离菌株对美洛培南的MIC值与对亚胺培南的MIC值进行对比即可证明它的存在(图3，尚未出版的数据)。
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图3.美洛培南MIC / 亚胺培南MIC比值>1证明了外排耐药机制的存在
图3中，分布于对角线之上(方框内区域)的分离株对美洛培南的MIC值很高，但是仍保持对亚胺培南的敏感性。它们都是MexAB-OprM外排系统的突变株。进一步的研究证实如果微生物对美洛培南的MIC与对亚胺培南的MIC比值大于1，即可证明它是MexAB-OprM外排系统的突变株。
南非临床分离的铜绿假单胞菌株中，MexAB-OprM外排系统过度表达的发生率为30%。来自17家法国医院的研究发现，42.6%的预先选择出来的替卡西林耐药菌株存在MexAB-OprM耐药机制。
很显然，这种导致多重耐药的外排系统突变确实是非常普遍的。
美洛培南和亚胺培南的其他不同之处
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二者之间的其他差别也使亚胺培南的使用优于美洛培南。例如：亚胺培南的药代动力学稍好于美洛培南：亚胺培南可以较长时间保持较高水平的血药浓度。另外，亚胺培南与美洛培南相比，内毒素的释放量低，癫痫发生率也并无明显差异(表1)。但是，Pechère教授认为这些优点是否对临床用药有显著影响尚未可知。
表1.美国医生处方手册中的癫痫发生率
美洛培南
亚胺培南
第54版，2000年
0.5%
0.4%
第56版，2002年
, 百拇医药 0.7%
0.4%
现有证据清晰地表明，美洛培南可以选择出针对多种抗生素的外排系统介导的耐药机制，从而严重限制了抗感染治疗失败后的抗生素选择范围。
亚胺培南被广泛地作为严重感染的起始治疗，这是完全正确的。
结 论
碳青霉烯类抗生素被广泛应用于严重感染的治疗，特别是当严重感染与极高的死亡率相关时。在这种背景下，从一开始就做出正确的治疗选择就颇为重要。现有证据清晰地表明美洛培南可以选择出针对多种抗生素的外排系统介导的耐药机制，从而严重限制了抗感染治疗失败后的抗生素选择。然而亚胺培南不是外排系统的底物，而且不会选择出外排系统介导的耐药机制。所以亚胺培南被广泛地作为严重感染的起始治疗，这是完全正确的。, 百拇医药