综述 | ESKAPE病原体抗菌药物耐药性、流行病学、临床影响和治疗方法

学术 2024-08-12 08:18 上海

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文章题目：ESKAPE pathogens: antimicrobial resistance, epidemiology, clinical impact and therapeutics

文章链接：doi: 10.1038/s41579-024-01054-w

发表时间：2024.6

发表期刊：Nat Rev Microbiol

IF：69.2

Abstract

Introduction

Gram-positive organisms

Staphylococcus aureus

①分子流行病学

② MRSA感染的临床影响

Enterococci

①屎肠球菌的分子流行病学

②临床影响

Gram-negative organisms

Enterobacterales

①肺炎克雷伯菌和肠杆菌属的分子流行病学

②碳青霉烯耐药肠杆菌的临床影响

Pseudomonas aeruginosa

①铜绿假单胞菌的分子流行病学

②碳青霉烯耐药铜绿假单胞菌的临床影响

Acinetobacter baumannii

①碳青霉烯耐药鲍曼不动杆菌的分子流行病学

② CRAB的临床影响

Novel treatments and emerging approaches

Conclusions and perspectives

Abstract

抗生素耐药性的上升和抗菌药物管道的减少已被认为是对公共卫生的新威胁。ESKAPE病原体，包括屎肠球菌（Enterococcus faecium）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）、鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和肠杆菌属（Enterobacter spp.），是最早确定的急需有效治疗的关键多重耐药细菌。现在，进入二十世纪的第三个十年，尽管引入了几种新的抗生素和抗生素佐剂，如新型β-内酰胺酶抑制剂，但ESKAPE仍然是目前主要的治疗挑战。这些细菌通常具有若干关键的生物学特征，包括可适应现代卫生医疗环境，具有多种多样的耐药决定因子获取方法，以及其高风险克隆在世界各地广泛传播。随着下一代测序技术的出现，追踪和对抗这些生物传播的新工具迅速发展，人们对非传统抗生素方法也重新产生了兴趣。在这篇综述中，我们探讨了这一重要的细菌病原体群体的当前流行病学和临床影响，并讨论了对新引入的抗生素产生临床耐药性的相关机制。此外，我们还讨论了在广泛的抗菌药物耐药性时代，有效的患者护理所需的新兴治疗策略。

Introduction

抗生素改变了医学史，并在外科手术、器官移植和癌症化疗等许多领域取得了可能的进展。然而，这些救命药物产生的耐药性一直是一个重要问题。在抗生素发现的黄金时代，新型抗生素在相对较短的时间内激增，似乎预示着新抗菌化合物将源源不断的到来。然而，随着时间的推移，真正新型抗生素的数量开始减少，而抗菌药物的耐药率则稳步攀升。现在，抗菌药物耐药对全球的日常医疗实践已构成切实威胁。

临床医学中鉴定的大部分耐药感染可归因于一组特定的病原体，称为“ESKAPE”（表1）。

这些生物体具有一组共同的特征，即能够在现代医疗环境中茁壮成长，并拥有一系列内在或获得性耐药决定因素，这使其成为长期耐药感染的主要原因（图1）。

最近的综述深入讨论了ESKAPE病原体对大多数传统抗菌药物的耐药机制。在这篇综述中，我们总结了在分子流行病学、临床影响、耐药新机制和新治疗方法等方面针对ESKAPE病原体的最新进展。

Gram-positive organisms

Staphylococcus aureus

金黄色葡萄球菌（S. aureus）是一种主要的人类病原体，可引起各种感染，包括皮肤和软组织感染、骨关节和血液感染、肺炎、感染性心内膜炎和器械相关感染。虽然β-内酰胺类抗生素是甲氧西林敏感S. aureus（MSSA）感染的首选治疗方法，但耐甲氧西林的S. aureus（MRSA）对大多数β-内酰胺类抗生素具有耐药性，包括抗葡萄球菌青霉素类药物（例如萘唑西林、苯唑西林和氟苯唑西林）和头孢菌素类药物（头孢洛林和头孢吡普除外）。甲氧西林耐药性是通过获取葡萄球菌染色体盒mec（SCCmec）元件介导的，可能来自凝固酶阴性葡萄球菌菌株。来自不同时间和地理位置的MRSA分析表明，甲氧西林耐药性已经多次出现，SCCmec元件的获得在不同遗传谱系和序列类型（ST）中独立发生。

① 分子流行病学

金黄色葡萄球菌，特别是MRSA的分子流行病学一直是深入研究的主题。追踪这些谱系进化出现的工具随着它们的传播而发展（Box 1）。S. aureus谱系可以大致归类为相关分离株的克隆群，近90%的人类来源分离株属于11个克隆复合体（CC），包括主要谱系CC5、CC8、CC22、CC30和CC45。重要的是，循环谱系的地理差异很明显，MSSA和MRSA的主要循环克隆都是如此，并且随着时间的推移而发生变化，这种现象被称为克隆替代。

第一个描述的MRSA分离株于1961年被鉴定出来，属于噬菌体group III或83A，标志着噬菌体group 80/81产青霉素酶的MSSA的转变。这些早期MRSA谱系是CC8中ST250的成员，携带SCCmecI，且仅限于医院环境。在美国，20世纪80年代观察到MRSA流行率急剧上升，到1991年，近30%的分离株对甲氧西林耐药。这一现象与欧洲医院中早期古老克隆的减少和医院相关MRSA谱系的出现相吻合。这些与医院相关的MRSA谱系更有可能携带SCCmecI-III，且由于携带额外的耐药决定因素而与多药耐药表型相关，但与社区感染率无关。

20世纪90年代末，在西澳大利亚和美国最早报道了MRSA的流行病学从医院向社区环境的重大转变。这些社区相关的MRSA菌株的特征是获得SCCmecIV，在某些情况下还获得Panton-Valentine leucocidin（PVL）。在美洲，社区相关的MRSA感染主要由ST8 USA300 clone（CC8）主导。USA300的祖先可能是20世纪初在美国建立起来的欧洲ST8 MSSA。该祖先克隆获得了USA300的特征，包括携带PVL编码基因、精氨酸分解代谢移动元件（ACME）和SCCmecIV的ΦSa2USA噬菌体，以及随着菌株逐渐向南和向西迁移而产生的氟喹诺酮耐药性。在南美洲，一种相关的克隆USA300-LV（拉丁美洲变种）于21世纪中期出现。USA300-LV菌株独立获得了SCCmecIV的亚变体，并具有铜和汞抗性移动元件（COMER）而不是ACME，这表明这两种与社区相关的MRSA流行株起源于一个共同的祖先。具有t121型spa的USA300也在西非站稳了脚跟，非洲特有的突变的持续进化和出现可能有助于其传播。

在美洲以外，社区相关的MRSA群体更加多样化。ST80（CC80）在欧洲占主导地位，可能来自撒哈拉以南非洲的PVL阳性MSSA分离株，该分离株传播到北非和整个地中海。牲畜相关谱系（命名为CC398）也与越来越多的MRSA感染有关。CC398谱系在全球范围内传播，且据报道，与牲畜无关的CC398也可能引起严重MRSA感染，比如CC398内由spa型t571定义的牲畜独立谱系。尽管如此，在全球范围内，医院获得性感染和社区相关感染的MRSA感染率持续下降（图1a）。

② MRSA感染的临床影响

据估计，MRSA感染在美国每年导致10600人死亡，损失超过17亿美元26。尽管与MSSA相比，MRSA感染通常与更高的住院费用和更高的死亡率有关，但自2010年以来的数据表明，这一趋势在某些地区可能正在逆转。与MSSA分离株相比，MRSA对非β-内酰胺类抗生素的耐药率更高，一些谱系，如ST5 Chilean-Cordobés克隆，还显示出对头孢洛林的敏感性降低。此外，虽然由青霉素结合蛋白PBP2a（mecA基因的产物）介导的β-内酰胺耐药性是临床上遇到的最常见的决定因素，但具有其他mec基因（mecB或mecC）和临界苯唑西林耐药表型（BORSA）的S. aureus分离株也构成了挑战，因为它们不易被许多快速诊断所识别。高水平的万古霉素耐药性仍然很少见，尽管一些研究表明异质性万古霉素中介型S. aureus（VISA）增加，但在研究实验室外测试这种表型的困难可能会影响对任何趋势的准确评估。

较新的抗菌药物，如达托霉素（daptomycin）、利奈唑胺（linezolid）、四环素衍生物-替加环素（tigecyline）和依拉瓦环素（eravacycline）、头孢洛林和头孢吡普，以及最新一代的糖肽-达巴万星（dalbavancin）和奥利万星（oritavancin），通常保持强大的抗菌活性。一些临床数据支持在菌血症、骨科感染或感染性心内膜炎中使用达巴万星或奥利万星，包括一项成功的导管相关性菌血症临床试验，尽管对其中一些药物的耐药性出现了问题（图2）。达托霉素是一种阳离子脂肽抗生素，与膜脂质磷脂酰甘油（PG）结合，并与脂质II及其十一碳二烯中间体复合，破坏细胞包膜生物抗性。对达托霉素的耐药性源于细胞包膜的修饰，改变了细胞表面电荷和PG的可用性。在分子水平上，细胞包膜信号系统VraRS和GraRS的激活上调了MprF（一种向PG添加赖氨酸的酶）和dlt操纵子（导致细胞壁磷壁酸的D-丙氨酰化）的表达，这两种系统都给细胞表面增加了正电荷。此外，rpoB基因突变（编码RNA聚合酶的β亚基）与达托霉素敏感性的变化有关，尽管其具体机制尚未阐明。恶唑烷酮类的利奈唑胺和特地唑胺（tedizolid）通过结合细菌核糖体的A位点并改变核糖体的肽基转移酶位点而起作用。编码23S rRNA和核糖体蛋白基因的染色体突变，以及一些可传播的耐药决定因素，包括甲基转移酶cfr和核糖体保护因子optrA、poxtA，已在葡萄球菌物种中被描述，特别是动物来源的葡萄球菌。头孢洛林和头孢吡普是具有抗MRSA活性的头孢菌素，在一项评估复杂S. aureus菌血症治疗的随机对照试验中，头孢吡普不亚于达托霉素。对这些药物的耐药性主要与PBP2a的变化有关，但也可能需要pbp2、pbp4和gdpP的额外突变。对具有抗MRSA活性的氟喹诺酮类德拉沙星（delafloxacin）的耐药性似乎是通过gyrA、gyrB（编码DNA旋转酶）或parC、parE（编码拓扑异构酶IV）以及内源性或获得性外排泵的突变组合产生的。

尽管具有抗MRSA体外活性的药物可用，但这些感染仍然具有挑战性，并且最佳治疗方法尚未确定。万古霉素仍然是大多数感染的首选治疗方法，但包括耐药性、药理学优化和毒性在内的几个问题促使人们对这种抗生素进行重新评估。尽管如此，支持使用替代药物的临床数据并没有提供强有力和一致的证据来完全取代万古霉素作为治疗MRSA感染的主要抗生素。另一个“热门话题”是针对MRSA的联合治疗。特别是万古霉素或达托霉素与β-内酰胺类药物联合使用具有大量的体外和临床前数据。该组合有效性的基本原理似乎取决于“跷跷板效应”现象，即对万古霉素或达托霉素不敏感的转变似乎会增加对β-内酰胺类抗生素的敏感性，这种现象称为附属敏感性（collateral sensitivity）。然而，在随机临床试验中，联合方案的临床疗效很难确定。

Enterococci

肠球菌是人类胃肠道微生物群的共栖生物，对青霉素的敏感性降低，对头孢菌素具有内在耐药性。大多数粪肠球菌（Enterococcus faecalis）分离株对氨苄西林保持敏感性，万古霉素耐药率低（5～10%）。相比之下，与医疗保健相关的屎肠球菌（E. faecium）分离株通常对氨苄西林耐药，万古霉素耐药率从西欧和Scandinavia的0.3～3%到南欧和东欧部分地区的30～60%，再到美国和拉丁美洲的50～80%。肠球菌显示出一种基因组可塑性，使其非常适应抗菌药物的挑战。

① 屎肠球菌的分子流行病学

屎肠球菌占临床万古霉素耐药肠球菌（VRE）分离株的绝大多数，可大致分为两个分支，一个与医疗保健相关的分支，称为clade A，和一个共生的分支clade B。早期的基因组研究表明，clade A进一步分化，A1分支富含医院分离株，显示出更高的感染性和更高的耐药率。A2分支主要包含动物来源的分离株，分子钟分析表明在抗生素时代开始时存在分歧。随后的研究，包括来自英国和拉丁美洲的一组更加多样化的分离株，表明A2分支可能是clade A进化路径上的一系列亚系分支，而不是一个独特的群体，这些分支之间的分歧大约发生在300～500年前。

对来自欧洲和澳大利亚的医院E. faecium的一项大规模评估支持了A2分支的祖先性质，并表明A1分支菌株是从该群体中出现的，主导了医疗环境。进化似乎是由分支之间的重大重组事件驱动的，包括含有应激反应系统liaFSR（参与包膜防御和达托霉素抗性）和荚膜多糖位点cps（对免疫逃避很重要）的区域。这些等位基因和其他等位基因引入A1种群结构，加剧了它们在医疗环境中的主导地位。E. faecium clade A1中抗性的适应和出现也与质粒和其他可移动遗传元件（MGE）有关，这些元件构成了辅助基因组。对1500多个E. faecium基因组的分析表明，医院分离株更有可能具有更高的累积质粒长度（即每个菌株的质粒更大或更多）。此外，这些质粒按分离来源聚集，如医院、动物或社区来源，并且在抗生素抗性基因和代谢基因方面存在显著差异，这有助于使其宿主菌株具有竞争性的生长优势。

② 临床影响

由于发生感染的患者群体可用的治疗选择有限，VRE是一项重大的临床挑战。VRE血流感染的危险因素包括癌症或血液恶性肿瘤、器官移植（尤其是肝移植）、长期住院或从长期护理机构入院、胃肠道手术或程序以及接触广谱抗菌药物。曾经感染发生后，万古霉素敏感肠球菌与VRE的感染结果存在很大争议。因为大多数研究都是回顾性的，容易受到主要混杂因素的影响。在最近一项针对美国肠球菌菌血症患者的队列研究中，VRE感染与死亡率增加3.5倍有关，总体而言，任何物种的VRE都与复发性菌血症和4天内无法实现清晰的血培养有关。

侵袭性VRE感染的最佳治疗方法仍不确定。达托霉素与利奈唑胺的临床数据在很大程度上是观察性的，结果好坏参半，尽管高剂量达托霉素（10-12mg kg-1）似乎可以改善临床结果。达托霉素对肠球菌的效力不如葡萄球菌，E. faecium的最小抑菌浓度分布增加了几倍。高剂量达托霉素增加了药代动力学/药效学建模研究中达到目标的概率，并可能抑制耐药性的出现。达托霉素耐药性的出现仍然是一个持续的问题，特别是在血液系统恶性肿瘤患者和肝移植患者中。其耐药性通常是通过激活LiaFSR细胞包膜应激反应系统，结合细胞膜磷脂代谢的变化而产生的（图2）。美国和澳大利亚的几个E. faecium clade A1谱系具有与耐药性相关的LiaFSR多态性，包括ST80、ST664和ST736，有证据表明，自引入这种抗生素以来的十年里，这些谱系已经扩大了。与S. aureus类似，rpoB和dltC的突变与属于ST203的达托霉素耐药E. faecium有关。

肠球菌对利奈唑胺的耐药性主要通过两种机制产生。第一种涉及编码23S rRNA的内在基因突变，从而改变恶唑烷酮结合位点；第二种是L3和L4核糖体蛋白的突变，这可能在降低突变rRNA的适应度成本方面发挥作用。由于肠球菌具有23S rRNA基因的多个拷贝，突变等位基因之间的重组会导致利奈唑胺最小抑菌浓度迅速增加。与S. aureus一样，质粒和染色体MGE携带的cfr、optrA和poxtA基因也可能导致肠球菌对恶唑烷酮产生耐药性。新一代四环素类抗生素，如替加环素、奥玛环素（omadacycline）和依拉瓦环素，通过结合30S核糖体亚基的16S rRNA起作用，并保持对VRE的活性。这些药物可能在腹腔感染中起作用，也可能是联合治疗的一部分。体外实验进化表明，甘氨酰环素类耐药性的出现与rpsJ（编码S10核糖体蛋白）突变和转座子（Tn）介导的tet(L)外排泵基因拷贝数扩增有关，而这种rpsJ的类似突变以及tet(L)和tet(M)的过表达也被描述在耐药性临床分离株中。

Gram-negative organisms

Enterobacterales

有几种ESKAPE病原体属于肠杆菌目，包括肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）、产气克雷伯菌（Klebsiella aerogenes），前身为产气肠杆菌（Enterobacter aerogenes）和阴沟肠杆菌（Enterobacter cloacae）。大肠杆菌虽然不是ESKAPE病原体的原始成员，但也是抗菌药物耐药性领域的一个新兴威胁。这些微生物具有许多共同的特征，使得它们的问题特别严重，比如它们都是胃肠道中的天然储存库，都通过接合质粒来增强多种辅助基因组，以及它们经常参与尿路感染（UTI）、腹腔感染、肺炎和菌血症等。更糟糕的是，超广谱β-内酰胺酶（ESBLs；例如CTX-M）和碳青霉烯酶（例如KPC和OXA-48样的丝氨酸碳青霉烯酶类；NDM、VIM和IMP金属β-内酰胺酶）在全球流行谱系中的出现，导致治疗这些生物引起的感染越来越困难。

① 肺炎克雷伯菌和肠杆菌属的分子流行病学

通过生化测试鉴定为K. pneumoniae或肠杆菌属细菌具有显著的基因组多样性，这导致了这些生物的分类重组。严格意义上的K. pneumoniae约占临床鉴定分离株的85%，而其他密切相关的物种（Klebsiella quasipneumoniae、Klebsiella variicola、Klebsiella quasivaricola、Klebsiella africana等）称为KPSC，对人类疾病的贡献各不相同。K. pneumoniae种群结构的决定性特征是出现了国际传播的克隆，这些克隆要么含有多种抗菌药物耐药性决定因素（包括碳青霉烯酶），要么具有高毒力表型。

最常见的碳青霉烯类耐药肺炎克雷伯菌（CR-K.pneumoniae）谱系是克隆群（CG）258（ST11/ST258/ST512），占美国CRKP的71%。这种CG可能出现在20世纪90年代中期的美国，大约80%和20%的基因组分别来自ST11样和ST442样菌株。尽管CG258也是欧洲最普遍的碳青霉烯类耐药克隆，但ST和碳青霉烯酶在地理上聚集的多样性更大。ST307是美国、南美洲、尼日利亚和南非新出现的一种克隆体。这些分离株通常是ESBL的产生者，从住院患者的尿路中回收，但也有报道称含有KPC、NDM和OXA-48样碳青霉烯酶。来自南亚和东亚的碳青霉烯类耐药分离株表现出更加多样化的种群结构，可能反映了携带碳青霉烯酶的质粒被当地优势谱系获得。在中国，ST11是主要的CR-K肺炎菌株。然而该地区的趋势令人担忧，其ST11中出现了与高毒力表型相关的接合质粒，这些质粒也含有碳青霉烯酶，如KPC-2，以及通过重组CR菌株获得新的荚膜类型和脂多糖位点交换。ST101和ST147是世界范围内与各种碳青霉烯酶（KPC、VIM、NDM、OXA-48-like）相关的新兴克隆，两者都可能携带额外的毒力因子。这些遗传事件表明，多药耐药性和高毒力表型之间的历史划分变得模糊，存在多药耐药性高毒力克隆在全球范围内快速传播的潜在风险。

阴沟肠杆菌复合物（ECC）作为医院病原体越来越受到认可。ECC可以分为两类，一类是较老的分支，具有较高的异质性；另一类是较年轻的分支，与医疗环境的关系更密切。一项对2001年至2011年在英国收集的血液分离物的研究表明，这两组分离株的分化大约发生在50～250年前，有限的地理聚集表明，分离株在社区微生物群中广泛存在，而不是医院获得的。

碳青霉烯类抗生素耐药的阴沟肠杆菌复合物（CREC）聚集成一组较小的高危分离株：Enterobacter xiangfengensis（ST114、ST171）、Enterobacter hormaechei subsp. steigerwaltii（ST90、ST93）和E. cloacae cluster III（ST78）。有趣的是，一个地理区域内的多个ST通常具有相同的MGE和碳青霉烯类耐药性决定因素。VIM酶在欧洲最常见，KPC在美洲最常见，NDM在南美洲和东南亚最常见，OXA-48-like在中东和北非最常见，IMP在太平洋最常见。其中美国CREC的多方面演变得到了最广泛的研究。主要的ST171首先从美国东北部分离出来，在美国中西部和中大西洋地区进行克隆传播之前，发现其分别在IncFIA或IncHI2/IncHI2A质粒上获得了bla_KPC-3或bla_KPC-4。另一方面，ST78是一种广泛存在的产ESBL克隆，可在多种场合独立获得携带KPC的质粒。一项针对美国CREC分离株的大型多中心研究发现，一些菌株尽管存在耐药表型，但大多数并不是碳青霉烯酶生产者，这可能与抗生素进入所需的孔蛋白通道改变以及ESBLs基因拷贝数扩增有关。这种异质性和多样性的耐药机制使CREC成为医院感染预防的一个特殊挑战。

② 碳青霉烯耐药肠杆菌的临床影响

碳青霉烯类抗生素耐药性对肠杆菌感染的治疗和结果有重大影响。在美国，新冠肺炎大流行之前，由CRKP引起的感染稳定在所有K. pneumoniae感染的2%左右，而在过去十年中，由CREC引起的感染稳步增加，高达分离株的2.5%。截至2020年，北欧和西欧大部分地区的CRKP感染率< 1%。然而，南欧和东欧的发病率明显较高，白俄罗斯、格鲁吉亚、希腊、摩尔多瓦、俄罗斯和乌克兰的CRKP发病率超过50%。2013年至2016年，拉丁美洲的CRKP为0.8%至12.7%，亚太地区为0%至9.3%。获得性碳青霉烯类耐药肠杆菌（CRE）感染的风险因素包括先前的CRE定植、广谱抗菌药物接触、重症监护室住院、机械通气、住院时间延长和留置导尿管。

幸运的是，由于新的β-内酰胺类药物和β-内酰胺酶抑制剂（BL-BLI）组合，包括头孢他啶/阿维巴坦（ceftazidime-avibactam）、美罗培南/法硼巴坦（meropenem-vaborbactam）、亚胺培南/西司他丁/瑞来巴坦（imipenem-cilastatin-relebactam）的可用性，CRE的治疗前景正在发生变化。这些组合靶向A类丝氨酸β-内酰酶（包括ESBLs和碳青霉烯酶）、AmpC酶，在阿维巴坦的情况下，还靶向一些D类OXA-48样酶；可能引入广谱BL-BLI组合，抑制或对产生常见B类金属β-内酰胺酶，包括cefepime-taniborbactam、avibactam-aztreonam和cefepime-zidebactam等的菌株具有抗菌活性；并引入了新型铁载体类头孢菌素头孢地尔（cefiderocol）。回顾性临床数据表明，较新的BL-BLI联合治疗方案比基于多黏菌素的方案具有显著的治疗优势，30天住院的死亡率较低（比较头孢他啶/阿维巴坦和黏菌素治疗CRE感染，前者为9%，后者为32%）。同样，在引入这些药物之前，CRE引起的血流感染的30天死亡率报告为38～45%，但最近的临床数据显示死亡率较低（约34%）。与碳青霉烯类敏感分离株相比，CRE微生物引起的感染与住院死亡风险和住院时间的增加有关。然而，一项研究发现，在调整了对分离株敏感的抗生素使用后，死亡率没有显著差异。这一发现表明，使用新疗法可能会改善CRE感染的临床结果。

然而药物可用性和新出现的耐药机制仍然存在重大挑战（图3）。K. pneumoniae对头孢他啶/阿维巴坦的耐药是由于KPC-2和KPC-3的变化改变了阿维巴坦抑制酶的能力；值得注意的是，KPC-2和KPC-3的变化也可能影响其水解活性，导致改变后的酶在行为上更类似于ESBL，而不是碳青霉烯酶。对美罗培南/法硼巴坦和亚胺培南/西司他丁/雷巴坦的耐药性与OmpK36外膜孔蛋白的缺失和β-内酰胺酶基因拷贝数的增加有关。头孢地尔敏感性的降低与多种变化有关，包括靶向PBP3的改变，编码头孢地尔进入细胞的铁摄取受体cirA的缺失，以及某些外源性β-内酰胺酶（NDM、SHV-ESBLs）或肠杆菌属ampC基因突变的存在。Taniborbactam有望成为金属β-内酰胺酶的抑制剂；然而，某些逃逸变体，包括IMP酶、NDM-9、NDM-30、VIM-83和SIM-1，可能会绕过这种新的抑制剂。

Pseudomonas aeruginosa

铜绿假单胞菌是一种条件致病菌，具有多种内在的耐药机制，包括药物渗透屏障、各种多药外排泵和染色体编码的AmpC酶（假单胞菌衍生的头孢菌素酶PDC）。此外，P. aeruginosa表达多种毒力因子，包括pyoverdine、pyocyanin、多达六种不同的分泌系统和相关的分泌决定因子、藻酸盐、多种群体感应途径和胞外多糖等。尽管美国的碳青霉烯类耐药性通常是由外膜孔蛋白OprD的缺失和MexAB-OprM外排泵过表达介导的，但全球P. aeruginosa临床分离株的耐药谱却通过获得性耐药决定因子日益增强，包括ESBLs和碳青霉烯酶（VIM、IMP、GES、NDM和KPC等）。

① 铜绿假单胞菌的分子流行病学

P. aeruginosa的种群结构大致分为两个主要的分支（clade A和B），少数分离株分在另外一到三个groups里（统称为clade C）。基于全基因组测序对P. aeruginosa属水平的组织评估表明，clade C是第一个分支，而clade A和clade B则是最近的分支。来自单个医院或城市的P. aeruginosa菌株存在显著差异，全球范围内适应医院的高风险克隆大量存在。有趣的是，编码III型分泌系统主要效应因子ExoS和ExoU的两个基因在P. aeruginosa菌染色体中几乎是互斥的，并且与分支有很强的关联性。准确来说，98%的clade A分离株为exoS阳性，而95%的clade B分离株为exoU阳性，具有两种基因或两种基因都不具有的菌株非常罕见。这种差异具有实际的临床意义，因为exoU菌株与感染性休克和不良预后有关。与肠球菌相似，P. aeruginosa中功能性CRISPR-Cas系统的缺失与更大的辅助基因组有关，且clade B分离株中发生的频率几乎是clade A分支的两倍。

抗菌药物耐药性，特别是由可转移耐药性决定因素介导的耐药性，是某些高风险克隆群的特征，包括ST235（clade B）、ST111（clade A）和ST175（clade A）等。这些谱系出现在20世纪80年代中后期，当时头孢他啶、亚胺培南和氟喹诺酮类药物被批准临床使用。ST235的基因组特征与抗生素压力增加导致克隆出现的假设相一致，初始的分化事件与氟喹诺酮耐药性突变、OprD外膜孔蛋白的后续置换以及调节PDC表达的基因有关。此外，ST235分离物的特征是存在各种基因，这些基因在细菌转化中可以起着一定的作用，促进了外源性抗菌药物耐药性决定因素的获得。类似地，流行性ST111菌株可能是通过与clade C菌株的重组事件产生的，该重组事件导致氟喹诺酮耐药性和荚膜脂多糖O-抗原切换。作者猜想抗原切换允许逃避宿主免疫反应，使ST111能够在全球范围内传播。在临床分离株中鉴定的其他高危克隆群包括巴西的ST277，美国的CG298，欧洲、南美和东南亚的CG308，墨西哥和德克萨斯州的ST309、中东和中国的CG357、中国的CG453以及亚洲和澳大利亚的CG823。值得注意的是，P. aeruginosa获得的碳青霉烯酶类型似乎因特定地理区域而异，含KPC的分离株在南美洲最常见，产生VIM-2的分离株则在欧洲最常见。

② 碳青霉烯耐药铜绿假单胞菌的临床影响

P. aeruginosa的抗生素耐药性会是一个重要的问题，因为耐药机制的多样性使得选择可靠的经验性方案变得困难。一项来自美国大型医院数据库的血液感染回顾性观察研究显示，具有“difficult to treat”耐药表型（DTR；对氟喹诺酮、头孢菌素和碳青霉烯类抗生素耐药）的P. aeruginosa分离株的死亡率增加，对所有类别均耐药的菌株感染患者死亡率增加了40%。在意大利的一项大型前瞻性观察研究中也观察到类似的结果，与碳青霉烯敏感株感染相比，碳青霉烯耐药P. aeruginosa（CR-PA）感染患者30天内死亡的可能性更高。

头孢洛扎/他唑巴坦（Ceftolozane-tazobactam）保留了对CR-PA的活性，因为它不受OprD孔蛋白缺失的影响，是假单胞菌外排泵的不良底物，并且可稳定水解PDC酶。头孢洛扎的耐药性主要与PDC的变化有关，特别是那些改变活性位点附近结合口袋的变化，以及某些GES和金属β-内酰胺酶。虽然PDC不是碳青霉烯酶，但它具有不可忽视的亚胺培南水解速率，该酶的过表达加上OprD的缺失可导致亚胺培南耐药。Diazabicyclooctane （DBO）β-内酰胺酶抑制剂瑞来巴坦可以恢复亚胺培南对某些CR-PA的活性，而PDC改变导致对头孢洛扎的耐药似乎降低了对亚胺培南的活性。对亚胺培南/瑞来巴坦产生耐药性的P. aeruginosa菌株基因组分析表明，MexAB-OprM和MexEF-OprN外排泵的上调可能协同作用，将瑞来巴坦从周质空间中挤出。头孢地尔是一种铁载体头孢菌素，它侵占细菌铁输入途径，对CR-PA具有很高的体外敏感性。头孢地尔的耐药性与使药物输入所需的TonB依赖性受体表达失活突变、PDC酶突变以及PER型和SPM-1型的β-内酰胺酶突变有关。

影响CR-PA感染结果的另一个重要因素是碳青霉烯类耐药机制。一项针对CR-PA感染患者的大型国际观察队列研究发现，产碳青霉烯酶分离株感染患者的30天死亡率显著高于非产碳青霉烯酶分离株感染患者（22%对12%）。产生碳青霉烯酶CR-PA的感染患者更有可能发生血流感染和免疫功能低下，这可能解释了死亡率的一些差异，尽管在逆概率加权分析中，碳青霉烯酶的产生在统计学上仍然与死亡率相关。金属β-内酰胺酶的存在也会损害新药物，如头孢洛扎/他唑巴坦、头孢他啶/阿维巴坦和亚胺培南/西司他丁/瑞来巴坦的活性。

Acinetobacter baumannii

鲍曼不动杆菌-醋酸钙复合群（A. baumannii-calcoaceticus complex）由四种难以在生化基础上区分的物种组成，其中三种鲍曼不动菌（A. baumannii）、皮特不动杆菌（Acinetobacter pittii）和医院不动杆菌（Acinetobacter nosocomialis）会引起临床疾病，另一种醋酸钙不动肝菌（Acinetobacter calcoaceticus）的致病作用有限。鲍曼不动杆菌在环境表面持续存在并抵抗消毒剂杀死的能力有利于该细菌在医疗环境中的存活。与其他ESKAPE病原体类似，包括染色体Ade外排泵、内源性ADC头孢菌素酶、OXA-51 β-内酰胺酶和获得性OXA型碳青霉烯酶在内的一系列耐药决定因素使A. baumannii治疗成为一个艰巨的临床挑战。

① 碳青霉烯耐药鲍曼不动杆菌的分子流行病学

分子方法对于理解A. baumannii的种群结构至关重要。目前A. baumannii存在两种主要的多位点序列分型（MLST）系统，一种是Pasteur Institute开发的，另一种被称为Oxford scheme（STOx）。Pasteur方案（STPas）似乎更适用于将A. baumannii分类为克隆群（CG），而STOx由于重组以及gdhB基因座两个拷贝的存在更容易出现假结果，尽管该方案可以更好地区分密切相关的分离株。大多数A. baumannii临床分离株可以在三个全球谱系CC1（由ST1Pas和相关分离株组成）、CC2（ST2Pas）和CC3（ST3Pas）中找到。目前，CC2是碳青霉烯类耐药A. baumannii（CRAB）的主要谱系，占美国分离株的77%和全球基因组的59%。CC2谱系可以进一步细分为几个亚谱系，ST208Ox在美国广泛分布，尽管最近的一项多中心研究表明，ST281Ox正在进行克隆替代过程，并且存在非CC2谱系的ST499Pas。中国也有类似的结构，大多数菌株属于CC2，个别医院含有优势循环克隆。描述A. baumannii全球种群结构的一个复杂因素是，相对有限的国家在测序的基因组中占很大比例。来自南美洲、日本和非洲国家的小型研究报告称，大多数分离株的ST与较大的CC2谱系无关。然而，尚不确定这些分离物是代表单个医院的群体还是更广泛的区域趋势。

有研究者通过收集近30年的A. baumannii CC1分离株，重建了CRAB的出现情况。该群体的祖先在20世纪60年代分为两个谱系，主要的抗生素耐药谱系在20世纪70年代获得了AbaR0或AbaR3样的基因组岛（携带磺胺类、氨基糖苷类和β-内酰胺类耐药基因）。该耐药盒可能来源于从粘质沙雷氏菌（Serratia marcescens）同时期分离物中鉴定出的IncM质粒R1215。氟喹诺酮耐药突变的出现，以及ISAba1介导的ADC酶内在编码基因的过表达，大致反映了氟喹诺酮类药物和广谱头孢菌素的引入和临床应用。在进入新世纪后，Tn介导的OXA碳青霉烯酶（如OXA-23、OXA-24、OXA-58和OXA-72）的获得导致了CRAB的广泛传播。除了OXA酶外，在来自各个克隆群的A. baumannii临床分离株中还描述了其他多种ESBLs（GES、PER、VEB）和碳青霉烯酶（KPC、IMP、NDM和VIM）。

② CRAB的临床影响

CRAB感染的多个层面使治疗复杂化。患者经常长期暴露在医疗环境中，这是暴露于抗生素和耐药菌株定植的重大风险。来自美国的监测数据显示，在普通医院病房，line-associated血液感染中碳青霉烯耐药的患病率为35%，重症监护室为47%，长期护理机构为近77%。全球碳青霉烯类抗生素的耐药率差异很大；2021年，这一比例在西欧和Scandinavia为0-5%，在南欧和东欧、拉丁美洲、非洲和中东的一些国家则超过80-90%。高频率的耐药性加上CRAB倾向于感染重症患者或有多种合并症患者的现实情况，导致预后不佳。

鉴于CRRB对多黏菌素具有较高的敏感性，基于多黏菌素方案，包括单一疗法和联合疗法，均已被用于治疗CRAB感染。遗憾的是，其治疗结果普遍较差，尽管存在体外协同作用，但黏菌素与美罗培南、左氧氟沙星或利福平联合使用的随机临床数据在改善死亡率方面并未表现出明显的益处。氨苄西林/舒巴坦（Ampicillin-sulbactam，舒巴坦是针对A. baumannii PBP3的活性成分）是目前首选的治疗方法，有证据表明，在大多数观察性研究中，当采用高剂量的舒巴坦（每天≥9g）与另一种活性药物联合使用时，其疗效有所改善。米诺环素（minocycline）、替加环素和依拉瓦环素可能是联合治疗的候选药物。但是需要使用优化的剂量，因为替加环素和依拉瓦环素没有规定的折点。

较新的β-内酰胺酶抑制剂阿维巴坦、瑞来巴坦和法硼巴坦对于CRAB中常见的OXA碳青霉烯酶抑制效果较差。头孢地尔对CRAB保持高水平的体外活性。然而，耐药性的出现是一个挑战，因为TonB铁输入途径、PBP3靶点的变化以及PER、NDM β-内酰胺酶的存在与最低抑菌浓度升高有关。将头孢地尔与治疗CRAB感染的最佳可用疗法（主要是与黏菌素组合）进行比较的随机临床数据显示，头孢地尔组的结果没有差异，死亡率也较高。因此，需要额外的临床数据来确定头孢地尔在这些感染中的最佳使用。舒巴坦/度洛巴坦（Sulbactam-durlobactam）最近被美国食品药品管理局（FDA）批准用于治疗CRAB感染。度洛巴坦是OXA酶的强效抑制剂，可保护舒巴坦免受水解。在III期注册试验中，舒巴坦/度洛巴坦的疗效并不比黏菌素差（均与亚胺培南/西司他丁联合使用），且28天的绝对全因死亡率更低13.2%。虽然这是治疗CRAB感染的一个有希望的发展，但耐药性仍可能通过PBP3的改变或金属β-内酰胺酶的存在而产生。

Novel treatments and emerging approaches

目前，用于治疗ESKAPE病原体感染的各种化合物正在临床开发中（表2和图4）。正在开发的BL-BLI，主要基于上述两种框架之一：① DBO，其中阿维巴坦（抑制A类、C类和一些OXA-48-like的碳青霉烯酶）是第一个进入临床使用的；② 硼酸抑制剂，在酶活性位点形成过渡态中间体，通过竞争性抑制起作用。氨曲南-阿维巴坦靶向革兰氏阴性菌感染，特别是那些产金属β-内酰胺酶的生物体引起的感染。氨曲南对金属β-内酰胺酶的水解稳定，选择性靶向肠杆菌的PBP3，与阿维巴坦联合使用，可保护氨曲南免受其他丝氨酸β-内酰酶的侵害。在REVISIT试验中对该组合进行了研究，其疗效不差于美罗培南。尽管阿维巴坦对某些肠杆菌属的PBP2也具有较弱的活性，但较新的DBO，如齐达巴坦（zidebactam），对P. aeruginosa和A. baumannii的PBP2活性更强。硼酸抑制剂，如他尼硼巴坦（taniborbactam）和xeruborbactam具有广谱耐药的前景，包括抑制几种金属β-内酰胺酶。

其他现有种类的抗生素，如氨基糖苷类的安普霉素和几种多黏菌素B衍生物正在改进，以提高对常见耐药机制的活性并降低毒性。Gepotidacin是一种可以口服的三氮杂苊烯类抗生素，靶向拓扑异构酶IV和DNA旋转酶的B亚基，但其与氟喹诺酮类药物结合的方式不同。目前正在研究将Gepotidacin用于治疗泌尿生殖道淋病和无并发症的尿路感染，包括由耐多药肠杆菌引起的感染。这一新的抑制机制表明，Gepotidacin对氟喹诺酮耐药菌株具有活性。

具有新型作用机制的抗生素尤其能引人注意，因为这些化合物可能对耐药细菌具有活性。但这些药物同时面临阻碍，比如意想不到的毒性或耐药性的迅速出现。Murepavadin是一种具有抗CR-PA活性的抗菌肽，由于担心肾毒性，在III期试验中被放弃。几种靶向脂质A生物合成的LpxC抑制剂由于心脏毒性被撤销。而亮氨酸-tRNA合成酶抑制剂epetraborole的试验因耐药性问题而停滞不前。TXA709，一种对细菌细胞分裂至关重要的FtsZ蛋白抑制剂，以及afabicin，一种阻断细菌脂肪酸合成途径中FabI酶的抑制剂，仍处于早期试验阶段，可能对ESKAPE病原体具有有趣的活性。

目前针对特定毒力因子，用于阻断ESKAPE发病机制或降低其毒力的化合物也正在开发中，其中一些已进入临床开发阶段。比如氟噻嗪酮（fluorothyazinone），这是一种III型分泌系统抑制剂，正在与头孢吡肟联合开发用于治疗P. aeruginosa；GSK3882347，一种甘露糖苷，可抑制大肠杆菌粘附素FimH并防止细菌与膀胱尿道上皮结合；以及ALS-4，是一种可改变S. aureus毒力，阻断感染的葡萄球菌毒素抑制剂。Reltecimod是一种CD28 T细胞受体模拟物，可抑制一系列细菌病原体对T细胞的刺激。在一项随机、双盲、安慰剂对照试验中，严重坏死性软组织感染的reltecimod早期给药可显著改善符合方案人群的primary复合终点，但在改良意向治疗人群中没有改善。因此，这种策略在耐药性感染中的作用尚不确定。

噬菌体，即感染细菌的病毒，因其对ESKAPE病原体的活性以及与靶病原体一起进化的治疗潜力而受到越来越多的关注。噬菌体自二十世纪初以来就被使用，但传统抗生素的发现掩盖了东欧以外地区的噬菌体发展。一些噬菌体产品已经进入临床试验，主要用于治疗囊性纤维化中P. aeruginosa引起的慢性感染。Exebacase是一种正在研发的葡萄球菌噬菌体溶血素的衍生物，作为S. aureus菌血症标准治疗的辅助手段，在II期研究中显示出早期的希望，但由于中期分析无效，III期试验被暂停。噬菌体作为抗感染疗法的发展仍然面临挑战，包括更快速地鉴定噬菌体易感性和纯化时间、剂量的不确定性、有限的安全数据、抗噬菌体宿主免疫反应的发展和监管挑战等。

疫苗有望完全预防感染，然而，尽管在肺炎链球菌等病原体方面取得了成功，但ESKAPE病原体的候选疫苗数量仍然有限。多种S. aureus候选疫苗已进入临床试验，尽管迄今为止没有一种疫苗在降低感染率或鼻腔传播率方面取得成功。最近完成了一项针对四种常见K. pneumoniae血清型的佐剂O多糖抗原疫苗的I/II期研究，然而，其结果尚未公布。针对ESKAPE病原体的疫苗仍然面临各种挑战，包括在适应定植和逃避宿主免疫反应的物种中鉴定免疫原性靶标，危重患者给药窗口有限和免疫反应受损，以及一般人群中定植个体的低感染率，这使得疗效的确定存在问题。目前，针对某些ESKAPE病原体的单克隆抗体也在开发中。例如，tosatoxumab（AR-301）是一种靶向S. aureus α-毒素的人单克隆IgG1抗体，目前正在研究用于治疗呼吸机相关性肺炎。表2提供了一些其他抗ESKAPE病原体单克隆抗体和正在研究的适应症的信息。

Conclusions and perspectives

构成ESKAPE病原体的细菌种类已经适应了全球各地的现代卫生医疗环境。分类学的变化和新威胁的出现，如免疫功能受损宿主中大肠杆菌或嗜麦芽窄食单胞菌（Stenotrophomonas maltophilia）感染的耐药分离株，表明ESKAPE首字母缩写还需要再改进。最近对抗菌药物耐药性临床影响的估计表明，2019年有近500万例死亡与耐药感染有关。最重要的是，这一负担分配分配不均，对资源匮乏地区造成的影响与发展中国家疟疾、艾滋病毒、结核病和COVID-19大流行造成的巨大健康影响相当。

全球人类使用的抗菌药物消费量稳步增长，特别是在低收入和中等收入国家，尽管这些地区的总消费量仍落后于高收入国家。然而这与动物中的抗菌药物消费量相比仍然相形见绌，在美国，动物的抗生药物消费量占抗菌药物使用量的80%，全球超过63000吨，其中大部分用于非治疗用途（促进生长）。虽然这是一个重大的问题，但并不是一个无法克服的问题。在欧洲，avoparcin的使用与20世纪90年代饲料动物中VRE的增加以及对人类群体的潜在溢出效应有关。1995年，avoparcin被禁止作为生长促进剂使用，5年内动物体内VRE的回收率从近80%下降到不到10%。因此，动员“同一个健康”连续体中的利益攸关者，对于制定管理抗菌药物使用的创新解决方案至关重要。

目前迫切需要新的疗法，并将它带到发展中国家，因为那里的耐药性负担正在迅速上升。追踪新出现的高风险遗传谱系的传播并采取措施防止其在医院和社区传播的基础设施在发达国家之外很少见，感染预防和控制工作仍然是抗击耐药性的关键方面。因此，高收入和低收入环境之间必须建立强有力的国际伙伴关系，支持对ESKAPE病原体的监测，提供有效的感染控制计划，并允许成功表征、治疗和管理新型抗菌药物。随着抗菌药物使用接近一个世纪，我们必须吸取过去的教训，以保障未来的治疗方法，并认识到与细菌进化作斗争是一项永无休止的任务。

Reference

Miller W R, Arias C A. ESKAPE pathogens: antimicrobial resistance, epidemiology, clinical impact and therapeutics [J]. Nature Reviews Microbiology, 2024.

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