抗菌药物防细菌耐药突变浓度理论及研究进展

第33卷第1期2010年2月-13-•综述•抗菌药物防细菌耐药突变浓度理论及研究进展宋秀杰1，刘又宁1，王睿21解放军总医院呼吸科，北京100853；2解放军总医院临床药理研究室，北京100853摘要目的：阐述防耐药突变浓度（MPC）和耐药突变选择窗理论（MSW）及该理论昀新研究进展。方法：查阅近10年来国内外相关文献资料进行整理归纳。结果与结论：通过近年报道的体内外实验结果证明MPC和MSW是评价抗菌药物防细菌耐药能力的新指标。在应用抗菌药物时，应尽量缩小突变选择窗，力争遏制和延缓细菌耐药突变。除选择更理想的药物、调整药物剂量外，联合用药在理论上讲也是一条安全、有效的用药途径。AUC24／MPC，Cmax／MPC作为防止耐药突变的预测指标优于AUC24／MIC。根据防耐药突变理论选择应用抗感染药物为延缓耐药提出了新的策略。关键词防耐药突变浓度；耐药突变选择窗；PK／PD；耐药中图分类号：R978文献标志码：A文章编号：1674–6376（2010）01–0013–06AdvancesinstudiesonmutantpreventionconcentrationrationaleforantimicrobialagentsSONGXiu-jie1,LIUYou-ning1,WANGRui21DepartmentofRespiratoryDiseases,ChinesePeople’sLiberationArmyGeneralHospital,Beijing100853,China;2DepartmentofClinicalPharmacology,ChinesePeople’sLiberationArmyGeneralHospital,Beijing100853,ChinaAbstractToreviewtherecentresearchofmutantpreventionconcentration(MPC)andthelatestprogress.ReviewsrelatedtoMPCintherecenttenyearswerereportedinthispaper.AlltheseinvitroandinvivostudiesindicatedthatMPCandmutantselectivewindow(MSW)werenewindexestoevaluatetheantimicrobialresistance.Duringapplicationofantibiotics,narrowingorclosingtheMSW,restraininganddeplayingthebacteria-resistantmutantshouldtrytobemade.Besidesselectinganidealdrugandoptimizingtheproperdosage,thecombinationtherapymaybeasafeandeffectivewaytoinhibitthedevelopmentofresistance.AUC24/MPCismoreappropriatethanAUC24/MICforpredictingtherestrictionofresistantmutantemergence.Itofferstheidealandnewstrategyforrestrictingresistantmutantsanddelayingantimicrobialresistance.Keywordsmutantpreventionconcentration(MPC);mutantselectivewindow(MSW);PK/PD;resistance20世纪以来耐药菌的产生和蔓延已经成为世界性问题，由于微生物对许多现有药物产生了耐药性，而使结核病、肺炎、肠道感染等常见感染性疾病越来越难以治疗，严重危害人类健康。而新药研发周期很长，新的抗菌药物刚刚上市，耐药株随即出现，新药研发速度远远慢于细菌耐药突变的速度，从而出现许多多重耐药菌所致感染无药可医的严峻局面。传统的观念认为药物剂量不足是导致耐药的原因，从而导致盲目的大量的抗菌药物的滥用，使耐药更加严重。如何预防和解决抗菌药物耐药问题已经成为全球急需解决的重要课题。1999年美国DrlicaK、ZhaoX教授[1]首先提出了防耐药突变浓度（mutantpreventionconcentration，MPC）和细菌突变选择窗（mutantselectionwindow,MSW）的理论，理论的核心思想是，将MPC作为评价抗菌药物新的药效学指标，MSW收稿日期：2009-10-22作者简介：宋秀杰（1975—），女，籍贯山东巨野。解放军总医院在读呼吸内科博士研究生，研究方向为肺部感染及抗生素耐药。Tel：[phone].E-mail：[e-mail].-14-DrugEvaluationResearchVol.33No.1February2010是耐药突变株富集扩增的药物浓度范围。这一理论的提出，为抗菌药物临床应用提供了新的思路，促使抗菌药物血药峰浓度（Cmax）高于MPC，方可延缓细菌对抗菌药物的耐药，笔者就MPC理论及相关进展做一综述。1基本概念与提出背景1.1基本概念MPC是指抑制细菌耐药突变株被选择性富集扩增所需的昀低抗菌药物浓度，是评价抗菌药物抗菌效能、反映药物抑制耐药突变株生长能力大小的新的指标。选择指数（selectionindex，SI）是MPC与昀低抑菌浓度（minimuminhibitoryconcen-tration，MIC）之比，用于比较抗菌药物防耐药突变株产生的能力。MIC与MPC之间的浓度范围即定义为突变选择窗（MSW）。由于MIC99能更准确地测定，因而更适合于作为窗的下界。药物浓度落入MSW内时，耐药突变株可以被选择性富集扩增。每种抗菌药物对不同的致病菌其MSW都是不同的。1.2首次提出该理论的实验依据美国Drlica教授课题组[1]首先报道在环丙沙星对牛结核分支杆菌和金黄色葡萄球菌的研究中确认了抗菌药物的MPC和MSW。发现随着琼脂平板中抗菌药物的浓度增加，平板中恢复生长的细菌数量出现两次明显下降，第一次下降发生在MIC99时，此时大量敏感性细菌的生长被抑制或杀灭；之后观察到一个相对稳定的平台期，通过DNA核酸序列分析，发现平台期生长的菌株是选择出的同源耐药突变菌株（第一步突变菌）；随着药物浓度进一步增加，菌落数出现第二次明显下降，直到浓度高至某一限度时琼脂平板中无菌落生长，提示该浓度能阻断一步突变菌株的生长，该浓度即定义为MPC。显然，当药物浓度在MIC和MPC之间时，耐药突变菌株才被选择性富集扩增。该实验结果首先为MPC和MSW创新理论的发现提供了初步的实验证据。2MPC理论验证性实验研究进展2.1体外实验方法与研究概况采用琼脂扩散法测定MPC时，需要接种比常规MIC所需量更多的细菌（1010CFU／mL）。通常应用倍比稀释法测定，取上述浓度的菌液均匀涂抹在含倍比稀释的抗菌药物平板上，37度孵育，以72小时后无菌落生长的昀低抗菌药物浓度称为暂定的防突变浓度（provisionalMPC，MPCpr）。再以MPCpr为基准，线性递减（20％）抗菌药物浓度，不出现细菌生长的昀低药物浓度即为MPC[1]。MPC概念为抗菌药物防细菌耐药提供了一个更加精确和严格的界值。目前关于MPC的研究多集中在氟喹诺酮类药物，因该类药物耐药机制比较明确，主要是拓扑异构酶亚基的氨基酸位点的突变，可通过分子生物学的方法对耐药突变菌株的筛选确认，实验方法流程也容易控制。接续也有报道关于万古霉素[2]、大环内酯类药物[3]、β-内酰胺类（头孢呋辛）[3]等药物的MPC。随着新药如利奈唑胺[4]、达托霉素[5]的开发，对其MPC的研究也逐渐开展。MPC研究中涉及的细菌有金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌、表皮葡萄球菌、肠球菌属、铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌、甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌、阴沟肠杆菌、结核分枝杆菌、大肠埃希菌等。研究中发现每种药物的防耐药突变的能力是不同的。崔俊昌等[6]研究提示莫西沙星和加替沙星限制金黄色葡萄球菌耐药突变株选择的能力优于帕珠沙星和环丙沙星。但对于铜绿假单胞菌，环丙沙星较其他FQ药物的防耐药突变能力强[7,8]。李朝霞等[9]研究左氧氟沙星、万古霉素、利福平、氯霉素、妥布霉素、阿齐霉素在不同浓度时对金黄色葡萄球菌ATCC29213耐药突变株选择的影响结果显示，6种抗菌药物-金黄色葡萄球菌组合的MSW差异很大，药物浓度对金黄色葡萄球菌恢复生长的耐药突变株菌落数有明显影响。邢茂等[10]测定罗红霉素和阿奇霉素对金黄色葡萄球菌ATCC29213的MPC分别是0.24mg／L和0.18mg／L，不同药物筛选出的耐药突变株中扩增出ermA和ermC基因。FirsovAA[11]和ZinnerSH[12]等利用体外药效学模型，分别以氟喹诺酮药物对金黄色葡萄球菌和肺炎链球菌为例，验证了MSW理论。结果显示，4种氟喹诺酮类药物（莫西沙星、加替沙星、左氧氟沙星和环丙沙星）对甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌的AUC／MIC为25～60h；莫西沙星对肺炎链球菌的AUC／MIC在24～47h，易筛选出耐药突变株，当AUC／MIC＜10h或＞100h时，耐药突变株不会选择性的富集扩增。2.2动物体内研究证据崔俊昌等[13]首次成功建立金黄色葡萄球菌感染的家兔组织笼模型，用于MPC的研究。由此证明药物浓度落在MSW时，耐药突变株会被选择性第33卷第1期2010年2月-15-富集扩增，同时动物体内MSW的上、下限分别为AUC24／MPC=25h和AUC24／MIC=20h（表1）。2.3临床研究证据LiuY等[14]首次在人体研究中验证了此理论。他通过观察应用利福平联合化疗的结核病人治疗前后鼻腔携带的金黄色葡萄球菌对利福平耐药性的变化，得出了MPC理论的临床证据。治疗后，58名鼻腔内定植金黄色葡萄球菌患者有53名鼻腔定植菌得到清除，另5名患者鼻腔定植金黄色葡萄球菌在治疗后由敏感转为高度耐药，spa和脉冲场电泳分型证实给药前后分离的细菌同源性。表1PK／PD参数与耐药突变的关系Table1RelationshipbetweenPK/PDparametersandresistantmutantPK/PD参数PK/PD值实验动物数发生耐药的动物数P值﹡＞150h7020～150h12110.009AUC24/MIC＜20h610.667＞25h703～25h12110.009AUC24/MPC＜3h610.667＞8801～814120.025Cmax/MIC＜130＞1.2800.2～1.213110.018Cmax/MPC＜0.2410.571≥20％80T＞MPC＜20％17120.049＜80％80TMSW（当Cmax/MPC＞1）≥80％220.100≥33％990.005TMSW（当Cmax/MPC＜1）＜33％610.667*与对照组比较*vscontrolgroup3基于MPC与MSW理论的临床治疗策略3.1MPC与MSW的临床意义当药物Cmax（昀大血清浓度）＜MPC时，该药单药治疗将选择出耐药突变菌。传统抗结核药（异烟肼、环丝氨酸等）及老一代喹诺酮药物环丙沙星等对结核杆菌的MPC均明显高于其Cmax，且选择指数高，表明当单药治疗时将导致结核菌耐药；利福平、链霉素、卡那霉素对结核分枝杆菌，利福平对大肠埃希氏菌和金黄色葡萄球菌，均有较低的MIC，MPC却高达无法测出，治疗后可能迅速杀死敏感菌，但很快产生耐药菌株的蔓延，因而从防止耐药角度来考虑不能采用单药治疗此类致病菌感染[15]。目前抗结核药物标准化疗方案均为三联或四联，可以防止结核菌的耐药突变。而新一代具C8-甲氧基结构的喹诺酮药物（莫西沙星、加替沙星）对临床分离的肺炎链球菌的Cmax＞MPC，且变异选择窗较窄，t1／2长，每日1次给药能保证大