靶向铜绿假单胞菌耐药性：头孢洛扎/他唑巴坦持续输注的群体药代动力学/药效学蓝图与暴露前沿策略

本研究通过群体药代动力学/药效学（PK/PD）建模与蒙特卡洛模拟，创新性提出头孢洛扎/他唑巴坦（Ceftolozane/tazobactam）持续输注（CI）方案，证实其可实现对铜绿假单胞菌耐药性的有效抑制。研究采用2021年非种族CKD-EPI方程估算肾清除率，发现每日4-6 g/2-3 g的CI剂量可在所有肾功能分层中针对MIC≤4 mg/L的菌株达成≥90%的靶标达成率（PTA），且对多重耐药（MDR）、泛β-内酰胺不敏感及难治耐药（DTR）表型均保持较高累积反应分数（CFR）。该策略为重症感染中抗生素暴露优化与耐药防控提供了临床转化蓝图。

　　

ABSTRACT

头孢洛扎/他唑巴坦是治疗铜绿假单胞菌感染的关键抗生素。本研究旨在探讨持续输注（CI）该药物是否能够实现积极的药代动力学/药效学（PK/PD）靶标，从而抑制耐药性并改善重症铜绿假单胞菌感染的预后。通过对接受CI头孢洛扎/他唑巴坦治疗并接受两种化合物治疗药物监测（TDM）的成年患者进行回顾性分析，采用群体PK/PD建模确定了基于肾功能估算头孢洛扎/他唑巴坦清除率的最准确方法，并通过蒙特卡洛模拟研究了不同CI给药方案与头孢洛扎/他唑巴坦积极PK/PD靶标达成之间的关系。2021年非种族基础的慢性肾脏病流行病学协作（CKD-EPI）方程结合体表面积指数提供了最可靠的清除率估算。模拟显示，每日4–6 g/2–3 g的CI方案在所有肾功能分层中针对MIC高达欧洲抗菌药物敏感性试验委员会（EUCAST）折点的菌株均可实现最佳靶标达成率（≥90%）。对关键耐药表型的累积反应分数保持稳健：多重耐药（MDR）（12.6%；83.8%）、泛β-内酰胺不敏感（8.2%；78.2%）和难治耐药（DTR）（6.7%；71.7%）。即使在MIC >4 mg/L的分离株中，也有15%–40%的病例实现了积极的靶标达成。本研究提示，基于TDM并针对积极PK/PD靶标优化的CI头孢洛扎/他唑巴坦给药策略，为最大化重症铜绿假单胞菌感染的疗效和抑制耐药性提供了有前景的方案。这些发现值得开展基于CI的暴露引导治疗的前瞻性临床试验。

INTRODUCTION

抗生素耐药性是威胁现代医学基础的巨大挑战。随着现有抗菌药物有效性的减弱，保护可用药物的效用需要采取主动的、基于精准医疗的方法。根据病原体、感染部位和患者特异性药理参数定制抗生素剂量已不再是可选项，而是防止治疗过程中耐药亚群选择和扩增的必要措施。在铜绿假单胞菌感染的管理中，这一点尤为关键，该病原体因其内在耐药机制和即使在指南一致治疗背景下仍倾向于获得新机制的倾向，一直被视为最棘手的病原体之一。

当前的抗生素剂量建议以实现临床疗效和最小化毒性为基础，但很少将抑制耐药性作为核心目标。监管范式与临床微生物现实之间的脱节日益难以维持。最近一项在28家美国医院进行的多中心研究显示，约20%接受头孢洛扎/他唑巴坦或头孢他啶/阿维巴坦治疗的多重耐药（MDR）铜绿假单胞菌感染患者出现了耐药性。这些发现强调了从常规剂量向强调达成已知可抑制耐药性的积极药代动力学/药效学（PK/PD）靶标策略的范式转变的迫切需求。对于β-内酰胺类药物，达成≥3.8倍MIC折点的谷浓度已被证明可在体外实验中防止美罗培南、头孢吡肟和头孢他啶的细菌耐药性出现。

我们最近的工作将这一发现扩展到临床环境，并显示达成≥4倍MIC浓度的暴露优化头孢他啶/阿维巴坦剂量与耐药性出现率近乎三倍的降低相关（从15.5%降至5.9%）。这项工作为临床PK/PD驱动的剂量重新设计提供了明确的概念验证。头孢洛扎/他唑巴坦急需类似的蓝图，因为它已显示出对抗铜绿假单胞菌的微生物学活性优于头孢他啶/阿维巴坦。然而，临床结果仍然令人警醒：30天全因死亡率徘徊在20%左右，与当前剂量下使用的药物无关。这表明优化药物暴露而不仅仅是选择“更好”的抗生素对于改善微生物学和患者中心结局至关重要。

本文提出了一个基于群体PK/PD的框架，通过持续输注（CI）策略重新定义头孢洛扎/他唑巴坦剂量，旨在防止耐药性出现的同时最大化治疗MDR铜绿假单胞菌的成功。我们利用来自一个MDR铜绿假单胞菌高发率机构的临床数据，该机构使用CI输送头孢洛扎/他唑巴坦并结合TDM以靶向≥4倍MIC浓度为护理标准。通过挑战暴露前沿而非监管底线，我们旨在将这种世界卫生组织高度优先病原体的治疗轨迹从遏制转向预防抗生素耐药性。

RESULTS

共有88名患者贡献了171个样本，用于测定头孢洛扎稳态血浆浓度（Css_TOL）。人口统计学和临床数据总结显示，大多数患者为男性（48/88, 54.5%）。年龄、体重和估算肾小球滤过率（eGFR，通过2021年CKD-EPI公式计算）的中位数（最小-最大）分别为65.5（19–90）岁、72.5（37–119）公斤和75.1（4.5–165.8）毫升/分钟/1.73平方米。TDM评估当日的序贯器官衰竭评估（SOFA）评分中位数（IQR）为7。医院获得性或呼吸机相关性肺炎和血流感染占头孢洛扎/他唑巴坦治疗的大部分（50/88, 56.8%）。治疗长度和TDM评估次数的中位数（最小-最大）分别为10（2–94）天和1。头孢洛扎Css_TOL的中位数（最小-最大）为42.9（2.1–216.8）毫克/升。

基础群体药代动力学模型的药代动力学参数估计显示，固定分布容积（V1）值和残差变异的比例误差模型被采用。单变量分析结果确定了头孢洛扎清除率（CL_TOL）的显著协变量。血清肌酐、血清尿素和通过不同肾功能方程估算的eGFR与CL_TOL显著相关。模型性能比较显示，在将eGFR作为CL_TOL协变量纳入后，Akaike信息准则（AIC）减少。在测试的eGFR方程中，2021年非种族基础的CKD-EPI方程结合体表面积（BSA）指数表现最佳，被纳入最终模型。未发现其他显著协变量。模型诊断图总结显示。最终群体药代动力学模型估计的摘要报告显示，CL_TOL的个体估计中位数（最小-最大）为3.69（0.45–11.3）升/小时。

图表显示了不同CI头孢洛扎/他唑巴坦给药方案在不同肾功能类别中与达成目标概率（PTA）的关系。值得注意的是，在所有五类肾功能中，测试的CI给药方案针对MIC高达EUCAST临床折点4毫克/升的铜绿假单胞菌菌株均提供了积极的PK/PD靶标的最佳PTA。值得注意的是，在eGFR为50–89和90–130毫升/分钟的类别中，这一结果可通过较低的CI日剂量实现，分别为每日4克/2克和5克/2.5克，相较于标签推荐的1小时输注剂量每8小时2克/1克（每日6克/3克）。对于MIC >4毫克/升的分离株，当前批准的每日6克/3克CI剂量可能不足以实现最佳PTA。

针对所选铜绿假单胞菌菌株集合的累积反应分数（CFR）与测试的CI头孢洛扎/他唑巴坦剂量在不同eGFR类别中的关联显示，当考虑所有分离株作为一个整体时，CFR是最佳的，并且在处理MDR分离株时几乎总是准最优的。相反，针对泛β-内酰胺不敏感分离株和难治耐药（DTR）分离株的CFR是次优的，但估计在>70%的此类病例中可实现这一严格靶标。有趣的是，仅考虑根据EUCAST定义为对头孢洛扎/他唑巴坦体外耐药的铜绿假单胞菌菌株比例（即MIC值 > 4毫克/升），测试的剂量允许CFR范围约为30%–40%针对所有分离株整体，20%–30%针对MDR分离株和泛β-内酰胺不敏感分离株，以及15%–30%针对DTR分离株。

DISCUSSION

铜绿假单胞菌是一种强大的细菌病原体，需要优化抗生素暴露以改善微生物学和患者中心结局。本次临床评估通过使用CI头孢洛扎/他唑巴坦剂量结合PK/PD建模和模拟疑似或确诊铜绿假单胞菌感染患者进行。我们的目标是识别能够达成积极的、抑制耐药性的PK/PD靶标的剂量策略。我们的发现突出了基于CI的方案潜力，特别是当与TDM配对时，可将头孢洛扎/他唑巴坦的临床效用从单纯的挽救疗法转变为耐药性预防工具。

最终群体PK模型将eGFR，特别是2021年CKD-EPI方程结合BSA指数，确定为解释CL_TOL个体间变异性的主要协变量。我们模型的CL_TOL群体药代动力学估计是可靠的，因为跨eGFR的预计CL与用于证明当前标签剂量方案合理性的模型一致。具体而言，Zhang等人识别出CL_TOL = 4.84 × (eGFR/100)^0.701，而本研究识别为3.08 × (eGFR/100)^0.71，这等同于CL_TOL的中心趋势估计分别为2.98和2.71升/小时。当预测至高肾功能（150毫升/分钟）时，产品标签合理性模型和我们的当前模型分别预测值为6.43和5.90升/小时。然而，即使结合了肾功能，CL_TOL的未解释变异性仍然显著（62%），强调了仅依赖基于肾功能的剂量的局限性。这些发现强化了TDM在实时优化暴露中的必要性，特别是在危重患者中，改变的生理学可能使肾功能与真实药物清除率脱钩。

最重要的是，我们证明了使用CI across所有肾功能分层达成积极的PK/PD靶标_TOL/MIC ≥4的可行性。我们将头孢洛扎的这一积极PK/PD靶标应用于铜绿假单胞菌，这比先前在其他群体PK/PD模型中考虑的要高几倍，即40-100% _1xMIC。有几个理由支持对重症铜绿假单胞菌感染采用积极而非保守的PK/PD靶标。首先，最近一项荟萃分析显示，达成_ss/MIC比率为4–8的积极PK/PD靶标与CI β-内酰胺类药物可显著改善危重患者中治疗革兰氏阴性感染的疗效。积极的PK/PD靶标达成与更好的临床治愈率（OR 1.69; 95% CI 1.15–2.49）和较低的β-内酰胺耐药性发展风险（OR 0.06; 95% CI 0.01-0.29）显著相关，相较于_ss/MIC比率为1的保守PK/PD靶标（等同于100%T > MIC）。此外，当未达成此靶标时，观察到微生物学失败风险增加（OR 26.08; 95% CI 8.72–77.95）。这一预期已通过对一家意大利三级医院751株铜绿假单胞菌分离株的4年抗菌药物敏感性测试分析得到证实。该研究证实，按标签标准剂量使用头孢洛扎/他唑巴坦可能导致耐药性出现。此外，抗生素使用与耐药性出现之间的直接联系已被记录。具体而言，头孢洛扎/他唑巴坦在2020年12月至2022年5月期间因意大利制造药物短缺而无法使用。这使得进行三期分析，识别出头孢洛扎/他唑巴坦耐药率 statistically显著降低（25.1%降至5.3%），随后随着其重新引入而增加（5.3%至10.0%）。这清楚地表明，当以标准1小时输注剂量使用时，头孢洛扎/他唑巴坦可能选择抗菌药物耐药性。相反，当通过使用CI并针对积极PK/PD靶标优化剂量时，耐药率可能降低。这一证据，尽管是间接的，表明耐药率可能通过临床环境中的积极靶向而受阻。

除了药物使用和非使用作为因素外，研究人员已显示剂量很重要。具体而言，Tamma和同事假设头孢洛扎/他唑巴坦耐药性出现的某些风险因素可能是可修改的。他们研究了28名连续感染碳青霉烯耐药铜绿假单胞菌分离株的患者，这些分离株最初对头孢洛扎/他唑巴坦敏感。基于头孢洛扎/他唑巴坦MIC从基线增加四倍的定义，治疗后至少72小时出现耐药性的情况发生在50%的病例中。不足的源头控制增加了概率（29% vs 0%），而使用延长3小时输注降低了耐药性出现的概率（0% vs 29%）。他们的研究支持延长输注可能防止头孢洛扎/他唑巴坦耐药性发展的原则。

临床前和临床研究进一步强化了头孢洛扎/他唑巴坦通过CI给药的论点。一个针对广泛耐药（XDR）铜绿假单胞菌分离株的中空纤维感染模型比较评估了减少头孢洛扎/他唑巴坦剂量通过CI（每日4克/2克） versus 标准剂量通过延长（每8小时2克/1克超过3小时）或间歇输注（每8小时2克/1克超过1小时）的疗效。值得注意的是，每日4克/2克通过CI granted最大的细菌密度减少，并且是唯一确保对所有分离株杀菌效果（即>3log10 CFU/mL减少）的方案，无论分离株对头孢洛扎/他唑巴坦敏感（MIC为2毫克/升）还是耐药（MIC为8–16毫克/升）。与这些发现一致，我们最近通过一项前后准实验研究显示，对于治疗严重确诊铜绿假单胞菌感染，TDM引导的方法（即干预）使得在所有病例中通过使用较低日剂量方案 compared with 干预前阶段（3克/1.5克 versus 6克/3克）达成积极PK/PD靶标，并且未对疗效（微生物学根除、30天头孢洛扎/他唑巴坦耐药性、临床治愈和30天死亡率）产生负面影响。此外，在所有患者中达成_ss/MIC ≥4的积极PK/PD靶标与头孢洛扎/他唑巴坦耐药率从18.8%（干预前阶段）降至10.8%（干预后阶段）相关。由于干预后阶段的10.8%患病率几乎是CACTUS研究报告的22%的一半，这可能支持积极PKPD靶标达成在减少耐药性发展中的作用。因此，假设通过CI给予肺炎的标准许可剂量，即每日6克/3克，可能有助于达成针对MIC值高达至少8–16毫克/升的铜绿假单胞菌菌株的积极PK/PD靶标。

我们的蒙特卡洛模拟有效证实，通过CI输送许可剂量方案的头孢洛扎/他唑巴坦，针对MIC高达EUCAST临床敏感性折点即4毫克/升的铜绿假单胞菌菌株，积极PK/PD靶标的PTA在所有肾功能类别中可能是最佳的。值得注意的是，当考虑eGFR >50毫升/分钟的类别，其中目前推荐全剂量每8小时2克/1克间歇输注，分析显示积极的PK/PD靶标的最佳PTA甚至可能通过CI输送较低剂量实现，即在eGFR 50–89和90–130毫升/分钟类别中分别为每日4克/2克和5克/2.5克。这一发现在资源有限环境和可能导致药物短缺的供应链中断期间尤为重要，其中降低日剂量可能是必要的。

针对达成积极PK/PD靶标的CFR发现在所有肾功能类别中 against 来自美国医院的超过2,000株铜绿假单胞菌分离株的大型集合是最佳的。重要的是，当关注更耐药的亚组（MDR, 12.6%）、泛β-内酰胺不敏感（8.2%）和DTR耐药（6.7%）分离株时，CFR保持高位，范围从71.7%到83.8%，尽管低于90%的最优阈值。

这些结果突出了CI头孢洛扎/他唑巴坦剂量的潜在临床价值，即使在挑战性耐药表型中。值得注意的是，该方法还证明了通过持续输注在大约15%–40%被分类为对头孢洛扎/他唑巴坦体外耐药（MIC >4毫克/升）的分离株中达成积极靶标暴露的能力。这强调了TDM和个体化剂量在优化结局中的关键作用，特别是对于感染耐药病原体的患者。

本研究有几个局限性。其回顾性设计限制了因果推断。仅测量了总血浆浓度；游离浓度使用固定蛋白结合假设估算，这可能无法反映危重患者的变异性。尽管我们的模型将eGFR确定为关键协变量，但显著的未解释个体间变异性仍然存在。蒙特卡洛模拟虽然信息丰富，但依赖于可能无法完全捕捉病原体行为或宿主反应真实世界变异性的假设。此外，我们的分离株集合虽然庞大且多样，但可能无法反映全球耐药模式。临床结局如治愈时间或治疗期间耐药性出现未被报告。然而，本研究包括了与我们上述提及的先前研究干预后阶段评估的具有可评估临床/微生物学结局的相同患者。尽管存在这些局限性，实时TDM的使用、稳健的群体PK模型以及美国监测数据的整合增强了我们发现的临床相关性和普适性。

总之，这项群体PK/PD研究的结果表明，这种创新的CI头孢洛扎/他唑巴坦剂量策略，通过优化针对铜绿假单胞菌的积极PK/PD靶标达成和CFR，可能有潜力在最大化重症铜绿假单胞菌感染的临床/微生物学结局或最小化头孢洛扎/他唑巴坦耐药性发展方面做出有意义贡献。

MATERIALS AND METHODS

Study design

在2023年11月至2024年10月期间入住意大利博洛尼亚大学医院IRCCS的成年患者，接受头孢洛扎/他唑巴坦治疗疑似或确诊铜绿假单胞菌感染并接受头孢洛扎和他唑巴坦浓度实时TDM的，被回顾性纳入本研究。当地伦理委员会批准了该研究。由于调查的回顾性性质，签署知情同意被豁免。

头孢洛扎/他唑巴坦治疗包括1小时内2克/1克负荷剂量，立即 followed by 基于eGFR的CI维持剂量（如果eGFR >50毫升/分钟/1.73平方米，则每日6克/3克通过CI；如果eGFR为30–50毫升/分钟/1.73平方米，则每日3克/1.5克通过CI；如果eGFR为15–29毫升/分钟/1.73平方米，则每日1.5克/0.75克通过CI；如果eGFR <15毫升/分钟/1.73平方米，则每日0.9克/0.45克通过CI），随后根据TDM引导的临床药理学咨询进行调整。我们医院的β-内酰胺TDM内部协议规定在第2至3天进行第一次头孢洛扎稳态血浆浓度（Css_TOL）和他唑巴坦（Css_TAZ）的TDM，随后根据临床药理学建议进行每周两次的TDM评估直至治疗结束。

总Css_TOL和Css_TAZ通过验证的液相色谱串联质谱法测量（头孢洛扎和他唑巴坦的定量下限分别为0.2和0.1毫克/升）。

从电子医疗记录中检索以下人口统计学和临床特征：年龄、性别、体重、身高、血清肌酐、血清白蛋白、感染类型和部位、细菌临床分离株（ whenever available）与头孢洛扎/他唑巴坦MIC值、基础疾病、头孢洛扎/他唑巴坦剂量、血管加压药使用和机械通气使用。肾功能和替代身体大小描述符（ABSD）使用几个方程估算并包括（i）2021年非种族基础CKD-EPI方程结合和不结合BSA指数；（ii）通过Cockcroft-Gault方程结合体重和ABSD估算肌酐清除率（eCL_CR）；（iii）EKFC结合和不结合体表面积指数。接受肾脏替代治疗的患者被排除在本研究之外。

Population pharmacokinetic modeling

鉴于只有头孢洛扎独立抗铜绿假单胞菌活性且该活性不依赖于他唑巴坦（ unlike Enterobacaterales），我们仅通过使用Monolix软件（版本2024R1；Lixoft, Antony, France）提供的随机近似期望最大化算法的非线性混合效应建模对头孢洛扎血浆浓度进行建模。由于所有受试者接受CI头孢洛扎/他唑巴坦给药，创建了一个一室模型来拟合头孢洛扎浓度。第一步是线性模型（基础模型），参数化 with 零级给药和头孢洛扎清除率（CL_TOL）。头孢洛扎的分布容积基于用于建立头孢洛扎/他唑巴坦剂量推荐方案的先验群体药代动力学模型固定，即32.1升。所有个体参数被认为是对数正态分布。测试了几种误差模型（加性、比例或组合加性和比例误差模型）用于残差变异性。未考虑 occasion间变异性。

在第二步中，评估了不同协变量如年龄、体重和肾功能对基础模型的影响。协变量根据前向/后向过程选择。在前向步骤中，协变量纳入模型基于每个协变量与估计药代动力学参数随机效应之间的Pearson相关性检验结果。在后向步骤中，使用Wald检验测试特定协变量是否可以从完整协变量模型中移除。

Model selection and validation

比较不同模型和识别哪些显著协变量必须纳入最终模型的诊断标准是目标函数值（OFV）减少>3.82点以及AIC和贝叶斯信息准则（BIC）均减少至少两点。不同模型的充分性还通过观察 versus 预测浓度的拟合优度和药代动力学参数估计的相对标准误差（RSE）评估。用于内部验证的视觉预测检查（VPC）显示观察数据的第10、第50和第90百分位数的时间过程 overlaid to 相应的90%预测区间。

Monte Carlo simulation

使用最终群体药代动力学模型通过Simulx 2024R1（Lixoft, Antony, France）进行一千名受试者的蒙特卡洛模拟，以生成与不同CI头孢洛扎/他唑巴坦给药方案相关的不同药代动力学浓度-时间曲线，涉及五类肾功能。

模拟的每日CI头孢洛扎/他唑巴坦方案如下：对于eGFR 90–130毫升/分钟，5克/2.5克和6克/3克；对于eGFR 50–89毫升/分钟，4克/2克和6克/3克每日；对于eGFR 30–49毫升/分钟，3克/1.5克每日；对于eGFR 15–29毫升/分钟，1.5克/0.75克；对于eGFR <15毫升/分钟，0.9克/0.45克。

对于每个模拟的受试者，计算了头孢洛扎稳态游离浓度（_TOL）。PTA定义为达成头孢洛扎_ss/MIC比率≥4的受试者比例。游离分数（_TOL和Css_TAZ通过将测量值乘以0.81和0.70计算，以考虑血浆蛋白结合。PTA被定义为如果≥90%则为最优，80%至90%之间为准最优，<80%为次优。

通过CI输送的所选头孢洛扎/他唑巴坦给药方案可实现的CFR针对美国医院收集的大型铜绿假单胞菌分离株MIC分布计算，分层为所有分离株作为一个整体（n = 2531）和MDR（n = 319）、泛β-内酰胺不敏感（n = 207）和DTR分离株（n = 169）的子集。CFR被认为如果>90%则为最优，80%至90%之间为准最优，<80%为次优。

ACKNOWLEDGMENTS

P.G.C.、M.P.和F.P.概念化研究，进行群体PK/PD分析，并起草手稿。M.G.和M.R.监督数据管理。T.T.、A.S.、P.V.和F.P.共同监督本项目执行，贡献研究设计，并贡献手稿最终版本。

本研究未获得校外资助支持。