《Antimicrobial Agents and Chemotherapy》：Activity of oral β-lactams, tebipenem and ceftibuten, combined with novel oral β-lactamase inhibitors against broad-spectrum β-lactamase-producing Escherichia coli
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口服头孢布烯（ceftibuten）和替比培南（tebipenem），单独或与阿维巴坦（avibactam）、ledaborbactam或xeruborbactam联合使用，研究人员对57种产获得性β-内酰胺酶的重组大肠埃希菌（Escheric
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口服头孢布烯（ceftibuten）和替比培南（tebipenem），单独或与阿维巴坦（avibactam）、ledaborbactam或xeruborbactam联合使用，研究人员对57种产获得性β-内酰胺酶的重组大肠埃希菌（Escherichia coli）进行了评估。替比培南对产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）和AmpC酶的菌株表现出比头孢布烯更强的内在抗菌活性。尽管阿维巴坦和ledaborbactam对金属β-内酰胺酶（metallo-β-lactamases）仍无抑制作用，但xeruborbactam恢复了对大多数B类产酶菌株的抗菌活性。替比培南-xeruborbactam组合表现出最广的抑制谱和总体最低的最低抑菌浓度（MIC）值。该联合方案可能成为复杂性尿路感染（complicated urinary tract infections）的一种有前景的口服治疗选择。
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一、研究背景与意义
随着抗生素耐药性在全球范围内的持续蔓延，尤其是革兰阴性菌耐药问题的日益严峻，许多常用抗生素的临床疗效显著下降，给细菌感染的管理带来了巨大挑战。大肠埃希菌（Escherichia coli）作为抗菌药物耐药性的核心病原体之一，广泛引起尿路感染（UTIs）、血流感染（BSIs）和腹腔感染（IAI），其中大肠埃希菌是社区和医院环境中尿路感染的首要致病菌。传统上，此类感染的治疗依赖于磷霉素、呋喃妥因或甲氧苄啶-磺胺甲噁唑等口服抗菌药物，氟喹诺酮类通常作为二线选择。然而，多重耐药大肠埃希菌菌株在社区和医院环境中的不断扩散，已日益削弱这些治疗策略的有效性。
β-内酰胺酶的产生是大肠埃希菌对β-内酰胺类药物耐药的主要机制。历史上广泛存在的窄谱酶如TEM-1和SHV-1主要赋予对青霉素和早期头孢菌素的耐药性，而随后出现的超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）将耐药表型扩展至广谱头孢菌素。产ESBL大肠埃希菌的全球传播，尤其是产CTX-M型酶的菌株，已显著降低了广谱头孢菌素的效力。因此，由产ESBL肠杆菌目细菌引起的严重感染往往需要碳青霉烯类药物的静脉治疗和长期住院。这一局限性促使了可口服给药的抗生素的开发，以期治疗由多重耐药肠杆菌目细菌引起的感染，缩短住院时间。
头孢布烯（CTB）是一种口服生物利用度良好的第三代头孢菌素，对敏感肠杆菌目细菌具有强效活性，但其活性可被ESBL和AmpC β-内酰胺酶显著削弱，这为其与β-内酰胺酶抑制剂（BLIs）联合使用提供了理论依据。替比培南（TEB）以替比培南匹伏酯氢溴酸盐前药形式口服给药，具有更广的内在抗菌活性，包括对大多数产ESBL和AmpC酶的肠杆菌目细菌，但其活性可被碳青霉烯酶削弱。TEB近期已获美国FDA批准，用于治疗成人复杂性尿路感染（包括肾盂肾炎），适用于口服治疗选择有限或无替代方案的患者。这些特性使基于CTB和TEB的BLI联合方案成为治疗由耐药肠杆菌目细菌引起的复杂性尿路感染的有前景的口服候选方案，可能促进口服降阶梯治疗、减少长期静脉治疗需求，并允许早期出院和门诊管理。
然而，包括碳青霉烯类在内的β-内酰胺类药物的活性可能因β-内酰胺酶的产生而受损。为克服此限制，多种β-内酰胺酶抑制剂已被开发以恢复抗生素活性。在近期抑制剂中，口服生物利用度良好的前药制剂阿维巴坦（AVI）对多种A类和C类酶以及某些D类β-内酰胺酶具有活性。近期开发的硼酸酯类抑制剂包括ledaborbactam（LEDA）和xeruborbactam（XERU）。LEDA对临床相关的丝氨酸β-内酰胺酶具有活性，包括A类ESBL和KPC碳青霉烯酶、C类AmpC β-内酰胺酶以及部分D类酶（包括OXA-48样碳青霉烯酶），但对大多数B类金属β-内酰胺酶（MBL）缺乏临床相关活性。相比之下，XERU抑制广泛的A类酶（包括KPC变体）、C类头孢菌素酶、OXA-48样碳青霉烯酶以及大多数临床相关的B1类金属β-内酰胺酶（包括NDM、VIM和IMP酶，除IMP-6、IMP-10、IMP-14和IMP-26外）。
这些进展促使了对新型口服β-内酰胺/β-内酰胺酶抑制剂（BL/BLI）联合方案的探索，旨在恢复口服抗生素对耐药肠杆菌目细菌的活性。尽管当前的临床开发项目主要集中于头孢布烯-ledaborbactam（CTB-LEDA）和头孢布烯-xeruborbactam（CTB-XERU），CTB与多种BLI（包括LEDA和XERU）联合的活性近期已针对产β-内酰胺酶肠杆菌目细菌进行了广泛表征。评估这些抑制剂与TEB联合使用具有重要价值，因为TEB比CTB具有更广的内在活性，尤其是针对产AmpC肠杆菌目细菌。此类联合方案可能扩展口服β-内酰胺/BLI方案的可及抗菌谱。然而，目前尚无涉及TEB与XERU或LEDA联合的临床开发项目公布。
二、研究目的与设计
本研究旨在评估获得性窄谱或广谱β-内酰胺酶对大肠埃希菌对口服β-内酰胺抗生素（即CTB和TEB）单独及与口服生物利用度良好的β-内酰胺酶抑制剂前药（即AVI、LEDA和XERU）联合使用时药敏性的影响。研究最终目标是比较几种新型口服BL/BLI联合方案的抗菌活性，以评估其治疗由多重耐药大肠埃希菌引起的尿路感染的潜在适用性。
为评估广谱β-内酰胺酶对这些β-内酰胺类药物及BL/BLI联合方案活性的影响，研究人员使用了一套表达多种属于Ambler A、B、C和D类β-内酰胺酶基因的重组大肠埃希菌菌株集合。研究重点主要集中在大肠埃希菌中已鉴定的β-内酰胺酶，包括窄谱β-内酰胺酶、ESBL和属于不同Ambler类的碳青霉烯酶。同时，也纳入了一系列在大肠埃希菌中罕见或未曾鉴定的β-内酰胺酶进行比较。所纳入的酶包括窄谱酶（A类TEM-1、SHV-1或D类OXA-1）、C类头孢菌素酶（DHA-1、CMY-2、CMY-42、ACT-45、ACT-17、ACC-1）、A类ESBL（TEM-3、OXY-2、CTX-M-3、CTX-M-14、CTX-M-15、GES-1、BEL-1、BEL-2、SHV-2a、SHV-12、SHV-28、PER-1、PER-2、PER-6、PER-7、VEB-1）、D类ESBL（OXA-18）、A类碳青霉烯酶（CTX-M-33、GES-2、GES-5、FRI-1、IMI-1、KPC-2、KPC-3、KPC-41、GES-6、SME-4、NMC-A）、B类碳青霉烯酶（AIM-1、DIM-1、VIM-2、VIM-1、GIM-1、NDM-1、NDM-5、NDM-9、IMP-1、SPM-1、SIM-1）、肠杆菌目中报道的D类碳青霉烯酶（OXA-48、OXA-163、OXA-181、OXA-427）以及与鲍曼不动杆菌相关的D类碳青霉烯酶（OXA-23、OXA-40、OXA-58）。
三、关键研究方法
研究人员采用肉汤微量稀释法（broth microdilution）测定了两种口服β-内酰胺类药物（TEB和CTB）单独或分别与LEDA、XERU和AVI联合时的最低抑菌浓度（MIC），遵循EUCAST关于β-内酰胺类药物的指南。头孢他啶（CAZ）和厄他培南（ERT）的MIC结果来自先前研究，纳入用于比较。所有BLI的固定浓度为4 μg/mL。MIC测定在阳离子调节的Mueller-Hinton肉汤中一式三份进行。结果根据EUCAST最新CTB折点（敏感折点≤1 μg/mL）进行判读。TEB方面，由于FDA近期刚建立了口服替比培南的耐药折点（≥0.5 μg/mL），分析重点在于比较TEB及TEB联合方案的MIC值与野生型大肠埃希菌TOP10的差异，同时将菌株分类为敏感或耐药。参考菌株大肠埃希菌ATCC 25922和肺炎克雷伯菌ATCC BAA-2814作为所有测试的质量对照。
四、研究结果
对重组大肠埃希菌菌株进行的药敏试验揭示了关于CTB和TEB单独或与AVI、XERU和LEDA联合活性的若干重要趋势。总体而言，正如其各自抗菌谱所预期，替比培南对大多数受试菌株表现出比CTB更低的MIC值，表明该口服碳青霉烯类药物对这些大肠埃希菌菌株具有更强的内在活性。
在产A类酶（包括窄谱β-内酰胺酶SHV-1和ESBL）的菌株中，CTB单独使用时常显示升高的MIC值，尤其是产CTX-M-15或SHV-12等ESBL的菌株。然而，BLI的加入显著恢复了CTB的活性。AVI或LEDA的加入显著降低了CTB的MIC值。值得注意的是，PER样产酶菌株对CTB-AVI的MIC值高于CTB-LEDA，提示LEDA对PER样酶具有更好的抑制活性。CTB-XERU表现出与其它CTB联合方案相似或略优的活性。特别是，产CTX-M菌株在比较CTB与CTB联合BLI时观察到MIC值的显著下降。对于产KPC-2和KPC-3等A类碳青霉烯酶的菌株，TEB单独使用显示升高的MIC值（高达8 μg/mL），符合该碳青霉烯底物被水解的情况。然而，BLI的加入显著恢复了TEB活性，尤其是XERU的存在，后者使MIC值降至极低水平（≤0.06 μg/mL）。
对于C类（AmpC）β-内酰胺酶产酶菌株，观察到不同的模式。CTB单独对多种AmpC酶（如CMY-2、DHA-1、ACT-17或ACT-45）产酶菌株显示高MIC值，常达512–1,024 μg/mL。尽管AVI或LEDA的加入显著降低了MIC值，但这些抑制剂仅部分恢复了CTB敏感性。因此，产CMY-2、CMY-42、ACT-45的大肠埃希菌对CTB-AVI和CTB-LEDA表现出耐药（按EUCAST折点判读）。相比之下，XERU表现出非常强效的抑制效果，对这些AmpC产酶菌株的CTB MIC值产生更大程度的降低。值得注意的是，TEB对大多数C类产酶菌株显示低MIC值，即使在没有抑制剂的情况下也是如此。因此，TEB-AVI、TEB-LEDA和TEB-XERU等联合方案在这些AmpC产酶菌株中均产生极低的MIC值。
如预期所示，产NDM-1、VIM-1或IMP-1等MBL的菌株在单独暴露于CTB时显示非常高的MIC值，后者β-内酰胺是MBL的优良底物。此外，当与AVI或LEDA联合时，MIC值几乎不变，反映了这些抑制剂对B类酶缺乏抑制活性。相比之下，XERU的加入显著降低了这些菌株的MIC值。CTB-XERU和TEB-XERU联合方案对产MBL菌株表现出显著的高活性，其中TEB-XERU的MIC值极低（大多数≤0.125 μg/mL），但AIM-1产酶菌株除外，该MBL对XERU的抑制作用具有抗性。然而，尽管XERU实现了显著的MIC降低，CTB-XERU对大多数产MBL菌株的MIC值仍高于EUCAST敏感折点（≤1 μg/mL），其中SPM-1产酶菌株观察到特别高的MIC值，与其对XERU抑制的敏感性较差一致。值得注意的是，LEDA与TEB或CTB的联合降低了VIM-2和GIM-1产酶菌株的MIC值，提示LEDA对这两种特定MBL具有低抑制活性。这一观察得到了LEDA的50%抑制浓度（IC50）数据支持，显示VIM-2（40 μM）和GIM-1（42 μM）的中间范围值，而NDM-5（225 μM）为“耐药”酶，KPC-3（2 μM）为“对抑制敏感”的酶。
对于产OXA-48等D类酶的菌株，CTB单独通常显示中等MIC值。然而，BLI的加入显著改善了其活性，CTB-AVI、CTB-LEDA和CTB-XERU联合方案均产生低MIC值。TEB单独已对大多数D类产酶菌株表现出强活性，其与BLI的联合在这些菌株中维持了极低的MIC值。
五、讨论与结论
综合来看，这些结果突显了β-内酰胺酶产生对CTB和TEB联合方案的不同影响。TEB对大多数A类、C类和D类β-内酰胺酶产酶菌株保持低MIC值，而其活性可被多种碳青霉烯酶削弱。CTB活性显著受ESBL和AmpC β-内酰胺酶影响，且如预期所示，CTB和TEB均受MBL产生的影响。重要的是，活性恢复的程度因BLI和所产生的β-内酰胺酶的不同而有显著差异。尽管水解水平存在差异，TEB在广泛的β-内酰胺酶产酶菌株中始终显示低MIC值，尤其是产A类、C类和D类酶的菌株。在所测试的β-内酰胺酶抑制剂中，XERU表现出最广的抑制谱。与对MBL活性有限的AVI和LEDA相比，XERU显著降低了多种B类产酶菌株的MIC值。因此，TEB-XERU联合方案在本研究中脱颖而出，成为最有效的方案，在重组大肠埃希菌菌株集合中显示出最低的MIC值和最广的抑制谱。
这些发现表明，所有口服BL/BLI联合方案均可能成为治疗由多重耐药肠杆菌目细菌引起的感染的有前景的口服治疗选择，尤其是含TEB的联合方案，特别是与XERU联合使用时。该联合方案可能代表复杂性尿路感染的一种有前景的口服治疗选择。
