革兰阴性菌对β-内酰胺类抗生素的耐药性通常与β-内酰胺酶的产生有关，包括属于不同分子类别的超广谱β-内酰胺酶（ESBL）和碳青霉烯酶。为了抵消这些酶的水解活性，β-内酰胺与 β-内酰胺酶抑制剂（BLI）的组合已在临床上应用并取得效果。然而，一些β-内酰胺-BLI组合在面对产生ESBL、碳青霉烯酶或多种β-内酰胺酶的革兰阴性病原体时失去了效力。在这篇综述中，描述了医学上最重要的β-内酰胺酶家族以及目前正在开发的新型研究药物。

目前有两种主要的β-内酰胺酶分类方案：（1）Ambler 分子分类法：根据其氨基酸序列将β-内酰胺酶分为不同的分子类别（A、B、C和D）（2）Bush-Jacoby-Medeiros功能分类方案：根据底物水解谱的相似性和对各种抑制剂的不同反应从而对β-内酰胺酶进行分类。Ambler A、C和D类的β-内酰胺酶都是丝氨酸β-内酰胺酶，而B类包含金属-β-内酰胺酶（MBL）。表1总结了两种分类系统的比较。

β-内酰胺酶

属于功能组2b的青霉素酶是广谱酶，因为它们水解第一批被批准用于临床使用的青霉素和头孢菌素。在肠杆菌目中发现的两种常见的β-内酰胺酶（TEM-1和SHV-1）属于该组。在超广谱β-内酰胺酶出现之前，TEM-1是大肠埃希菌对氨苄西林产生耐药的主要原因，并且仍然是淋病奈瑟菌青霉素耐药性的主要因素，而肺炎克雷伯菌中氨苄西林耐药性最常归因于SHV-1。

超广谱β-内酰胺酶（ESBL）

属于Ambler A类和功能组2be的ESBL是丝氨酸β-内酰胺酶，水解青霉素和头孢菌素。出现的第一个ESBL是TEM和SHV的衍生物，它们具有氨基酸替代导致的水解谱。CTX-M型β-内酰胺酶已在世界范围内传播，是目前最常见的ESBL。一般而言，CTX-M β-内酰胺酶水解头孢噻肟和头孢曲松的效果优于头孢他啶。其他临床上重要的ESBL家族包括 GES、PER、VEB、BES、BEL、SFO和TLA，但它们的发现率远低于CTX-M类型。

丝氨酸碳青霉烯酶

可以水解碳青霉烯（丝氨酸碳青霉烯酶）的Ambler A类酶包括KPC、SME、NMC-A、IMI和某些GES变体。KPC-2和KPC-3变体在全世界所有丝氨酸碳青霉烯酶中分布最广。GES酶最初被报道为ESBL，但点突变扩大了这些酶的水解范围，为某些GES变体添加了碳青霉烯水解活性。NMC-A和IMI酶是在阴沟肠杆菌中发现的染色体编码的碳青霉烯酶。SME是一种来自黏质链球菌的染色体酶，与NMC-A显示出最大的氨基酸序列相似性（70%）。

金属-β-内酰胺酶

MBL是Ambler B类和Bush-Jacoby-Medeiros第3组的成员，其特征在于活性位点处存在Zn2+。MBL水解大多数β-内酰胺类包括碳青霉烯类，但它们不水解单环β-内酰胺类。它们可以被螯合剂如EDTA抑制，但不受当前FDA批准的BLI组合中的抑制剂所抑制。在获得性MBL中，IMP、VIM和NDM变体最为普遍，现已在全球范围内发现。

AmpC型β-内酰胺酶

AmpC型β-内酰胺酶属于Ambler C类和Bush-Jacoby-Medeiros功能组1。它们对大多数头孢菌素类药物的耐药性，包括广谱头孢菌素类药物。染色体AmpC β-内酰胺酶由许多革兰阴性菌产生，基础表达通常较低，但暴露于某些β-内酰胺后可诱导高表达水平

OXA型β-内酰胺酶

OXA型酶被归类为Ambler D类和Bush-Jacoby-Medeiros功能组2d β-内酰胺酶。OXA酶对苯唑西林的水解活性通常高于青霉素G，该组中的一些成员可以水解头孢菌素类或碳青霉烯类。具有碳青霉烯酶谱的OXA型酶包括OXA-48和相关酶，如OXA-162、OXA-163、OXA-181和OXA-232，它们已在肠杆菌目的各个种之间传播，并已传播到整个欧洲和地中海。

表1 两种β-内酰胺酶分类方案的比较

早期的BLI，如克拉维酸、舒巴坦和他唑巴坦，对许多A类β-内酰胺酶有效，但不能抑制B、C和D类β-内酰胺酶。幸运的是，最近有几种新的非β-内酰胺抑制剂联合药物被批准用于临床，此外还有更多药物正在研发中。表2总结了β-内酰胺酶抑制剂的比较。

阿维巴坦（Avibactam）

阿维巴坦是一种桥连的二氮杂双环[3.2.1]辛酮（DBO）非β-内酰胺抑制剂。与克拉维酸、舒巴坦和他唑巴坦相比，阿维巴坦对临床相关的A类和C类β-内酰胺酶（例如来自肠杆菌属和铜绿假单胞菌的CTX-M-15、KPC-2和AmpC β-内酰胺酶）具有出色的抑制作用。此外，阿维巴坦遵循与以前的BLI不同的抑制机制，以共价但可逆的方式与大多数测试的β-内酰胺酶结合，然后通过五元尿素环的脱酰化和再循环再形成活性酶和完整抑制剂。

瑞来巴坦（Relebactam）

瑞来巴坦是另一种与阿维巴坦不同的DBO，其增加了哌啶环。目前正在开发其与亚胺培南和西司他丁的组合。瑞来巴坦与亚胺培南结合对耐碳青霉烯肠杆菌目(CRE)和铜绿假单胞菌有活性，包括产生KPC和C类β-内酰胺酶的菌株。此外，亚胺培南-瑞来巴坦对由于孔蛋白OprD的丢失以及ESBL或AmpC β-内酰胺酶的表达引起的亚胺培南耐药肺炎克雷伯菌和肠杆菌属的分离株显示出良好的活性。

Nacubactam

Nacubactam是一种抑制A类和C类丝氨酸β-内酰胺酶的DBO抑制剂，目前正在与美罗培南联合开发。在肠杆菌目分离株中靶向PBP2。当与美罗培南结合使用时，nacubactam对临床收集的致病性和多药耐药肠杆菌目分离株显示出良好的活性，其中包括产生MBL的分离株。

法硼巴坦（Vaborbactam）

法硼巴坦是第一个开发的硼酸BLI，专为抑制KPC碳青霉烯酶而设计，但也对其他A类和 C类β-内酰胺酶具有活性。它与靶向的β-内酰胺酶形成可逆的共价键，从而起到竞争性抑制剂的作用。美罗培南-法硼巴坦已显示出对产生KPC酶的克雷伯菌属、肠杆菌属和柠檬酸杆菌属的良好体外活性，但在缺乏孔蛋白或过度表达外排泵的菌株中活性较低。相比之下，法硼巴坦没有恢复美罗培南对产OXA-48碳青霉烯酶CRE的活性。美罗培南-法硼巴坦完成了针对CRE的尿路感染（UTI）的Ⅲ期试验，最近被批准用于UTI的适应证。

ANT431

ANT431是一种新型吡啶-2-羧酸，专门设计用于抑制MBL，目前处于临床前开发阶段。在生化试验中，ANT431对纯化的NDM-1和VIM-2显示出亚微摩尔抑制活性，但对VIM-1和IMP-1的抑制至少弱20倍。当与美罗培南联合使用时，ANT431对大量含有NDM-1的肠杆菌目临床分离株表现出良好的活性，但对其他产生MBL的变体表现出较低的增强作用。它在治疗表达NDM-1的大肠埃希菌的小鼠大腿感染模型中也有效。尽管研究人员表示，由于受抑制的MBL范围有限，该化合物可能不会被开发为临床候选药物，但它可能会作为未来MBL抑制剂的原型。

过量产生AmpC头孢菌素酶、ESBL、丝氨酸碳青霉烯酶和MBL仍然是革兰阴性菌对β-内酰胺类抗生素耐药的最常见原因。然而，将新的DBO和硼酸BLI添加到抗菌方案中，为社区提供了对抗许多产丝氨酸β-内酰胺酶病原菌的能力。当BLI组合（如头孢他啶-阿维巴坦）对产KPC的肠杆菌目细菌的效果良好时，其爆发不再需要用耐受性差且疗效较差的药物如多粘菌素进行治疗。然而，DBO或硼酸药物组合能在多长时间内保持其针对多重耐药革兰阴性菌的有效抗菌活性，仍有待观察。当前最大的挑战仍然是抑制B类MBL，尽管在临床前文献中已经描述了几种MBL抑制剂，例如ANT431，但没有一个进入完全开发的Ⅱ期或Ⅲ期临床方案，未来将需要更多的新型药物。

表2 β-内酰胺酶抑制剂的比较

点击阅读原文

编译：陈涛

审核：迟小惠 陈云波

本文转发自血流感染细菌监测BRICS