铜绿假单胞菌是医院获得性感染和免疫功能低下患者感染的重要病原体，可引起肺炎、血流感染、尿路感染以及皮肤软组织感染。近年来，多重耐药菌菌株日益流行，不断地为临床治疗带来新的挑战。头孢菌素属于β-内酰胺类抗生素，因抗菌谱广且通常对宿主毒性较低而被广泛用于临床治疗。铜绿假单胞菌不仅可通过产β-内酰胺酶、外排泵高表达、外膜孔蛋白/转运体和药物靶蛋白的突变等机制对头孢菌素产生耐药，而且近年来的研究显示，细胞壁相关代谢通路、群体适应性调控系统、铁摄取机制等均可参与耐药形成。也就是说，耐药并不是几个基因简单叠加，而是细菌在药物压力下对细胞结构和代谢通路进行整体调整的结果。深入理解耐药形成的调控网络和分子通路，对于制定有效的铜绿假单胞菌感染应对策略、延长头孢菌素的临床使用寿命至关重要。

根据序列相似性，β-内酰胺酶可分为A、B、C和D类。其中仅3种活性位点含丝氨酸残基的β-内酰胺酶得到广泛报道：A类PIB-1（铜绿假单胞菌亚胺培南β-内酰胺酶，PA5542）、C类AmpC（PA4110）和D类PoxB（OXA-50，PA5297）。

仅有部分菌株可通过质粒、整合子或转座子等遗传元件的水平转移获得B类金属β-内酰胺酶（MBL）。MBL活性位点不依赖丝氨酸，而是结合锌离子，通过活化水分子来裂解抗生素的β-内酰胺环，从而介导对各类头孢菌素的耐药。

铜绿假单胞菌染色体编码的AmpC属于Ambler C类β-内酰胺酶，可水解多种头孢菌素、青霉素和碳青霉烯类药物，其高表达是最核心、也是最常见的耐药机制。AmpC调控蛋白AmpR可根据从肽聚糖接收胞壁肽信号，对AmpC发挥正向或负向调控作用。正常情况下，细胞壁循环代谢途径产生的N-乙酰葡糖胺基-1,6-脱水胞壁肽（anhNAM肽）经AmpG通透酶穿过内膜进入细胞质。在细胞质中，糖苷酶NagZ和酰胺酶AmpD分别去除GlcNAc部分和肽干。形成的UDP-N-乙酰胞壁酸五肽（UDP-NAM-P5）与AmpR结合，可抑制ampC表达。β-内酰胺类药物与青霉素结合蛋白（PBP）结合后，细胞壁降解加快，造成anhNAM肽大量积聚，经AmpG转运至胞质，这些分子会取代与AmpR结合的抑制性UDP-NAM-P5，使AmpR转为激活状态并促进ampC表达。尽管普遍认为肽聚糖胞壁肽能够结合AmpR，但AmpR如何发生构象变化并在ampC抑制因子与激活因子之间切换，仍未得到完全阐明。

这一通路让我们意识到，AmpC高表达未必来自ampC本身的突变。例如dacB基因编码PBP4（有些文献也写做DacB，是参与细胞壁肽聚糖代谢循环的低分子PBP），发生突变或受到抑制后，可促进肽聚糖降解并增加anhNAM-P5浓度，anhNAM-P5继而结合AmpR并解除对ampC的抑制；AmpD功能受损也可使诱导性胞壁肽蓄积。实验中，删除ampD后，头孢他啶MIC约升高5倍（1.5升至8.0 μg/mL），头孢吡肟MIC约升高2.5倍（1.5升至4.0 μg/mL）。因而，常规分子检测若只关注β-内酰胺酶基因，可能无法完整解释耐药表型。

近些年的发现进一步扩展了这条通路。Gyger等近期在PAO1参考菌株中发现，sltB1和dacB突变还可通过涉及裂解型转糖基酶MltG的另一条通路诱导AmpC产生；Sonnabend和Eggers等人发现和证明了YgfB通过抑制抗终止蛋白AlpA、间接降低ampDh3表达，使能够激活AmpR的胞壁肽增加。删除ygfB后，头孢他啶、亚胺培南、哌拉西林和氨曲南的MIC均可下降约4倍；这些发现说明，AmpC耐药更像一条以细胞壁稳态为枢纽的的调控轴，而不是一个孤立的“酶开关”。

因此，AmpR不仅“控制”AmpC，也是一个影响很大的调控蛋白，可影响生物膜、群体感应、LASA蛋白酶、AIgT/U应激调控、毒力因子以及多个外排泵相关基因的表达。删除PA01菌株的AmpR会使500多个基因的表达发生改变。

图3:AmpR发挥作用的上下游机制

1. Mex外排泵：

与头孢菌素耐药关系较密切的外排系统主要包括MexAB-OprM、MexXY-OprM和MexCD-OprJ。MexAB-OprM可外排头孢他啶、头孢哌酮、头孢吡肟和头孢德罗，mexR、nalC、nalD等负调控基因失活后，外排泵表达可明显升高；MexCD-OprJ在野生株中通常低表达，但nfxB失活可使其去抑制；或者mexD突变也能影响头孢洛生/他唑巴坦和头孢他啶/阿维巴坦的活性。外排泵与AmpC高表达产生叠加后，便可能产生难以跨越的治疗屏障。临床解读药敏结果时，更应关注机制的叠加效应，而非试图用某个单一突变来解释全部表型。

2. PBP变异：改变药物靶点，也伴随适应性代价

头孢他啶和头孢吡肟的重要靶点包括PBP1a/1b和PBP3。部分PBP3序列变异可降低细菌对上述药物及某些非头孢菌素β-内酰胺类药物如美罗培南和替卡西林的敏感性，同时减慢细胞分裂速度。这提示靶点变异虽能带来耐药优势，也可能付出适应性代价。但在抗菌药物持续选择下，这类低水平耐药仍有可能与其他机制共同被保留下来。

3. 孔蛋白：对头孢菌素的作用不宜照搬碳青霉烯经验

OprD缺失是铜绿假单胞菌对碳青霉烯类抗生素，尤其是亚胺培南耐药的经典机制，但孔蛋白突变与头孢菌素耐药之间的关系并不十分明确。现有研究提示OpdH和OprE可能参与头孢他啶进入，而OprF虽含量丰富，但缺失对头孢他啶和头孢吡肟敏感性的影响较小。对于头孢菌素耐药，不能简单套用“孔蛋白缺失即耐药”的解释框架，相关证据仍需进一步验证。

最新开发的头孢德罗带有儿茶酚侧链，可结合细胞外铁并借助TonB依赖性铁转运系统进入周质间隙，常被称为“特洛伊木马”策略。其结构使药物较少受部分外排泵和β-内酰胺酶影响，因此对多重耐药铜绿假单胞菌具有重要价值。过去有人认为，头孢德罗能够同时绕过孔蛋白缺失、AmpC高表达、外排泵高表达、产生金属β内酰胺酶等多种传统机制，因此可能具有很高的耐药屏障。但实际情况并非如此。准确的说，头孢德罗对传统机制的影响相对较小，并不表示它不会耐药。细菌可以通过多种途径适应头孢德罗：

1.传统机制重新介入：ampC或ampR变异、AmpC结构改变，以及NalC失活导致MexAB-OprM上调，均可降低头孢德罗活性。

2.铁转运入口减少或改变：pirA、pirR、pirS、piuA、piuC、piuD等TonB依赖性受体或调控基因变异，可减少药物摄取。

3.铁载体竞争：铜绿假单胞菌荧光铁载体（pyoverdine）合成增加后，可竞争性结合铁，影响头孢德罗与铁形成复合物及其后续转运。

4.尚未阐明的伴随突变：新发现的突变包括cpxS（PA3206）38 bp缺失；CpxR可能结合并调控piuA，但目前缺少实验证实；clpS（PA2621）恢复为野生型的插入改变等。

因此，头孢德罗耐药是“传统机制重新参与+铁摄取新机制”的组合。这部分证据带给我们两个思考：第一，常规耐药基因检测可能低估了头孢德罗的耐药风险；第二，治疗过程中出现MIC上移，不能仅凭治疗前的“敏感”结果继续原方案，应结合病人感染控制情况、用药情况以及再次培养药敏结果重新评估。原综述还提到，CREDIBLE-CR研究中头孢德罗组全因死亡率数值上高于最佳可用治疗组，但死亡率上升的原因尚不清楚。此外，一项成本分析估计，头孢德罗的年度费用约为黏菌素的20倍。与传统头孢菌素相比，头孢德罗明显更昂贵，且并非所有医疗机构均可获得，这限制了其广泛使用。

他唑巴坦和阿维巴坦主要作用于丝氨酸β-内酰胺酶。他唑巴坦不可逆结合AmpC活性位点；阿维巴坦则与酶形成可逆复合物，抑制后还可再生。阿维巴坦对AmpC抑制较强，头孢他啶-阿维巴坦可使95%的铜绿假单胞菌分离株恢复对头孢他啶的敏感性，显示其治疗耐药菌株的潜力。作者团队此前还发现，在模拟宿主环境的条件下，阿维巴坦本身具有一定抗铜绿假单胞菌活性，但确切机制尚未完全明确。

但酶抑制剂并未消除进化空间。AmpC活性位点或邻近区域突变可提高酶的构象灵活性，加速头孢他啶或头孢洛生水解，同时降低阿维巴坦抑制作用；若再叠加AmpD调控突变，耐药水平可进一步升高。此外，Gonzalez-Pinto等还发现，删除nfxB后MexCD-OprJ表达增加，使头孢吡肟耐药升高4倍；对头孢他啶-阿维巴坦、头孢洛生-他唑巴坦、头孢吡肟-taniborbactam和头孢吡肟-zidebactam的耐药分别升高2倍、4倍、4倍和2倍。

阿维巴坦和他唑巴坦对金属β-内酰胺酶（MBL）缺乏有效抑制作用，这是两类组合的重要短板。taniborbactam（他尼硼巴坦）和xeruborbactam（泽鲁硼巴坦）能够覆盖部分丝氨酸β-内酰胺酶和MBL，代表了更广谱抑制剂的发展方向，但MexAB-OprM上调仍可能削弱其活性。曲霉菌素A、柠檬酸、苹果酸和抗坏血酸等锌螯合剂可能抑制MBL。头孢德罗对产MBL铜绿假单胞菌具有良好体外活性。对于因产生MBL而对头孢洛生-他唑巴坦和头孢他啶-阿维巴坦耐药的患者来源菌株，头孢德罗仍显示出较强活性（MIC≤4 μg/mL）。Zidebactam（齐德巴坦）则结合PBP2并抑制A、C类β-内酰胺酶，与头孢吡肟联合显示出潜力，但原文发表时尚未获得美国FDA批准。

头孢菌素仍是治疗铜绿假单胞菌感染的重要药物，但AmpC β-内酰胺酶过量产生、外排泵高表达及整个耐药网络相关的一些新型基因突变正不断削弱其疗效。部分推测性β-内酰胺酶和功能未明的基因也可能参与耐药，尚需进一步验证。

既往研究多采用敏感实验室菌株，难以真实反映临床耐药情况，未来应加强患者来源多重耐药菌株的研究，明确相关耐药机制及其临床意义。

头孢德罗对部分传统联合制剂耐药菌株仍有活性，但细菌可通过AmpC、外排泵及铁转运系统突变产生新的耐药。taniborbactam（他尼硼巴坦）和xeruborbactam（舍鲁硼巴坦）等金属β-内酰胺酶抑制剂的研发，提示未来应开发可同时覆盖丝氨酸酶和金属β-内酰胺酶的广谱抑制剂。

此外，结合人工智能、机器学习和全基因组测序，可筛选新型抑制剂、预测耐药表型并识别新的耐药机制，为延长头孢菌素临床使用寿命及实现精准抗感染治疗提供依据。

对铜绿假单胞菌头孢菌素耐药的认识，正在从“β-内酰胺酶、外排泵、孔蛋白”等经典机制，转向细胞壁循环代谢、群体适应性、铁代谢和多基因相互构成的动态网络。AmpC仍处于这一网络的中心，但sltB1、ygfB等新发现提示，围绕AmpC上游调控环节可能存在新的干预靶点。

对临床工作者而言，最重要的并不是记住不断增长的耐药基因名单，而是建立一个更接近真实感染的判断框架：耐药机制常常并存，耐药表型可以在治疗中变化，而药物选择必须同时考虑病原体、感染部位、用药情况和感染灶控制情况。只有将机制研究与连续的临床微生物学监测相结合，才能尽可能延长现有抗假单胞菌头孢菌素的有效寿命。

作者｜和宇萨（长治市中医医院）

审校｜鲁炳怀（中日友好医院）