腸桿菌目細菌碳青霉烯酶的實驗室檢測和臨床報告規(guī)范專家共識

喻 華，徐雪松，李 敏，楊啟文，楊 青，張 嶸，褚云卓，單 斌，郭大文，胡志東0，簡 翠，李 軼，廖 康，劉根焰，季 萍，金 炎，倪語星，沈 瀚，蘇丹虹，卓 超，王 輝0，魏蓮花，俞云松，張 泓，張利俠，周鐵麗，朱 鐳，王明貴，朱德妹，胡付品

當前，細菌耐藥已成為全球公共健康領域的重大挑戰(zhàn)，其中尤以碳青霉烯類耐藥腸桿菌目細菌（carbapenem-resistantEnterobacterales， CRE）引起的感染形勢最為嚴峻。碳青霉烯類抗菌藥物包括亞胺培南、美羅培南和厄他培南等，是治療多重耐藥革蘭陰性桿菌所致感染最有效的抗菌藥物之一。隨著該類藥物在臨床的廣泛應用，腸桿菌目細菌對碳青霉烯類抗菌藥物的耐藥率呈逐年快速上升趨勢。CHINET中國細菌耐藥監(jiān)測網歷年監(jiān)測結果顯示[1-2]，我國臨床分離肺炎克雷伯菌對碳青霉烯類抗菌藥物的耐藥率從2005年的3%快速攀升至2019年的25%以上，上升幅度高達8倍。2018年全國細菌耐藥監(jiān)測網（CARSS）數據顯示，全國1 429所醫(yī)院臨床分離的肺炎克雷伯菌對碳青霉烯類抗菌藥物的平均耐藥率為10.1%，部分省市甚至超過20%[3]。由于CRE菌株通常還攜帶有對其他抗菌藥物耐藥的基因，對抗菌藥物呈廣泛耐藥甚至全耐藥的特征，使臨床的抗感染治療面臨無藥可用的困境[4]。

1 CRE的定義

美國疾病預防控制中心關于CRE的定義[5]為滿足以下任意一個條件：①對亞胺培南、美羅培南、厄他培南或多利培南任何一種碳青霉烯類耐藥者；對于天然對亞胺培南敏感性降低的細菌（如摩根菌屬、變形桿菌屬和普羅威登菌屬等），需參考除亞胺培南外的其他碳青霉烯類抗菌藥物的藥敏結果。②產生碳青霉烯酶。

2 CRE的耐藥機制

產生碳青霉烯酶是腸桿菌目細菌對碳青霉烯類藥物耐藥最主要的機制[6]。按照Ambler分子分類方法，碳青霉烯酶可分為A、B和D三類。A類為絲氨酸碳青霉烯酶，以blaKPC（blaKPC-2-blaKPC-55）、blaSME（blaSME-1-blaSME-5）、blaIMI（blaIMI-1-blaIMI-18）、blaNMC和blaGES（blaGES-1-blaGES-43）型為主；B類為金屬β內酰胺酶，以b l aNDM（blaNDM-1-blaNDM-29）、blaIMP（blaIMP-1-blaIMP-85）、blaVIM（blaVIM-1-blaVIM-69）、blaGIM（blaGIM-1-blaGIM-2）和blaSPM型為主；D類為OXA-48型絲氨酸碳青霉烯酶，以blaOXA-181和blaOXA-232為主。除產生碳青霉烯酶外，少數菌株對碳青霉烯類藥物耐藥的機制是產生超廣譜β內酰胺酶和/或AmpC酶合并外膜孔蛋白表達下調或缺失。

3 碳青霉烯酶分布特征

不同國家、不同地區(qū)、不同醫(yī)院、不同人群以及不同細菌所產的碳青霉烯酶種類均有差異[7-9]。我國臨床分離的CRE菌株產生的碳青霉烯酶以KPC和NDM型為主，少數菌株產生OXA-48、IMP和VIM型碳青霉烯酶[10-12]。KPC-2型酶為KPC型碳青霉烯酶最主要的亞型，NDM-1和NDM-5是NDM型金屬酶中最主要的亞型，而OXA-181和OXA-232型酶是OXA-48型碳青霉烯酶中最主要的亞型。CHINET中國細菌耐藥監(jiān)測網對2018年收集自全國39所醫(yī)院935株CRE菌株的研究結果顯示，產KPC、NDM和OXA-48型碳青霉烯酶菌株所占比例分別為51.6%（482/935）、35.7%（334/935）和7.3%（68/935），其中少數菌株產碳青霉烯酶復合酶。兒童和成人患者中分離的碳青霉烯類耐藥菌株產生的碳青霉烯酶型別有所差異，兒童患者分離的碳青霉烯類耐藥肺炎克雷伯菌主要產生KPC、NDM和OXA-48型碳青霉烯酶，而成人患者分離株主要產KPC型碳青霉烯酶；但兒童和成人患者分離的碳青霉烯類耐藥大腸埃希菌主要產生NDM型金屬β內酰胺酶。

4 碳青霉烯酶檢測的臨床意義

由于不同種類的抗菌藥物對產生不同碳青霉烯酶菌株的體外抗菌活性不同，準確、快速地對CRE產生的碳青霉烯酶進行檢測并分型，對于臨床抗感染治療的精準用藥和醫(yī)院感染預防控制具有重要的價值[13-15]。如目前剛上市的抗菌新藥頭孢他啶-阿維巴坦[16-17]，對產KPC和OXA-48型絲氨酸碳青霉烯酶菌株具有高度抗菌活性，但對產金屬β內酰胺酶菌株無抗菌活性。目前處于臨床研究階段的美羅培南-韋博巴坦（meropenem-vaborbactam）[18-19]和亞胺培南-雷利巴坦（imipenem-relebactam）[20]，對產KPC型碳青霉烯酶菌株具有高度抗菌活性，但對產金屬β內酰胺酶和D類OXA-48型碳青霉烯酶菌株無抗菌活性。同時，尚有多種新型碳青霉烯酶抑制劑正處于臨床研究階段，包括enmetazobactam[21]、taniborbactam[22-24]和齊達巴坦（zidebactam）[25-27]等。同時，實驗室亦可根據不同碳青霉烯酶的特征，如金屬β內酰胺酶不能水解氨曲南，KPC型碳青霉烯酶的活性可被阿維巴坦、韋博巴坦或雷利巴坦抑制，被克拉維酸弱抑制，通過開展聯合藥敏試驗制定精準的抗感染治療方案[28-29]。目前已上市及處于臨床研究階段的不同碳青霉烯酶抑制劑的抑酶活性見表1（表1內容參考文獻[30- 31]）。

表1 不同酶抑制劑抑酶活性

5 碳青霉烯酶實驗室檢測

目前實驗室檢測碳青霉烯酶的方法分為表型檢測和基因型檢測。表型檢測方法包括Carba NP試驗、改良碳青霉烯滅活試驗（包括mCIM和eCIM）、碳青霉烯酶抑制劑增強試驗和時間飛行質譜技術等；基因型檢測方法包括酶免疫層析技術和基因檢測技術。執(zhí)行上述碳青霉烯酶檢測方法時，均需按要求選擇相應的陽性質控菌株和陰性質控菌株進行質控，以確保檢測方法的可靠性。下文簡單介紹目前臨床微生物實驗室較為常用的碳青霉烯酶檢測方法的原理、結果判讀、檢測性能以及優(yōu)缺點等，以供不同層次的實驗室根據實際情況選擇合適的檢測方法。不同碳青霉烯酶實驗室檢測方法比較見表2。

5.1 Carba NP試驗

美國臨床和實驗室標準化協會（CLSI）于2015年推薦Carba NP試驗檢測腸桿菌目細菌和銅綠假單胞菌產生的碳青霉烯酶[32]。Carba NP試驗具體操作步驟可參考最新版CLSI M100文件要求。該試驗原理為細菌產生的碳青霉烯酶可以水解亞胺培南，導致溶液pH值改變而發(fā)生顏色變化。研究顯示，Carba NP試驗檢測碳青霉烯酶（包括產KPC、NDM、VIM、IMP、SPM或和SME型碳青霉烯酶菌株）的靈敏度和特異度均超過90%[33]。Carba NP試驗具有操作簡單和快速的特點（4～6 h），適合所有臨床微生物實驗室開展。缺點是需特殊試劑，其中一些需自制（有效期短）；一些分離株會出現無效結果；可能無法檢測某些類型碳青霉烯酶（如染色體介導OXA型碳青霉烯酶）。

5.2 改良碳青霉烯滅活試驗

CLSI推薦改良碳青霉烯滅活試驗（mCIM）和EDTA改良碳青霉烯滅活試驗（eCIM）用于腸桿菌目細菌和銅綠假單胞菌中碳青霉烯酶的檢測[32]。mCIM和eCIM試驗具體操作步驟可參考最新版CLSI M100文件要求。其原理是將美羅培南與受試菌懸液混合，若受試菌產生碳青霉烯酶，可破壞美羅培南的抗菌活性；若受試菌不產碳青霉烯酶，美羅培南仍可保持其對大腸埃希菌ATCC 25922的抗菌活性。根據金屬β內酰胺酶的活性可被EDTA抑制的特點，mCIM和eCIM聯合可區(qū)分細菌產生的絲氨酸碳青霉烯酶或金屬β內酰胺酶。mCIM試驗可用于檢測腸桿菌目細菌和銅綠假單胞菌中的碳青霉烯酶，而mCIM聯合eCIM僅適用于腸桿菌目細菌以區(qū)分其產生的碳青霉烯酶類型（絲氨酸碳青霉烯酶或金屬β內酰胺酶）。研究顯示，mCIM試驗檢測腸桿菌目細菌和銅綠假單胞菌中碳青霉烯酶的靈敏度和特異度均超過97%，特異度為100%[34-36]。mCIM試驗檢測不動桿菌屬實驗室間的特異度和重復性均較差，方法未獲得CLSI認可。eCIM試驗區(qū)分腸桿菌目細菌中金屬β內酰胺酶和絲氨酸碳青霉烯酶的靈敏度＞ 95%、特異度＞92%。mCIM和eCIM試驗具有操作簡單、無需特殊試劑和成本低的特點，適合所有臨床微生物實驗室開展。缺點是需過夜孵育，耗時長。

5.3 碳青霉烯酶抑制劑增強試驗

5.3.1 A類絲氨酸碳青霉烯酶和B類金屬β內酰胺酶的檢測 根據A類絲氨酸碳青霉烯酶的活性可被

表2 不同碳青霉烯酶檢測方法原理、適用標本、檢測時間、結果報告及其優(yōu)缺點

3-氨基苯硼酸（APB）抑制[37]，而金屬β內酰胺酶的活性可被EDTA抑制的特點[38-41]，APB聯合EDTA可對單產A類絲氨酸碳青霉烯酶、單產B類金屬β內酰胺酶以及同時產生A類絲氨酸碳青霉烯酶和B類金屬β內酰胺酶的腸桿菌目細菌進行檢測并區(qū)分[42]，具體實驗操作步驟見附件1。研究顯示，碳青霉烯酶抑制劑增強試驗檢測單產KPC或金屬酶菌株的靈敏度均為100%，檢測同時產KPC和金屬酶菌株的靈敏度為96.8%，特異度為98.8%[42]。本方法具有操作簡單、結果容易閱讀以及可檢測單產或同時產不同類型碳青霉烯酶的特點，適合所有臨床微生物實驗室開展，但缺點是需特殊試劑、耗時長以及不能檢測OXA-48型碳青霉烯酶。

5.3.2 D類OXA-48型碳青霉烯酶的檢測 相比于A類絲氨酸碳青霉烯酶和B類金屬β內酰胺酶，目前可用于檢測并區(qū)分OXA-48型碳青霉烯酶的表型檢測方法極少。Tsakris等[43]利用APB和EDTA對不同種類碳青霉烯酶的抑制特點，報道了一種可簡單檢測并區(qū)分OXA-48型碳青霉烯酶的檢測方法，具體實驗操作步驟見附件2。該方法檢測并區(qū)分OXA-48型碳青霉烯酶的靈敏度和特異度分別為96.3%和97.7%，具有操作簡單且結果容易閱讀的特點，適合所有臨床微生物實驗室開展，但缺點是需特殊試劑、耗時長。

5.4 質譜技術

基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜（MALDI-TOF MS） 是近年來發(fā)展的簡便、快速、準確的病原微生物鑒定方法。質譜技術通過比較不同細菌間質譜峰強度差異，可快速對碳青霉烯類耐藥細菌進行檢測；或者基于碳青霉烯酶水解碳青霉烯類而使藥物的特異峰發(fā)生改變的特點進行檢測[44-48]。質譜技術雖然可快速檢測碳青霉烯酶的種類，但缺點是目前僅對某種碳青霉烯酶有為數不多的研究且無統(tǒng)一可行的方法，而酶水解法需要配制抗菌藥物溶液作為底物與待測菌進行共孵育（孵育時間約1～2.5 h），操作較繁瑣，不適于在臨床微生物實驗室常規(guī)開展。

5.5 酶免疫層析技術

利用抗原抗體免疫層析技術快速檢測腸桿菌目細菌中的碳青霉烯酶，是近年發(fā)展起來的目前為止以細菌菌落為基礎的檢測方法中最快速的檢測技術[49-50]。該方法操作簡單（不同產品實驗操作步驟需參考產品說明書），加樣后測試條上相應區(qū)域標記線條出現紅色（除對照線條外），提示該菌產生所對應的碳青霉烯酶。目前該測試條最多可同時快速檢測KPC、NDM、OXA-48、VIM和IMP五種碳青霉烯酶。與測序方法相比，酶免疫層析技術檢測碳青霉烯酶基因的靈敏度和特異度均在90%以上。酶免疫層析技術具有操作簡單，結果容易判讀的優(yōu)點，但缺點是價格較高，各實驗室可根據自身條件選擇性地開展碳青霉烯酶的檢測，譬如對于高?；颊撸庖咭种苹颊呋蚬撬枰浦不颊叩龋┓蛛xCRE菌株碳青霉烯酶基因的快速檢測，以協助臨床盡早啟動有針對性的抗感染治療方案。

5.6 碳青霉烯酶分子檢測技術

分子檢測技術可直接快速檢測臨床標本如直腸拭子中CRE菌株中的碳青霉烯酶基因。如GeneXpert[51-52]、Verigene[53]和Filmarray[54]等系統(tǒng)采用熒光定量PCR技術對主要的碳青霉烯酶基因包括KPC、NDM、IMP、VIM和OXA-48等進行檢測，檢測時間一般在1 h左右，檢測靈敏度和特異度可達96%以上。分子檢測技術具有快速（可直接從標本中檢測）和結果容易判讀的優(yōu)點，但缺點是價格昂貴，各實驗室可根據自身條件有選擇性地開展碳青霉烯酶的檢測。比如對于高?；颊撸庖咭种苹颊呋蚬撬枰浦不颊叩龋┓蛛xCRE菌株碳青霉烯酶基因的快速檢測，可協助臨床盡早啟動有針對性的抗感染治療方案。

6 碳青霉烯酶的實驗室檢測流程、結果報告及結果解釋

6.1 實驗室碳青霉烯酶檢測流程圖

實驗室碳青霉烯酶檢測流程見圖1。

6.2 報告模式

如以細菌為樣本進行檢測，建議與細菌鑒定及藥敏試驗結果同時報告。除按要求提供一般細菌鑒定和藥敏試驗報告規(guī)定的信息外，碳青霉烯酶檢測報告信息包括①檢測方法：表型或基因型檢測方法。②檢測結果報告及解釋：采用mCIM和eCIM方法需同時報告“陽性”或“陰性”檢測結果并判斷該菌所產碳青霉烯酶種類或基因型；采用碳青霉烯酶抑制劑增強試驗可直接報告最終檢測結果，或同時報告紙片抑菌圈直徑并判斷該菌所產碳青霉烯酶種類；采用免疫層析或分子檢測技術，直接報告檢測到的碳青霉烯酶基因型。③碳青霉烯酶表型或基因型檢測結果解釋等。參考表3。

圖1 實驗室碳青霉烯酶檢測流程圖

表3 碳青霉烯酶檢測結果報告

如以臨床標本或細菌（少數情況可能在藥敏試驗前即以菌株直接檢測以早期指導臨床抗感染治療）直接檢測碳青霉烯酶基因，可以單獨報告檢測結果，報告信息包括①患者姓名、年齡、性別、科室、標本類型；②臨床診斷；③檢測目的，評估治療效果、去定植或基于感染控制目的；④基因型檢測方法、結果解釋。參考表 3。

7 質控要求

7.1 質控頻率要求

每天或每次試驗時應測試陽性或陰性質控菌 株。

7.2 質控菌株選擇

按照不同檢測方法可檢測的碳青霉烯酶型別或靶基因種類，選擇相應的陽性和陰性質控菌株。陽性質控菌株首選肺炎克雷伯菌ATCC BAA-1705（KPC型碳青霉烯酶陽性株）、肺炎克雷伯菌ATCC BAA-2146（NDM型金屬β內酰胺酶陽性株）、肺炎克雷伯菌ATCC BAA 2524（OXA-48型碳青霉烯酶陽性株）；陰性質控菌株首選肺炎克雷伯菌ATCC BAA-1706（非產碳青霉烯酶株）。如實驗室無法獲得上述首選ATCC陽性或陰性質控菌株，亦可選擇經DNA測序明確產相應型別碳青霉烯酶基因的菌株作為陽性質控菌，以及選擇大腸埃希菌ATCC 25922作為陰性質控菌株。

附件1

A類絲氨酸碳青霉烯酶和B類金屬β內酰胺酶的檢 測

實驗步驟按CLSI推薦的紙片擴散法進行：將待測菌調制成0.5麥氏濁度菌懸液，均勻涂布于MH瓊脂平板上，隨后貼4張?zhí)记嗝瓜╊惪咕幬锛埰ㄒ话銥閬啺放嗄匣蛎懒_培南）于瓊脂表面。一張紙片不加任何液體，一張紙片滴加APB溶液（終濃度300 μg/片，初始濃度為30 mg/L的溶液可滴加10 μL）、一張紙片EDTA溶液（終濃度292 μg/ 片，初始濃度0.1 mol/L的溶液可滴加10 μL）、最后一張同時滴加APB溶液（終濃度300 μg/片）和EDTA溶液（終濃度292 μg/片）。過夜孵育后量取紙片抑菌圈直徑。結果判讀如下：①添加APB溶液的亞胺培南紙片抑菌圈直徑與單藥紙片相差≥5 mm，即可判斷該受試菌株產A類碳青霉烯酶（圖1A）；②添加EDTA溶液的亞胺培南紙片抑菌圈直徑與單藥紙片相差≥5 mm，即可判斷該受試菌株產生B類碳青霉烯酶（圖1B）；③如僅同時添加APB和EDTA的亞胺培南紙片抑菌圈直徑與單藥紙片相差 ≥5 mm，可判斷該受試菌株同時產A類碳青霉烯酶和B類金屬β內酰胺酶（圖1C）；④如含酶抑制劑的亞胺培南紙片抑菌圈直徑與單藥相差均＜5 mm，可判斷該菌不產A類或B類碳青霉烯酶，其耐藥機制可能為產生OXA-48型碳青霉烯酶，或產生ESBL和/或AmpC酶合并膜孔蛋白的下調或缺失。

圖1 碳青霉烯酶抑制劑增強試驗檢測A類和B類碳青霉烯酶

附件2

D類OXA-48型碳青霉烯酶的檢測

實驗步驟按CLSI推薦的紙片擴散法進行：將大腸埃希菌ATCC 25922調制成0.5麥氏濁度菌懸液，均勻涂布于MH瓊脂平板上，將一張亞胺培南紙片于瓊脂表面。取兩張無菌空白紙片，每張紙片取待測菌純分菌落3～4個，在亞胺培南紙片左右各貼上一張已取待測菌菌落的空白藥敏紙片。然后在亞胺培南紙片左側的空白紙片加上EDTA溶液（終濃度292 μg/片，初始濃度0.1 mol/ L的溶液可滴加10 μL），在亞胺培南紙片右側的空白紙片同時加上EDTA（終濃度292 μg/片，初始濃度0.1 mol/L的溶液可滴加10 μL）和APB溶液（終濃度600 μg/片，初始濃度為50 mg/L的溶液可滴加12 μL）。過夜孵育后判讀結果：①含EDTA或3-氨基苯硼酸空白紙片均出現細菌矢狀生長者，提示該菌產OXA-48型碳青霉烯酶（圖2A）；②含EDTA或APB空白紙片均未出現細菌矢狀生長者，提示該菌產金屬β內酰胺酶（圖2B）；③僅含EDTA空白紙片出現細菌矢狀生長者，提示該菌產A類絲氨酸碳青霉烯酶（圖2C）。

圖2 碳青霉烯酶抑制劑增強試驗檢測OXA-48型碳青霉烯酶