カルバペネム系およびモノバクタム系抗生物質

カルバペネム系およびモノバクタム系は、ベータラクタム系抗生物質のさらなる2つのサブクラスである。カルバペネム系は、通常の環硫黄の代わりに炭素を持ち、特徴的なトランスヒドロキシエチル側鎖を有しており、これにより広範なスペクトルと多くのベータラクタマーゼに対する顕著な安定性を示す。アズトレオナムに代表されるモノバクタム系は、融合した第二環を持たない単環式ベータラクタム構造を持ち、好気性グラム陰性菌に選択的に作用する。

Definition

カルバペネム系は、カルバペネム核と広範なベータラクタマーゼ安定性を持つ二環式ベータラクタム系抗生物質であり、モノバクタム系は、主に好気性グラム陰性菌に活性を示す単環式ベータラクタム系抗生物質である。両者とも、共通のベータラクタム機構を介してペニシリン結合タンパク質を不活性化する。

Scope

このトピックでは、カルバペネム系およびモノバクタム系の構造的特徴、カルバペネム系の広範なスペクトルとベータラクタマーゼ安定性の根拠、モノバクタム系のグラム陰性菌に特化した作用、およびカルバペネマーゼを介した耐性の出現について扱う。これは処方ガイダンスを含まない参照概要である。

Core questions

• カルバペネム系に広範なスペクトルとベータラクタマーゼ安定性を与える構造的特徴は何ですか？
• アズトレオナムの活性が主に好気性グラム陰性菌に限定されるのはなぜですか？
• カルバペネマーゼとは何ですか、そしてなぜそれが重要なのでしょうか？

Key concepts

• カルバペネム核
• トランスヒドロキシエチル側鎖
• 単環式ベータラクタム
• アズトレオナム
• 広域スペクトル活性
• ベータラクタマーゼ安定性
• カルバペネマーゼ
• 最終手段（最終選択）薬

Mechanisms

両サブクラスは、共通のベータラクタム機構を介してペニシリン結合タンパク質を不活性化する。カルバペネム系では、ペナムの硫黄が炭素に置換され、トランスヒドロキシエチル側鎖を持つことにより、ほとんどのセリンベータラクタマーゼによる加水分解に対する異常な安定性と、多くのグラム陽性菌、グラム陰性菌、嫌気性菌にわたる広範なスペクトルが付与され、重要な最終手段薬となっている（Papp-Wallace et al., 2011; Bush & Bradford, 2016）。モノバクタム系は融合した第二環を欠いており、アズトレオナムは好気性グラム陰性菌のPBP3に優先的に結合する。これにより、その狭いスペクトルと多くのベータラクタマーゼに対する安定性が説明され、グラム陽性菌や嫌気性菌の多くを温存する。カルバペネム系に対する耐性は、主にカルバペネマーゼ酵素（セリンカルバペネマーゼ（例：KPC）やメタロベータラクタマーゼ（例：NDM-1）を含む）によって引き起こされ、しばしばポリンの喪失と組み合わされる（Walsh et al., 2011; Bush & Bradford, 2016）。

Clinical relevance

カルバペネム系は重症感染症に対する最終手段のベータラクタム系抗生物質の基準であり、モノバクタム系は単環式ベータラクタムがどのようにして狭いグラム陰性菌に特化したプロファイルを実現できるかを示すものである。両者とも抗菌薬適正使用と耐性に関する教育において中心的である。本項目は教育的見地からのクラスの特性を記述するものであり、投与量や治療に関する推奨事項の出典ではない。

Epidemiology

カルバペネマーゼ産生腸内細菌科細菌の拡散は、世界的な主要な耐性問題である。IDSAのESKAPEフレームワークは、カルバペネム耐性グラム陰性病原体を優先的なギャップとして強調し（Boucher et al., 2009）、NDM-1などのメタロベータラクタマーゼの国際的な伝播は、カルバペネム耐性が地域を越えていかに急速に広がるかを示した（Walsh et al., 2011）。

Evidence & guidelines

カルバペネム系およびモノバクタム系の使用と報告は、EUCASTやCLSIなどの機関による標準化された感受性試験とブレイクポイントに依拠しており、カルバペネマーゼの疫学に関するサーベイランスは適正使用の優先順位を決定する上で情報を提供する。この概要は、特定のガイドラインではなく、クラスの特性をまとめたものである。

History

カルバペネム系は天然物であるチエナマイシンから派生したが、その不安定性からイミペネムが開発され、その後、メロペネムなどのより安定な薬剤が開発された（Papp-Wallace et al., 2011）。モノバクタム系は、天然に存在する単環式ベータラクタム骨格を中心に開発され、グラム陰性菌選択的薬剤としてアズトレオナムが生まれた。しかし、数十年以内に、KPCやメタロ酵素NDM-1を含むカルバペネマーゼが出現・拡散し、カルバペネム系の最終手段としての地位を侵食した（Walsh et al., 2011）。

Key figures

• Krisztina Papp-Wallace
• Robert Bonomo
• Helen Boucher
• Timothy Walsh

Seminal works

• papp-wallace-2011
• walsh-2011-ndm

Frequently asked questions

カルバペネム系が広域スペクトル最終手段抗生物質としてしばしば記述されるのはなぜですか？

カルバペネム核と側鎖により、ほとんどのセリンベータラクタマーゼに対して安定であり、広範囲の細菌に対して活性があるため、重症または耐性感染症のためにしばしば最終手段として温存されます。

アズトレオナムは他のベータラクタム系抗生物質とどのように異なりますか？

アズトレオナムは単一のベータラクタム環のみを持つモノバクタムであり、好気性グラム陰性菌に選択的に作用し、グラム陽性菌や嫌気性菌に対しては有意な活性を持ちません。