細菌耐葯與人體微生態

• 細菌耐葯與人體微生態

• 鄭焙文 李蘭娟(浙江大學醫學院附屬第一醫院)

• 中華臨床感染病雜誌, 2016,09(02): 129-132. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1674-2397.2016.02.006

以下內容和版式版權歸屬中華醫學會，未經授權不得轉載

抗菌藥物是20世紀在醫學領域最偉大的發現，它急劇降低了上世紀人類頭號殺手"傳染病"造成的死亡率，成功挽救了無數的生命。然而，近年來抗菌藥物的不合理使用導致大量耐葯菌的產生，使臨床再次面臨無葯可用的局面。2011年WHO將世界衛生日的主題定為"抗擊耐葯：今天不採取行動，明天就無葯可用" ，呼籲全球採取行動，遏制細菌耐葯，並發出警告稱一個"後抗菌藥物"時代可能很快會成為現實^[1]。我國是細菌耐葯形勢較為嚴峻的國家之一。全國細菌耐葯監測網(Mohnarin)的數據顯示，產超廣譜β-內醯胺酶大腸埃希菌的檢出率超過60%，碳青黴烯類耐葯銅綠假單胞菌的檢出率超過30%，多重耐葯鮑曼不動桿菌的檢出率超過50%，氟喹諾酮類耐葯大腸埃希菌的檢出率超過70%^[2,3]。由此可見，我國細菌耐葯防控和基礎研究任重而道遠。

針對細菌耐葯領域亟待解決的問題，目前大部分基礎和臨床研究仍停留在某類菌株、某種耐葯現象的個體適應機制層次，缺乏以宏觀微生態學的角度深入揭示病原菌的群體耐葯作用機制和進化規律。近年來，隨著感染微生態學的發展，以微生態學的視點來推動多學科交叉研究、關注細菌耐葯研究的原創性新技術新方法、提升解決重大科學問題的合力成為可能。本文介紹了細菌耐葯及微生態學相關學科的進展，並從微生態學的角度對細菌耐葯領域下一步的研究方向和研究思路進行總結和展望。

1日趨嚴重的細菌耐葯危機

2013年9月，美國疾病控制與預防中心(美國CDC)發布了研究報告《美國抗菌藥物耐葯威脅，2013》^[4]，詳細闡述了美國目前所面臨的耐葯菌威脅。報告指出：每年有約200萬美國人被耐藥性病原細菌和真菌感染，直接死亡人數達2.3萬人；每年有約200億美元的額外醫療投入被用於針對耐葯菌引起的疾病和死亡；這類疾病每年會造成350億美元的損失。報告還指出，由於近年來幾乎沒有新型抗菌藥物上市，抗菌藥物即將"彈盡糧絕" 。這份報告標誌著美國CDC首次將細菌耐葯作為迫在眉睫的公共危機來對待。

2014年4月，WHO發布了全球細菌耐葯監測報告，首次對全球各國/地區細菌耐葯情況進行了全景展示，提供了迄今關於抗菌藥物耐葯最全面的數據^[5]。報告指出，目前全球各地各種"超級耐葯菌"呈日益上升態勢。WHO呼籲應重視研製新的診斷試劑、抗菌藥物及其他工具，使衛生健康領域的從業者能有效應對正在出現的耐藥性。

然而，細菌耐葯不僅僅是臨床醫療問題，它早已擴展到畜禽、水產業及環境領域中。我國是全世界最大的農用和獸用抗菌藥物生產國和使用國，2013年我國抗菌藥物使用總量約為16.2萬噸，其中人用抗菌藥物佔48%，其餘均為獸用抗菌藥物。畜牧業大量使用抗菌藥物導致了畜牧業耐葯菌急速攀升。2015年我國首次發現質粒介導的多黏菌素耐葯基因mcr-1，並且養殖動物及產品中檢出的比例很高^[6]，許多相關專家學者因此建議限制使用多黏菌素，並禁止將任何用於人類的抗菌藥物用於動物。此外，我國河流抗菌藥物污染嚴重，這在一定程度上加劇了耐葯傳播的風險，而醫療廢水以及動物飼料和水產養殖廢水排放等是環境中抗菌藥物污染的主要來源^[7]。復旦大學最新研究發現，江浙滬兒童體內普遍存在獸用抗菌藥物，且獸用抗菌藥物暴露與兒童肥胖發生風險之間呈正相關，而獸用抗菌藥物的環境來源，主要通過污染水及食物進入人體^[8]。

因此，控制耐葯不僅僅需要醫療行業從業者的努力，更需要各國政府、各行業的人員協同攻關。我國國家自然科學基金委員會與瑞典研究理事會2014年在抗菌藥物及耐藥性領域聯合資助了4個國際合作研究項目。英國政府在2015年啟動了獎金達1 000萬英鎊的經度獎，劍指細菌耐葯問題，旨在解決危及子孫後代的抗菌藥物耐藥性問題。美國政府亦在2015年向抗菌藥物耐葯宣戰，並成立了實施這一戰略的特別小組，還設立了2 000萬美金的獎勵，鼓勵人們開發針對抗菌藥物耐藥性的快速診斷測試。2014年12月，WHO為應對細菌耐葯問題發布了《控制細菌耐葯全球行動計劃(草案)》^[9]，並在2015年世界衛生大會中邀請全球各國代表進行了聯合簽署。

2人體微生態與感染及細菌耐葯之間的關係

人體微生態對人體的營養、生長發育、生物拮抗、免疫等起到重要作用，而人與微生物這種平衡關係是在長期的進化過程中相互適應而形成的，它們之間相互依賴、相互制約^[10]。抗菌藥物(尤其是廣譜抗菌藥物)在殺死致病菌的同時，也會殺死有益菌，導致微生態失衡。微生態失衡導致的感染在臨床非常普遍。感染、慢性疾病和抗菌藥物使用、放化療、器官移植、介入治療等多種先進醫療手段都會導致腸道微生態失衡。誘發腸道細菌易位，嚴重者發生腸源性感染。隨著抗菌藥物的廣泛使用，抗菌藥物引起的菌群失調、二重感染和宿主對感染的抵抗力下降等現象逐漸增多^[11]。

微生態失衡所帶來的一系列感染問題，使人們對微生態與感染之間的關係提出了更高的理論認知需求。2001年感染微生態學理論首次被提出。感染微生態學從健康出發，注重維護機體整體功能，注重菌群平衡，強調要從感染髮生、發展的多個環節尋找預防、治療感染的方法，提出"殺菌和促菌"相結合，倡導合理應用抗菌藥物，注重維護人體微生態平衡，保護器官功能。感染微生態學理論的提出為感染的預防和控制提供了新的科學依據，更新了抗感染的策略，推動了醫學微生態學學科的發展。

鑒於人體微生態與感染之間密切相關，近年來，有研究學者對腸道微生態與耐葯基因之前的相關性展開了研究。2013年，中國科學院微生物研究所朱寶利研究員課題組對來自丹麥、西班牙和中國的162個健康人腸道微生物元基因組中的耐葯基因展開深入研究，首次建立了一個含有400萬個人體腸道微生物基因的數據集，發現中國人腸道耐葯基因丰度最高，而且中國人腸道耐葯基因不同於歐洲人，這種差異一方面歸結於腸道菌群的差異，另一方面很可能源於抗菌藥物使用的偏好性不同^[12]。瑞典的研究人員也利用高通量測序技術對從印度和中非回來的瑞典交流學生進行了腸道耐葯基因研究，結果發現這些學生的腸道中顯著增加了大量的耐葯基因，尤其是磺胺類和β-內醯胺類藥物的耐葯基因，折射出抗菌藥物使用與腸道耐葯基因之間的關聯^[13]。

3微生態學在感染病及耐葯菌防治中的應用

隨著感染微生態學研究的不斷深入，如何調節人體的微生態從而促進健康、防治疾病已成為一個重要的科學研究方向。2013年新英格蘭醫學雜誌上發表了van Nood等^[14]採用糞便移植治療艱難梭菌反覆感染患者的隨機對照臨床研究，結果顯示，糞便移植治療該病的效果明顯優於抗菌藥物治療。糞便移植成功治療艱難梭菌反覆感染是感染微生態學理論的成功應用，在目前抗菌藥物濫用和細菌耐葯成為世界難題的背景下，顯示了腸道菌群的保護和破壞後的重建對於複雜感染性疾病的治療具有極其重要的意義。

此外，通過微生態調節劑達到調節微生態的目的近年來逐步興起。微生態調節劑是在微生態理論的指導下，由對宿主有益的微生物活體、組份、產物、生長促進物的一種或多種製成的產品。根據感染微生態學理論，微生態調節劑從健康出發，通過保護或促進具有分泌抗菌物質、營養競爭和佔位保護等作用的有益菌，進而實現抑制有害菌的功能，在某些感染病的防治中，具有優於抗菌藥物的效果。微生態調節劑，特別是益生菌以及其他在人類長期進化中形成的共生菌，不但能調節腸黏膜的免疫能力、促進機體產生分泌型免疫球蛋白、維持免疫平衡，而且作用效果普遍、無不良反應，在免疫調節中具有廣闊的應用前景。

從現有的研究來看，抗菌藥物與微生態製劑合用對某些感染的治療效果優於單用抗菌藥物，如抗菌藥物與乳桿菌聯用可降低兒童抗菌藥物相關腹瀉的嚴重性與發生率^[15]；聯合使用乳桿菌與甲硝唑治療腸道艱難梭菌引起的抗菌藥物相關性腹瀉的效果優於單用甲硝唑的治療效果^[16]。因此，在治療感染病時，一般情況下建議先用抗菌藥物治療原發感染，再以微生態製劑調整微生態，在抗菌藥物抗菌譜不覆蓋微生態活菌製劑的情況下，兩者可以同時合用，邊治邊調；在有嚴重腸道微生態失調錶現的患者，如發生腸道菌群交替症時，原則上需要停用抗菌藥物，給予微生態療法，以扶持恢復微生態平衡。在全力抗擊H7N9禽流感的工作中，我們團隊創新性地建立了一套"四抗二平衡"的救治策略，其中調節人體微生態平衡在H7N9患者的救治中發揮了非常重要的作用^[17,18]。

4展望

感染性疾病與人體微生態的相互關係及機制研究方興未艾，而隨著元基因組學、轉錄組學、蛋白質組學及代謝組學技術的飛速發展，腸道微生態失衡與這些感染病的關係和機制有望得到深入、系統地研究。未來的研究需重點關注以腸道微生態結構為"靶點" ，聚焦腸道微生物在感染病發生和發展過程中的動力學變化，闡明腸道微生態失衡與代謝、免疫調控的網路作用關係，及其在感染性疾病的發生、發展中的作用機制，加強轉化醫學研究。

針對腸道微生態與細菌耐葯的發生和傳播問題，未來需建立人體腸道微生態中病原菌耐葯基因組資料庫，明確耐葯基因的來源及傳播機制，深入開展腸道菌群結構與細菌耐葯基因富集機制研究，揭示腸道微生態核心菌群對耐葯基因的維持與穩定作用機制，以及耐葯基因組在腸道微生態的適應性機制。透過闡述腸道微生態體系為載體的耐葯基因組在正常、定植以及致病菌間傳播機制與規律，建立降低臨床細菌耐葯的腸道微生態干預方法。

圍繞腸道微生態失衡與感染免疫的核心問題，應開展不同微生態失衡模式對免疫功能的影響及其機制研究，描繪免疫與微生態的複雜相互作用網路。開展群體感應與微生物粘附、定植、毒力因子誘導、抗菌合成、釋放及與宿主的交互作用機制研究，建立群體感應模型。此外，嚴重感染/感染性休克的"炎症因子風暴"與微生態的相互作用的信號通路，探索微生態干預控制"炎症因子風暴"和繼發感染的途徑和機制也是重點關注方向。

針對人體微生態失衡與感染患者的預後體系構建，未來還應探討急性感染(細菌、病毒等病原學診斷明確的感染)病程中人體微生態基因組學的變化特徵與疾病轉歸、繼發內源性感染的關係，發現疾病重症/危重症化的預警預測因素，建立改善疾病預後的微生態干預技術，闡明感染重症化發病機制中人體微生態基因組所發揮的作用。繼續深入開展糞菌移植研究，揭示導致患者腸道菌群發生有益變化的確切機制，建立預防感染的微生態干預技術，拓展微生態學技術在臨床的應用。

利益衝突：無

參考文獻（略）