【專題筆談】噬菌體療法的復興：微生物耐葯應對策略的思考

文章來源：中華結核和呼吸雜誌, 2018,41(4) : 250-251

作者： 高占成

正文

臨床上根據微生物對抗菌藥物的耐葯表現，將其分為多耐葯(multidrug resistance，MDR)、廣泛耐葯(extensive drug resistance，XDR)和泛耐葯(pan-drug resistance，PDR)，這些耐葯微生物可導致多種難治性感染，臨床常需被動提升應用抗菌藥物的級別或聯合多種抗菌藥物來應對。目前，微生物對抗菌藥物耐葯的形勢日益嚴峻。

微生物在強大的抗生素作用下，是如何通過不同的耐葯途徑產生逃逸而形成難治性耐葯菌的呢？傳統觀點認為，單克隆細菌群體(即基因背景完全相同的菌群)具有完全一致的表型特徵，細菌應對抗生素的殺菌或抑菌效力表現為"全"或"無"現象，即通過是否攜帶耐葯基因而表現為敏感或耐葯^[1]。但筆者團隊的研究結果顯示，即使攜帶相同耐葯基因的細菌，其耐葯表型也不相同，以常見耐葯基因bla_CTX-M為例，其啟動子上不同間隔序列對啟動子的保守性具有顯著影響，啟動子下游序列的鹼基缺失和點突變可顯著影響bla_CTX-M基因表達^[2,3]。其次，"突變選擇窗"假說認為，單克隆來源的細菌群體，由於突變菌株存在導致細菌耐藥水平的差異，在抗生素壓力下，突變菌株被選擇性富集擴增^[4,5]。此外，細菌在抗生素壓力下可通過非對稱分裂狀態在不同個體間產生耐葯表型差異^[6]。筆者團隊在2014年首次證實了這一現象，並發現除非對稱分裂外，細菌間β-內醯胺酶的表達差異也是細菌產生適應性耐葯的機制之一^[7]。除上述機制外，細菌的耐葯機制可能仍有許多環節尚不明確，如細菌耐葯是否像病毒一樣存在輔助共生機制等。

臨床上有哪些策略可減少或延長細菌產生嚴重耐葯的發生率和發生周期呢？目前採用的方法主要有：??(1)快速準確診斷感染的病原菌，實現靶向和個性化治療，減少經驗性、盲目性甚或錯誤應用抗菌藥物??（2)適當使用抗菌藥物，包括時機、劑量和療程；??(3)在某一特定地域或環境對流行的耐葯菌感染可按照周期使用不同類型的抗菌藥物；??(4)避免抗菌藥物的不適當使用、過度使用甚或濫用，同時有效遏制耐葯菌在不同病區和地區之間的傳播。??但這些策略對鮑曼不動桿菌和綠膿桿菌等頑固耐葯菌所致的感染仍顯得束手無策。在此背景下，曾經的噬菌體療法隨著基因組學的興起重新受到關注，逐漸成為新的應對耐葯菌感染的策略之一。根據噬菌體對宿主菌的作用方式不同，可將噬菌體分為裂解性噬菌體和溶原性噬菌體。前者可在宿主菌細胞內大量繁殖並使之裂解，同時噬菌體基因組不會與宿主菌基因組整合；後者感染細菌即將其遺傳物質附著並整合在宿主染色體上，成為宿主菌基因組的一部分，與宿主同步生長和複製；少數情況下，與裂解性噬菌體一樣可將細菌裂解^[8]。此外，裂解性噬菌體還可產生噬菌體裂解酶，通過水解和破壞細菌生物被膜(細菌耐葯機制之一)，有效清除包被在生物被膜內的細菌^[9]。噬菌體解聚酶還具有輔助血清補體殺菌的能力，可顯著提高大腸桿菌全身感染小鼠的生存率^[10]。作為可以天然裂解細菌的病毒，利用裂解性噬菌體預防和治療細菌感染由來已久。??在食品安全方面，美國食品和藥品管理局已批准在肉類和家禽上使用噬菌體"雞尾酒"療法來預防食品加工過程中來自單核細胞增生性李斯特菌的污染^[11]。??在臨床治療方面，應用噬菌體"雞尾酒"療法治療綠膿桿菌引起的耳部感染具有顯著的臨床療效和安全性^[12]。??歐洲一些國家正對應用噬菌體治療大腸桿菌和綠膿桿菌引起的燒傷創面感染的安全性和有效性進行Ⅰ期和Ⅱ期臨床試驗。近年來，噬菌體的一些衍生物，如內溶素(endolysin)和解聚酶(depolymerase)等，也被試用於細菌感染的治療，其中以內溶素研究較為深入。內溶素主要通過水解細菌表面肽聚糖使細胞膜通透性發生改變，進而導致細菌死亡。目前，第一個商用內溶素Staphefekty已被批准用於治療由金黃色葡萄球菌引起的人類皮膚感染。此外，局部或靜脈使用內溶素控制人類金黃色葡萄球菌感染的臨床Ⅰ期和Ⅱ期試驗正在進行中^[13]。

與裂解性噬菌體及其衍生物相比，溶原性噬菌體本身基本沒有殺菌作用，但利用其自身獨特的優勢同樣可預防和治療細菌感染。研究結果表明，溶原性噬菌體可顯著提高抗生素的療效，如通過溶原性噬菌體將抗生素敏感基因整合到宿主菌基因組上，可恢復該細菌對相應抗生素的敏感性^[14]；將具有抑制應激反應功能的基因整合到宿主菌基因組中，可減少細菌生物被膜的形成，從而增強抗生素對大腸桿菌的作用效果^[15]。此外，隨著CRISPR-Cas9基因編輯技術的逐漸成熟以及在不同領域的成功應用，利用CRISPR-Cas9系統與M13噬菌體共同構建新的噬菌體質粒來靶向目標菌，已成為抗菌策略研究的最新熱點之一。文獻報道，利用上述方法構建的噬菌體質粒可有效清除目標菌體內的耐葯質粒，提高抗生素對目標菌的殺菌作用；此外，也可直接靶向宿主菌染色體上的耐葯基因，加速目標菌的死亡^[16]。動物實驗結果也證實，與抗生素相比，利用上述方法構建的噬菌體質粒可提高抗生素對金黃色葡萄球菌的治療效果，同時顯著降低小鼠皮膚表面感染部位的細菌載量^[17]。

但噬菌體療法同樣具有自身的局限性。??首先，噬菌體的裂解譜相對較窄，只能裂解目標菌，限制了其廣泛應用。??其次，裂解性噬菌體在快速殺菌的同時會釋放大量內毒素，可能會誘發機體產生劇烈的炎症反應，甚至多器官功能衰竭^[18]。??第三，噬菌體作為一種外源性物質，可能導致機體對其產生免疫反應，但這方面的研究相對較少，具體免疫變化機制也尚不明確^[19]。??此外，利用裂解性噬菌體感染並裂解細菌的方法同樣會在短時間內對細菌造成選擇壓力，從而富集耐受相應噬菌體感染的細菌^[20]。??針對上述問題，在利用噬菌體治療細菌感染時，可採用噬菌體"雞尾酒"療法，盡量選用口服或局部給葯途徑或利用基因工程技術對噬菌體加以改造後應用。???"後抗生素時代"已經到來，隨著組學技術和基因編輯技術的深入發展及其在臨床上的應用和轉化，相信會不斷湧現更多治療頑固耐葯菌感染的新策略。

參考文獻（略）

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