生物被膜耐藥機制及抗菌藥物治療的研究進展

倪 玲

（廣西壯族自治區(qū)南寧市中醫(yī)醫(yī)院，廣西 南寧 530001）

細菌生物被膜是細菌為了適應(yīng)自然環(huán)境、利于生存而特有的生命現(xiàn)象，是細菌吸附于惰性物體如生物醫(yī)學(xué)材料或機體粘膜表面后，分泌多糖基質(zhì)、纖維蛋白、脂蛋白等多糖蛋白復(fù)合物，使細菌相互粘連并將其自身克隆聚集纏繞其中形成的膜樣物[1]。任何病原菌在成熟條件下都可以形成生物被膜，如金黃色葡萄球菌、腸球菌屬、大腸埃希菌、銅綠假單胞菌和白色假絲酵母菌等。由于生物被膜能通過多種機制對其膜內(nèi)細菌具有屏障保護作用，這樣就可以避免或減少藥物和機體免疫系統(tǒng)對致病細菌的處置，同時膜內(nèi)的細菌在適宜的條件下又可以從膜內(nèi)擴散、游離，引起機體再次感染，從而給臨床治療帶來困難[2]。

1 生物被膜導(dǎo)致感染疾病的特點

細菌生物被膜是細菌的一種生活方式，可以使細菌具有極高的耐藥性和免疫逃逸能力，是發(fā)生慢性持續(xù)性感染以及感染難以治愈的重要原因[3-6]。細菌生物被膜的相關(guān)感染，主要包括生物醫(yī)學(xué)材料相關(guān)感染和某些慢性感染性疾病。由于生物醫(yī)學(xué)材料，如中心靜脈導(dǎo)管、氣管插管、人工關(guān)節(jié)等廣泛的使用，生物醫(yī)學(xué)材料相關(guān)感染發(fā)病率有所增高。某些慢性感染性疾病如慢性骨髓炎、細菌性心內(nèi)膜炎由于生物被膜的產(chǎn)生而導(dǎo)致感染遷延不愈, 治療極為棘手[7]。 生物被膜引起感染的特點主要有：（1）相對靜止和發(fā)作階段的相互轉(zhuǎn)化過程，使病情反復(fù)，轉(zhuǎn)為慢性；（2）由于耐藥出現(xiàn)，抗菌藥物剛開始用時治療效果顯著，隨后其療效明顯下降；（3）導(dǎo)致疾病的微生物主要來自皮膚表面和所處環(huán)境，主要病原微生物包括葡萄球菌、腸道菌、假單胞菌屬、變形桿菌屬等[8]。

2 細菌生物被膜耐藥的相關(guān)機制

生物被膜的耐藥機制不同于浮游菌，在生物被膜相關(guān)感染中, 細菌一部分以浮游菌的形式存在，另一部分以生物被膜的形式存在，有效濃度的抗菌藥物能迅速殺死浮游生長的細菌和生物被膜表面的細菌，但對生物被膜深處的細菌卻難以有效殺滅。臨床資料表明, 在開始形成的最初72h內(nèi)生物被膜對抗菌藥物比較敏感，而生物被膜一旦成熟，所能耐受的抗菌藥物濃度就將大大高于浮游菌的MIC, 甚至達到浮游菌MIC濃度的1000倍以上[9]。這說明了被膜內(nèi)細菌的耐藥機制與單個細菌不同，目前認為細菌生物被膜耐藥的機制可能有以下幾個方面：（1）生物被膜的屏障作用。生物被膜是阻止抗菌藥物進入細菌內(nèi)部的天然屏障。其細胞外的糖蛋白分子形成了屏障作用，能夠很好地阻礙酶、補體等大分子和抗菌藥物肽類等小分子物質(zhì)的侵入[10]。（2）產(chǎn)生抗生素外排泵。許多細菌能產(chǎn)生抗生素外排泵, 這種泵能夠?qū)⒋┻^細菌外膜的抗生素及時排出細菌體外, 從而避免了抗生素與細菌的接觸。有研究發(fā)現(xiàn)[11]，在銅綠假單胞菌和白假絲酵母菌生物被膜的發(fā)生發(fā)展過程中,其抗生素外排泵的基因表達高于浮游菌。表明生物被膜的形成可能有助于抗生素外排泵的合成。（3）對抗機體免疫系統(tǒng)的作用。生物被膜菌不但對抗生素耐藥而且還具有明顯的對抗機體免疫系統(tǒng)的作用。生物被膜包括細菌的黏性胞外基質(zhì)起著將細菌與機體免疫系統(tǒng)隔開的物理屏障作用，使特異性抗體、致敏性T細胞、大小吞噬細胞、自然殺傷細胞以及溶菌酶等對細菌的免疫難以發(fā)揮應(yīng)有的作用。同時，機體產(chǎn)生的大量抗體和相應(yīng)的可溶性抗原形成免疫復(fù)合物沉積在感染病灶周圍，使機體受到嚴重的損傷[12]。（4）生物被膜內(nèi)環(huán)境的影響。由于細菌被膜內(nèi)部營養(yǎng)物質(zhì)缺乏，導(dǎo)致細菌生長緩慢，氧氣在生物被膜內(nèi)很快被耗盡，使被膜內(nèi)部形成厭氧環(huán)境，而很多抗菌藥物在厭氧情況下對細菌的抗菌作用就不如有氧環(huán)境強[13]。此外，還有一些研究報道認為細菌被膜耐藥的機制與細菌的傳感效應(yīng)、生物被膜基因的表達以及產(chǎn)生獨特的表型有關(guān)。

3 抗菌藥物對生物被膜的作用研究

目前，對于生物被膜相關(guān)感染的治療從單一的抗菌藥物到抗菌藥物的聯(lián)合用藥, 再到分子水平甚至基因水平的調(diào)控等一系列治療理念仍處研究探索階段，其中抗菌藥物、抗菌藥物的聯(lián)合用藥在臨床中應(yīng)用較多。如：大環(huán)內(nèi)酯類藥物中的14元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類紅霉素、克拉霉素、羅紅霉素及15元環(huán)大環(huán)內(nèi)酯類阿奇霉素，可抑制細菌生物被膜的合成，促進抗菌藥物的滲透，而16元環(huán)的大環(huán)內(nèi)酯類(如螺旋霉素)則無此作用[14]。氟喹諾酮類藥物可穿透胞外多糖，對生長緩慢的細菌有一定的殺菌作用，但不能完全清除生物被膜中的細菌[15]。大環(huán)內(nèi)酯類與氟喹諾酮類聯(lián)合應(yīng)用可抑制細菌合成多糖蛋白復(fù)合物，抑制細菌生被膜的形成，從而提高氟喹諾酮類藥物對細菌生物被膜的滲透性和對細菌生物被膜下細菌的殺菌活性[16]。劉皈陽等[17]以醫(yī)用微孔濾膜為載體成功地建立銅綠假單胞菌生物被膜體外模型，并證實了大環(huán)內(nèi)酯類藥物如克拉霉素、阿奇霉素可以顯著地促進加替沙星對細菌生物被膜的透過。目前認為[2]，氟喹諾酮類與大環(huán)內(nèi)酯類/磷霉素聯(lián)用是目前有效的治療物被膜菌感染的方案。生物被膜內(nèi)細菌由于藻酸鹽層的屏蔽作用，大多數(shù)抗生素皆不能穿透藻酸鹽層而作用于膜內(nèi)細菌，這是生物被膜菌感染難治的主要原因之一。氟喹諾酮類抗生素包括環(huán)丙沙星、加替沙星、左氧氟沙星等，對生物被膜的滲透作用最強，在一定程度能殺死部分生物被膜菌，但常規(guī)劑量難以徹底清除生物被膜菌，而克拉霉素、阿奇霉素、磷霉素均能抑制細菌藻酸鹽的合成，消除藥物滲透屏障，所以聯(lián)合應(yīng)用這些抗生素能有效地治療生物被膜相關(guān)感染。

隨著抗菌藥物的廣泛使用，細菌的耐藥問題日益嚴重，研究生物被膜的耐藥機制，合理利用抗菌藥物，在臨床治療過程中具有非常重要的意義。隨著對生物被膜更深入的研究, 我相信最終必然會找到徹底征服生物被膜相關(guān)感染的方法，人類將會更好地控制細菌感染。