抗腸球菌生物膜藥物的研究進展

曹陽 趙建平

摘要：腸球菌已成為難以治療的院內和社區(qū)獲得性感染的主要原因之一。形成生物膜的腸球菌可以顯著降低細菌對抗生素的敏感性，逃避宿主的免疫系統攻擊，導致感染時間延長。因此開發(fā)新藥物來應對抗腸球菌生物膜這一挑戰(zhàn)是非常有必要的，本文就抗腸球菌生物膜的幾種藥物進行綜述，以期為臨床提供指導。

關鍵詞：腸球菌；生物膜；抗感染；抗生物膜，新型藥物

中圖分類號：R978.1 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：1001-8751（2023）04-0224-06

Research Progress of Anti-Enterococcal Biofilm Drugs

Cao Yang1，Zhao Jian-ping2

（1 Inner Mongolia Clinical Medical College， Inner Mongolia Medical University， ? Hohhot ? 010050;

2 Department of Laboratory Medicine， Inner Mongolia Peoples Hospital， ? Hohhot ? 010000）

Abstract：Enterococcus has become the main cause of hospital-acquired and community-acquired infections that are difficult to treat. The biofilm-forming Enterococcus can significantly reduce the sensitivity of bacteria to antibiotics and evade the host's immune system attack， resulting in prolonged infection time. Therefore， it is necessary to develop new drugs to deal with the challenge of Enterococcus biofilm. This article reviews several drugs against Enterococcus biofilm in order to provide guidance for clinical practice.

Key words：Enterococcus; ? biofilm; ? anti-infection; ?anti-biofilm; ? new chemotherapeutics

腸球菌屬革蘭陽性菌，廣泛存在于環(huán)境以及人、動物消化道內，能夠在高鹽（6.5% NaCl）、堿性（pH 9.6）、40%膽汁培養(yǎng)基、10～45 ℃等環(huán)境下生長，對多種環(huán)境具有高度耐受性，這有助于其在不同的宿主內定植并在環(huán)境中持久存在[1]。由于其在社區(qū)和醫(yī)院惡劣環(huán)境中生存的能力，以及固有的和獲得性的抗生素耐藥機制，腸球菌已成為難以治療的院內和社區(qū)獲得性感染的主要原因之一[2]。在歐洲和美國，腸球菌屬是第二常見的與衛(wèi)生保健感染相關的病原體[3]。根據2016—2020年中國細菌耐藥監(jiān)測網CHINET數據顯示，腸球菌屬細菌在革蘭陽性菌中的分離率僅次于金黃色葡萄球菌，居第二位[4-7]。

腸球菌形成生物膜的能力增強了其對抗生素的抵御能力。越來越多的證據證明生物膜形成在腸球菌感染中的關鍵作用[8]。生物膜是指許多細菌作為附著在表面的復雜群落的一部分存在，嵌入到細菌自己形成的聚合物基質中[9]。這種結構可以顯著降低細菌對抗生素的敏感性，逃避宿主的免疫系統攻擊，導致感染時間延長[10]。歐洲地區(qū)報道腸球菌生物膜陽性率達（60%～90%），我國學者丁麗等[1]發(fā)現糞腸球菌和屎腸球菌生物膜陽性率分別為63.46%與13.33%；Zheng等[11]報道的糞腸球菌生物膜陽性率為50.4%。因此，迫切需要開發(fā)新的藥物來應對這一挑戰(zhàn)。本文就抗腸球菌生物膜藥物的研究進展進行綜述，旨在為臨床抗腸球菌感染提供新思路。

1 抗生素類

1.1 大環(huán)內酯類抗生素

第四代大環(huán)內酯類新型抗生素Solithromycin （SOL）對廣譜革蘭陽性菌表現出較強的抗菌作用和良好的藥代動力學/藥效學（PK/PD）參數[12-15]，結構式見圖1。SOL的PK/PD特性和臨床研究顯示其生物利用度高、副作用小、組織穿透性好、口服后分布量大[14-17]。與紅霉素相比，SOL顯著提高了對臨床糞腸球菌和屎腸球菌分離株的體外抗菌活性，SOL對糞腸球菌生物膜的形成具有抑制作用，其殺菌活性與利奈唑胺和萬古霉素相當[18]。但是，SOL能抑制糞腸球菌生物膜的形成，卻不能根除，且SOL聯合抗生素并沒有增強其殺菌活性。所以SOL應用于腸球菌生物膜的治療還比較局限。

1.2 新型酮內酯類抗生素

Telithromycin是一種新型酮內酯類抗菌藥物，可用于治療呼吸道感染，結構式見圖2。也有研究Telithromycin對腸球菌的療效[19]，并已被證明對腸球菌比一些第一代和第二代的大環(huán)內酯類抗生素更有效[20]。對來自中國的臨床腸球菌分離株分析，發(fā)現Telithromycin 可以抑制糞腸球菌生物膜的形成，與氨芐西林聯用還可以增強抗菌作用和抗生物膜活性[21]。研究表明，涉及關鍵呼吸道病原體的呼吸道感染的治療，每日一次800 mg口服劑量的Telithromycin在血漿中即可保持有效濃度[22]。因此，Telithromycin/氨芐西林聯合可能是治療腸球菌生物膜感染的潛在方法。越來越多的證據表明，通過臨床使用Telithromycin產生耐藥性的可能性較低[21]。并且Tedizolid對耐利奈唑胺的糞腸球菌也表現出抑菌活性[23]。但是目前關于Telithromycin對腸球菌的殺傷動力學和抗生素后效應的研究有限，Telithromycin治療腸球菌的最佳劑量方案還需要進一步研究。

雖然SOL的PK/PD特性好，但是它不能根除已經形成的生物膜，它的殺菌活性與利奈唑胺和萬古霉素相當，也沒有發(fā)現它與其他抗生素有協同作用。并且它對廣譜革蘭陽性菌活性較強，大規(guī)模使用可能會產生耐藥，筆者認為它的開發(fā)價值不大。而Telithromycin與氨芐西林聯合使用對我國分離的腸球菌有較好的抗菌和抑制生物膜的作用，并且，臨床使用耐藥性低，對耐利奈唑胺的糞腸球菌也表現出抑菌作用，所以Telithromycin有潛力成為抗腸球菌生物膜的藥物。

2 植物提取物

2.1 木犀草素

木犀草素（Luteolin）是一種天然類黃酮，存在于花生殼和多種植物中，如水果、百里香、薄荷、歐芹、芹菜和青椒，其藥理潛力包括抗氧化和抗炎活性[24-25]。木犀草素可以抑制細胞黏附和附著，以劑量依賴性的方式通過降低生物膜內胞外多糖和蛋白質的產量，阻斷生物膜的形成，還能提高生物膜對抗生素的敏感性，進而提高抗菌治療效果[26]。

2.2 甘草查爾酮A

甘草查爾酮A（Licochalcone A， Lic）是從甘草中提取的一種具有抗氧化、抗血管生成、抗炎癥和抗腫瘤作用的新型黃酮類化合物[27-28]。研究發(fā)現，甘草查爾酮A對糞腸球菌具有抗菌活性[29]。亞抑制濃度下，通過抑制糞腸球菌早期黏附和聚集來減少其生物膜的形成，但單獨使用或與其他抗菌劑聯合使用對已建立的糞腸球菌生物膜均無根除作用；高濃度的甘草查爾酮A通過快速殺死糞腸球菌浮游細胞，減少糞腸球菌持久性細胞的產生提高其對抗生素的敏感性[30]。并且，因為甘草查爾酮A是通過干擾糞腸球菌胞內信號轉導或轉錄調控發(fā)揮抗菌作用，所以比利奈唑胺（阻斷蛋白質的合成）、萬古霉素和氨芐西林（干擾細胞壁合成）更有效[30]。甘草查爾酮A在糞腸球菌中可能有多個靶基因，這使它不容易產生耐藥[30]。

這些植物提取物來源于可食用的植物中，比其他化學合成的藥物對人體的傷害更小，特別是甘草查爾酮A在高濃度時效果更好，低毒這一特點尤為重要，未來的研究也需要具體評估它們對宿主細胞的損傷作用。

3 生物制劑

3.1 溶菌酶

溶菌酶（1，4-β-N-acetylmurmidase，LYS）是一種單鏈堿性蛋白，由129個氨基酸殘基組成[31]。作為先天免疫系統的一個組成部分，它能分裂細菌細胞壁中肽聚糖N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖肽聚糖殘基之間的β-1，4糖苷鍵的斷裂[31-33]，導致細胞裂解，對體外培養(yǎng)的革蘭陰性菌和革蘭陽性菌具有廣譜抗菌活性[33]。溶菌酶也可以作為陽離子抗菌肽（CAMP），破壞細菌細胞膜的穩(wěn)定[34]。美國有學者證明了CAMP可以誘導糞腸球菌生物膜的細胞裂解，并且對具有不同耐藥性和毒力因子的糞腸球菌不同菌株的生物膜均有效[32]。溶菌酶抗生物膜的效果不僅限于糞腸球菌，未來可能作為一種廣譜抗生素應用，并且可以考慮聯合其他抗生素使用，以增強對生物膜的破壞效果。

3.2 Rhodethrin

Rhodethrin（Rdn）是一種從光合無氧紫色非硫細菌類球紅細菌（Rhodobacter sphaeroides）OU5中分離出來的次生代謝物[35]。它是一種新型的吲哚萜類化合物，具有抗菌、抗生物膜[36]、抗癌、環(huán)氧合酶-I抑制和植物激素活性等潛在的生物學應用[35]。Rdn可能通過強烈干擾生物膜相關蛋白GelE和SprE、細胞分裂FtsZ蛋白和LuxS蛋白QS機制來抑制生物膜的形成[37]。將藥物與常規(guī)抗生素聯合使用可能會提高抗菌藥物抗菌效果和降低細胞毒性，是一種很有前途的方法。Rdn與氯霉素聯合使用可以提高其效率，二者聯合使用對糞腸球菌（ATCC 19433）生物膜的形成具有顯著的協同作用[37]。

3.3 噬菌體

噬菌體是一種病毒，能在特定細菌內大量復制。有研究發(fā)現，一些噬菌體能對抗細菌形成的生物膜[38-42]。近年來，有許多專家學者分離出了針對腸球菌及其生物膜的噬菌體并對其性能進行測試評估，對噬菌體V583抑制和降解耐萬古霉素的糞腸球菌生物膜的作用進行1～7 d的測試：在抑制實驗中，噬菌體顯著減少了長達7 d的生物膜，在降解實驗中，噬菌體對1～2 d的生物膜的有效性顯著[43]；噬菌體S2在較寬的溫度和pH值范圍內具有較高的穩(wěn)定性，經口服給藥時不被降解，適用于控制人體感染的治療；在抑制和降解實驗中，噬菌體的存在降低了耐萬古霉素屎腸球菌生物膜的完整性和黏附性[44]。還分離出一類對糞腸球菌具有裂解活性的噬菌體，它們有能力穿透生物膜到達宿主細菌細胞并溶解腸球菌生物膜[45]。這項能力來自于它們尾突蛋白中解聚酶的水解活性或對裂解浮游細胞具有顯著活性的內溶素的存在[40，46]。還有的噬菌體與達托霉素和β-內酰胺聯合使用可用于根除多藥耐藥的屎腸球菌生物膜介導的感染，并防止對抗生素和噬菌體耐藥性的出現[47]。

作為細菌的天敵，與抗生素相比，噬菌體產生耐藥性的過程極慢，它分離容易且快速，一旦有新的挑戰(zhàn)，也可以快速修改。并且它具有高度的特異性，對人體細胞安全，是對抗腸球菌生物膜一種不錯的思路。

4 藥物再利用

4.1 五氟利多

五氟利多（Penfluridol，PF）是一種經FDA批準的口服長效抗精神病藥，用于治療急性精神病、精神分裂癥和妥瑞特綜合征[48]。它可以抑制膠質母細胞瘤、乳腺癌、胰腺癌和肺癌細胞的生長和轉移[49-52]。有文獻報道，PF在體內對糞腸球菌有明顯活性，可以導致糞腸球菌生物膜生物量顯著減少[10]。共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）觀察發(fā)現PF是通過殺死細菌和降低細胞外基質來達到根除生物膜效果的，還可能是通過影響群體感應系統和第二信使c-di-GMP的調控，進而影響糞腸球菌生物膜[10]。但由于生物膜背后的抗菌機制復雜，PF抑制糞腸球菌生物膜并去除成熟生物膜的機制尚不清楚，有待進一步研究。眾所周知，聯合用藥可以提高抗菌效果、減少抗生素耐藥機會并降低細胞毒性。研究表明[10]，PF與阿米卡星和慶大霉素具有部分協同抑菌作用，與萬古霉素和替考拉寧具有相加抑菌作用，并且還可以減少這些抗生素的副作用和產生耐藥性的機會。在安全方面，有文獻報道[53]，每周口服30 mg（小鼠模型12.5～25 mg/kg）治療急性精神病患者；大于60 mg/d（小鼠模型25～50 mg/kg）用于精神分裂癥的治療[54]，均無副作用。研究表明[55]，長期給藥PF對小鼠的行為活動沒有顯著影響。此外，有學者通過評估體重、器官重量和血漿轉氨酶（ALT和AST），報告PF即使長期使用也是相對安全的[50]。因此，PF有成為抗腸球菌藥物的潛力，但在臨床應用前，還需要進一步地研究，以增強抗菌作用，同時降低細胞毒性。

4.2 雙硫醇

雙硫醇（Bithionol，BT）是一種臨床批準的驅蟲藥物，在體外和體內可以通過破壞細菌細胞膜脂質雙分子層對耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）及其持久性細胞具有活性[56]。BT在體外通過破壞腸球菌的細胞膜對腸球菌表現出有效的抗菌活性（屎腸球菌強于糞腸球菌）和抑制其生物膜形成能力，并能根除預先形成的生物膜，且耐藥率極低[57]。此外，BT還可以有效地殺死對DAP（美國食品和藥物管理局批準的針對細菌細胞膜的抗生素）耐藥的糞腸球菌和屎腸球菌臨床菌株[57]。BT還可以與頭孢曲松、替考拉寧等多種常規(guī)抗生素產生協同作用，這可能是由于它能夠破壞細菌細胞膜，從而促進其他抗生素滲透到細胞內[57]。當濃度高達64 ?g/mL時，BT可選擇性地與細菌細胞膜結合而不影響哺乳動物細胞膜[56]。在一項小鼠體內毒性研究中，即使以240 mg/kg的高劑量治療30 d以上，BT也是安全的[56，58]。因此，有效的抗菌效果、對哺乳動物低毒性以及耐藥率低，使BT有較大的潛力作為一種抗菌藥物用于臨床。

藥物再利用是新抗菌藥研發(fā)的不錯選擇，藥物部分特性已經清楚，這可以減少研發(fā)的時間和經濟成本。已經明確，PF和BT的毒性低，安全性較好。研究發(fā)現，它們都具有根除已經形成的生物膜的作用，并且可以與其他常規(guī)抗生素協同使用，特別是還發(fā)現BT不容易耐藥。因此，它們有較好的使用前景，值得進一步研究用于臨床。

5 討論

生物膜相關的腸球菌感染不僅難以根除，而且是細菌傳播的溫床和抗生素耐藥基因的儲存庫。研究發(fā)現，SOL和Telithromycin可以抑制腸球菌生物膜的形成，PF和BT可以根除已經形成的生物膜。并且，Telithromycin、PF和BT還可以與其他常規(guī)抗生素聯合使用，增強抗菌抗膜活性，減少抗生素副作用，降低耐藥機會。特別是研究發(fā)現，Telithromycin、甘草查爾酮A、BT和噬菌體本身也不容易耐藥。還發(fā)現木犀草素、甘草查爾酮A、噬菌體、BT和PF的毒性低，對人體傷害小，而且噬菌體、BT和PF的成本低，更有研究潛力。當前腸球菌的用藥還主要停留在抗浮游菌和敏感菌階段，缺乏對腸球菌生物膜形成的檢測，預防腸球菌生物膜形成的意識還沒有深入臨床醫(yī)生心里。未來需要加強對腸球菌生物膜的檢測和預防，對形成機制進行進一步的研究，針對其形成的不同環(huán)節(jié)進行阻斷。同時，進一步研發(fā)和改良藥物，來根除已經形成的生物膜，還可以考慮已經用于臨床的其他藥物的再利用，降低藥物開發(fā)成本。

參 考 文 獻

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