金黃色葡萄球菌生物膜的抗生素治療策略

張 蕾，陳 亮，苗 艷，蘭世捷，吳 憲，馮萬宇，沈思思，馬志剛，田秋豐，白長勝，金振華，黃宣凱，宋 巖，李 莉

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)分院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

生物膜是由細(xì)菌組成的微生物群落，是一種復(fù)雜的微生物結(jié)構(gòu)，在這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)中，微生物具有與浮游狀態(tài)所不同的多細(xì)胞行為，且它們對(duì)抗菌藥的耐藥性通?？商岣邤?shù)百倍。群落中的細(xì)胞密度相對(duì)較高（108～1011個(gè)/g），生物膜的產(chǎn)生是導(dǎo)致持續(xù)感染的重要原因[1]。由于細(xì)菌可通過在適當(dāng)條件下定植、建立互利群落以及形成生物膜來與惡劣的環(huán)境競爭，所以生物膜也被認(rèn)為是一種抵抗不利條件和長期生存的保護(hù)模式[2]。金黃色葡萄球菌具有多種毒力因子，包括酶、細(xì)胞外毒素、聚集因子和表面蛋白等，它附著在基質(zhì)的表面后觸發(fā)生物膜的形成，保護(hù)性的物理屏障有利于慢性感染的發(fā)生。生物膜中的細(xì)菌群落可抵抗宿主免疫和抗菌藥作用，因此它們通常比浮游細(xì)菌更耐抗生素[3]，金黃色葡萄球菌作為公共衛(wèi)生領(lǐng)域的常見病原菌，其生物膜治療策略被研究的較多，它的感染模型及研究成果可應(yīng)用于其他形成生物膜的細(xì)菌，針對(duì)生物膜的有效治療策略將有助于改善全球范圍內(nèi)的抗生素耐藥性現(xiàn)象。抗生素不但可用于預(yù)防，也可用于治療。當(dāng)前的抗生素治療策略主要包括提高藥物劑量和多種抗生素聯(lián)合使用[4]。

1 單一抗生素治療

1.1 有效抗生素種類

大多數(shù)兼性好氧和兼性厭氧的細(xì)菌在生物膜的結(jié)構(gòu)內(nèi)具備一定的穩(wěn)態(tài)，所以比較難進(jìn)行處理，如金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、屎腸球菌等革蘭氏陽性菌和鮑曼不動(dòng)桿菌、肺炎克雷伯菌、銅綠假單胞菌等革蘭氏陰性菌[5]。在選擇合適的抗生素時(shí)，對(duì)生物膜的充分滲透作用是重要的考量因素。因此，四環(huán)素類、大環(huán)內(nèi)酯類、利福霉素類、林可胺類、喹諾酮類、夫西地酸類、惡唑烷酮類、磺胺類和硝基咪唑類抗生素要比糖肽類、氨基糖苷類、多粘菌素類和β-內(nèi)酰胺類抗生素更有效，因?yàn)樗鼈兙哂懈玫臐B透能力[6]。用藥治療時(shí)，除了要考慮生物膜形成時(shí)間和其對(duì)給定抗生素的耐藥水平外，還應(yīng)考慮用藥的療程和劑量因素。

1.2 抑菌/殺菌效果的有效判定

研究表明，通過遺傳交換和生物膜胞外間質(zhì)傳遞來獲取耐藥基因是細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性的主要原因[7]。生物膜的頑固性是指它在高劑量抗生素存在時(shí)仍可生存，這與它們作為浮游個(gè)體時(shí)的抗生素耐藥性差異巨大，導(dǎo)致這種變化的機(jī)制包括抗生素外排作用、酶活性改變和通透性降低。最低抑菌濃度（minimum inhibitory concentration,MIC）和最低殺菌濃度是抗菌藥物（一般指抗生素）達(dá)到預(yù)期效果的最低水平，分別用于防止細(xì)菌過夜孵育后的明顯生長（即引起細(xì)胞停滯）和殺死特定細(xì)菌[8]。同樣，MBIC 和MBEC（minimal biofilm eradication concentration）分別表示最小生物膜抑制濃度和最小生物膜根除濃度[9]。與不形成生物膜的細(xì)菌相比，形成生物膜的細(xì)菌MIC 值更高。這表明單一抗生素治療很難達(dá)到理想效果。在治療前使用抗生素敏感性試驗(yàn)來選擇合適的藥物和劑量是十分必要的，測(cè)定細(xì)菌的MIC 和MBEC 有助于制定更好的治療策略和減少菌株耐藥性的傳播。研究表明，生物膜類葡萄球菌的MBEC 要比浮游葡萄球菌MIC 高得多，說明對(duì)細(xì)菌生物膜進(jìn)行抗生素敏感性試驗(yàn)的重要性[10]。從臨床角度來看，MBEC 是首選的測(cè)定方法。盡管生物膜的處理有一些標(biāo)準(zhǔn)化方法，但大多數(shù)研究是基于浮游細(xì)菌的，對(duì)于生物膜MBEC和MBIC 研究還比較有限，又鑒于單個(gè)細(xì)菌的活性與其在生物膜內(nèi)活性的復(fù)雜變化，這一觀點(diǎn)尚未在業(yè)界達(dá)到共識(shí)[11]。

2 抗生素聯(lián)合治療

耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillinresistantStaphylococcus aureus，MRSA）已經(jīng)普遍存在，并且，Manandhar 等研究表明，絕大多數(shù)具有多重耐藥性的分離株是能形成生物膜的MRSA[12]。然而，另一項(xiàng)研究報(bào)道對(duì)甲氧西林敏感的金黃色葡萄球菌和MRSA 菌株在形成生物膜方面沒有差異[5]，這可能表明細(xì)菌形成生物膜的能力和其抗生素耐藥模式之間沒有直接關(guān)系。萬古霉素可通過阻斷細(xì)胞壁合成發(fā)揮抗菌作用，盡管也有耐萬古霉素金黃色葡萄球菌（vancomycinresistantStaphylococcus aureus，VRSA）的報(bào)道，但它仍是目前治療MRSA 的首選藥物。萬古霉素能夠抑制細(xì)菌對(duì)氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，但它的缺點(diǎn)是對(duì)生物膜的滲透性較弱[13]，要解決這一問題，應(yīng)將其與利福平和利奈唑胺等抗生素聯(lián)合使用。利福平可以穿透生物膜，大多數(shù)金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌菌株對(duì)其敏感。另一項(xiàng)研究也證明，在萬古霉素、利福平和慶大霉素對(duì)金黃色葡萄球菌生物膜的MBEC 測(cè)定中，利福平是生物膜治療的最佳選擇。利福平聯(lián)合萬古霉素的抗菌原理主要是減弱了細(xì)菌的粘附作用[14]。脂肽類抗生素達(dá)托霉素是用于治療MRSA 和VRSA的另一種選擇，它能夠有效地靶向生物膜。與根除成熟生物膜所需的替加環(huán)素相比，利福平和達(dá)托霉素能以更低的濃度破壞MRSA 生物膜[15]。

3 其他治療方法

很多抗生素難以滲透生物膜基質(zhì)，這使治療難以達(dá)到理想效果，當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，應(yīng)清除異物，長時(shí)間綜合使用高劑量單一抗生素治療和/或聯(lián)合治療。近年來，隨著MRSA 和VRSA 報(bào)告的大幅增加，激光治療和納米顆粒等現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)在抗生素治療中的應(yīng)用也越來越受到重視。納米顆粒能夠提高給藥抗生素的功效，主要是因?yàn)樗母弑砻娣e與體積比、較好的藥物運(yùn)輸能力以及保護(hù)抗生素免受pH 和酶的破壞。當(dāng)同時(shí)使用金納米顆粒與激光治療時(shí)，金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌的耐藥菌株的生物膜活力降低，但抗生素敏感性提高[16]。Ghasemian 等將金納米顆粒與金黃色葡萄球菌的肽聚糖特異性抗體結(jié)合，并通過激光激活使其發(fā)揮效用，使活細(xì)菌數(shù)顯著減少[17]，該技術(shù)有望與抗生素一起使用，以獲得更好的療效。如何有效地利用酶作為抗生物膜劑也是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)，與使用有毒化合物來促進(jìn)抗生素穿透生物膜相比，酶降解是一種很有潛力的替代方法，如分枝桿菌蛋白酶已顯示出應(yīng)用前景[18]。

4 結(jié)語

近幾十年來，抗生素耐藥性對(duì)公共衛(wèi)生領(lǐng)域的威脅越來越大。在所有可能致病的細(xì)菌中，能夠形成生物膜的細(xì)菌對(duì)抗生素表現(xiàn)出更高的耐藥性，金黃色葡萄球菌便是其中主要的一種，尤其是MRSA 和VRSA。雖然MIC、MBEC 的測(cè)定和聯(lián)合治療方法能夠達(dá)到更好的治療效果，但完全去除生物膜仍然非常困難。因此，被廣泛研究的MRSA 等作為機(jī)會(huì)致病菌生物膜感染的模型，具有很大的工具價(jià)值，有助于開發(fā)可應(yīng)對(duì)抗生素耐藥性的更有效治療方法。