刘素玲 顾兵 | 抗生素耐药时代的新策略：噬菌体疗法

近些年来，泛耐药菌和多重耐药菌的检出率不断上升，针对一线抗生素的耐药率逐渐升高。特别是随着超级耐药菌的出现，抗感染治疗面临无药可用的局面。细菌耐药性的快速流行已成为一个亟待解决的全球性卫生问题。本文将介绍与耐药菌感染治疗、防控等领域亟需的新技术和新策略。

噬菌体是一种可以感染细菌、真菌等微生物的病毒，噬菌体广泛存在于自然环境，土壤、海洋、污水中，数量庞大、种类繁多，是地球上最丰富和最普遍的生物，自然界中噬菌体的数量达到1031，是细菌数量的10倍，两者协同进化，共同推动了微生物群落的进化，维持了微生物的多样性。噬菌体约在100年前被发现，并被用于治疗感染性疾病，抗生素青霉素的发现和使用让噬菌体一度被冷落。但随着MDR、XDR、PDR的增多，噬菌体又重新回到我们的视野。噬菌体疗法现在正在经历由抗生素耐药性危机推动的复兴。

噬菌体-抗生素协同作用

噬菌体疗法分为传统噬菌体疗法和新兴噬菌体疗法，传统噬菌体疗法即在细菌感染过程中，仅将噬菌体作为治疗药物应用于患者被称为传统噬菌体治疗，分为单噬菌体和多噬菌体治疗。新兴噬菌体疗法包括噬菌体-抗生素协同疗法、噬菌体衍生物的利用、噬菌体抗性的利用以及噬菌体与生物工程结合等。将噬菌体和抗生素结合起来作为针对MDR感染的治疗也取得成功。 噬菌体-抗生素协同作用（PAS） 首先由Comeau等人发现抗生素亚致死浓度可大大增加裂解噬菌体自身产量的能力，PAS的这种传统概念可以大大扩展，因为已经发现了噬菌体和抗生素之间发生协同作用的其他机制。当噬菌体和抗生素结合时，可能会产生"有序"效应，从而在抗生素之前用噬菌体治疗可以达到最大杀灭效果，优化联合治疗的给药时间增强其疗效。抗生素和噬菌体的联合疗法可以很好地对抗复杂的感染。这种联合疗法治疗疾病源于 "两种足够不同的选择压力可能比单独使用任何一种压力更有效"。将噬菌体和抗生素结合起来作为针对MDR感染的治疗策略是可行的。

噬菌体的衍生物

噬菌体在感染细菌 时产生许多蛋白质和酶，其中包括相关肽聚糖水解酶和多糖解聚酶。 使用噬菌体衍生的解聚酶来靶向和去除细菌荚膜和生物膜结构是一种可行的治疗选 择。 贝迪等人采用单噬菌体疗法和阿莫西林根除肺炎克雷伯菌生物膜，归因于噬菌体编码的解聚酶分解生物膜的细胞外基质，从而可以更好地渗透抗生素和噬菌体。Mushtaq等人观察到使用噬菌体衍生的解聚酶作用于大肠埃希菌的荚膜，增加巨噬细胞的吞噬作用并防止大鼠模型中的菌血症。另外，内溶素的细胞壁裂解特性使它们具有作为抗菌剂的巨大潜力，主要用于治疗革兰氏阳性菌感染。但如果同时使用使外膜通透性增加的抗生素，例如多粘菌素，氨基糖苷类或螯合剂，如EDTA，内溶素也可用于革兰氏阴性MDR病原体（如鲍曼不动杆菌和铜绿假单菌）的感染。

抗噬菌体的代价

细菌为了应对噬菌体的压力，遵循Torres-Barceló和Hochberg提出的进化原理（进化具有遗传限制），细菌获得对噬菌体的抗性需要付出代价，例如细菌耐药性的降低等。这个进化权衡原理已经在许多研究中得到证实。噬菌体和细菌的自然进化为我们提供了许多利用细菌获得噬菌体抗性而丢失部分特性的机会，我们使用选定的噬菌体，迫使其细菌产生进化成本，用于抗感染治疗。 Gómez和Buckling使用土壤中荧光假单胞菌实验表明，噬菌体抗性的获得降低了细菌的适应性，通过将裂解噬菌体与其相应的细菌宿主共同孵育生长减少了36%，Capparelli等人能够获得具有生长速率降低且包膜多糖产生受损的噬菌体抗性金黄色葡萄球菌突变体和肠道沙门氏菌血清型副伤寒B突变体，它们已经完全失去了毒力，寿命较短。Chan等人证明将噬菌体的选择压力施加到铜绿假单胞菌上，导致细菌选择抗生素敏感性显著增加，噬菌体的受体结合位点是两种多药外排系统的一部分，噬菌体耐药性导致外排泵功能丧失，恢复了抗生素敏感性。 研究表明，噬菌体耐药性可以重复和可预测地发生，需要进一步的研究来评估这些进化机制在治疗环境中对关键MDR细菌病原体的广泛适用。

噬菌体的生物工程

另外， 噬菌体的生物工程可以显著增加其治疗潜力 ，生物学和工程学的原理被结合在一起，设计、创造或修改现有的噬菌体，包括扩大宿主范围，切换宿主向性，外源基因的递送或噬菌体衣壳的修饰。 在噬菌体成功治疗的案例中，科研人员将噬菌体进行了人工改造，增强了其杀菌能力，并与其他天然噬菌体组合成为噬菌体“鸡尾酒”，挽救可一名耐药脓肿分枝杆菌感染的危重病人。 该案例表明噬菌体改造技术是噬菌体疗法的重要补充，噬菌体改造技术在未来将成为抗耐药菌领域的关键技术。 生物工程噬菌体也被用来提高抗生素的特异性和对抗MDR细菌病原体。 基因工程可以利用噬菌体介导的基因递送用于治疗目的.可以递送或插入细菌细胞的遗传物质包括用于逆转抗生素耐药性，CRISPR/Cas9序列使毒力基因失活，随着创新方法的不断测试，我们预见到噬菌体生物工程治疗的巨大潜力。 

◆  噬菌体的遗传多样性，丰度和无处不在，噬菌体疗法可以采用不同的方法，每种方法都适应范围、感染类型和患者的特征。噬菌体疗法的临床使用多样性和适应性是其最大的优势。尽管噬菌体疗法的广泛使用还具有挑战性，但噬菌体疗法非常适合成为对抗细菌耐药的多维策略的一部分，有着非常广阔的应用前景。 

（ 作者：  刘素玲  赵云虎  张鑫强  顾兵 ）

-End-   编辑 | 骆秉涵 王迪  

原文以《抗生素耐药时代的新策略：噬菌体疗法》为题发表在《临床实验室》杂志2022年2月刊专题“病原微生物药敏与药物检测”专家论坛版块 

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