杜仲業(yè)

(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，南寧 530021)

醫(yī)學(xué)植入材料如支架、各種導(dǎo)管、鋼板等均在臨床上有著廣泛的應(yīng)用，但細(xì)菌定植形成生物被膜導(dǎo)致感染難以控制的情況越來越普遍。生物被膜內(nèi)的細(xì)菌生存的微環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)代謝方式等均出現(xiàn)了明顯改變。細(xì)菌生物被膜是一種具有獨(dú)特三維立體構(gòu)造的細(xì)菌聚集群[1]，該三維立體膜樣結(jié)構(gòu)的獨(dú)特形態(tài)宛如一道屏障，使得臨床上所用的抗菌藥物難以穿透，因此生物被膜內(nèi)的細(xì)菌能逃避抗生素的殺滅清除作用，產(chǎn)生抗生素耐藥。

1 細(xì)菌生物被膜耐藥機(jī)制

研究發(fā)現(xiàn)，無論是革蘭氏陰性桿菌還是革蘭氏陽(yáng)性球菌均可以形成生物被膜。真菌如曲霉菌、白色念珠菌也可以形成生物被膜。多種細(xì)菌或真菌在混合生長(zhǎng)的狀態(tài)下亦可共同形成生物被膜。這對(duì)臨床治療此類感染帶來了更巨大的挑戰(zhàn)。金黃色葡萄球菌是一種容易形成生物被膜的革蘭氏陽(yáng)性球菌，在金黃色葡萄球菌相關(guān)黏蛋白介導(dǎo)作用下，該細(xì)菌可定植、黏附于臨床上常用的醫(yī)療植入器材，如心臟瓣膜、深靜脈置管、尿管、各種引流管、骨科植入器械或是已經(jīng)發(fā)生結(jié)構(gòu)性病變的各種人體組織。金黃色葡萄球菌可以編碼多種細(xì)菌錨定蛋白，根據(jù)蛋白的結(jié)構(gòu)及其配體的不同分為不同種類，其中有一大類統(tǒng)稱微生物表面識(shí)別黏附因子，主要包括纖維粘連蛋白、各種黏附因子等。各種細(xì)菌形成的生物被膜導(dǎo)致細(xì)菌耐藥的常見機(jī)制如下[2]：生物被膜內(nèi)細(xì)菌由于環(huán)境的變化導(dǎo)致亞型轉(zhuǎn)變，細(xì)菌相關(guān)的生物學(xué)行為如信號(hào)分子的分泌、信息的傳遞等發(fā)生改變。細(xì)菌生物被膜三維膜樣的獨(dú)特結(jié)構(gòu)有效阻擋了抗菌藥物的滲透。各種細(xì)菌分泌產(chǎn)生抑制抗生素發(fā)揮作用的酶，由于環(huán)境的改變導(dǎo)致生物被膜內(nèi)細(xì)菌處于一種冬眠狀態(tài)，造成此狀態(tài)下的細(xì)菌應(yīng)答能力下降。生物被膜內(nèi)的細(xì)菌通過密度感應(yīng)系統(tǒng)(quorom sensing, QS)傳遞各種信息，得以共同且更好地適應(yīng)當(dāng)前的生存環(huán)境。上述幾種耐藥機(jī)制并不是單一出現(xiàn)，而是相互關(guān)聯(lián)存在的，最終導(dǎo)致細(xì)菌耐藥。

2 細(xì)菌生物被膜的調(diào)控

細(xì)菌生物被膜的定植、成熟、分化、遷移等幾個(gè)關(guān)鍵過程涉及多種因素的相互調(diào)節(jié)，比如在金黃色葡萄球菌生物被膜形成過程中，密度感應(yīng)系統(tǒng)(Quorum sensing, QS)的參與調(diào)節(jié)起著相當(dāng)關(guān)鍵、重要的作用[3]。金黃色葡萄球菌常見的密度感應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)因子主要有agr系統(tǒng)及sar系統(tǒng)，這些調(diào)控因子除了調(diào)控細(xì)菌生物被膜形成的黏附、增殖、分化、遷移等過程外，還調(diào)控相關(guān)毒力因子的釋放、活化、滅活等。

金黃色葡萄球菌的附屬因子調(diào)節(jié)系統(tǒng)agr(Accessory gene regulator)主要通過RNAII編碼agrABCD四種因子[4]，其中agrD在agrB的轉(zhuǎn)化下形成自誘導(dǎo)鈦AIP。agrC在AIP累積到閾值時(shí)被激活發(fā)生磷酸化改變，進(jìn)而激活agrA。P2、P3在agrA作用下加快轉(zhuǎn)錄效率，P2及P3分別啟動(dòng)RNAII及RNAIII的轉(zhuǎn)錄，多種毒力因子的釋放及調(diào)控均受到RNAIII的調(diào)控。

另外一個(gè)全程參與金黃色葡萄球菌生物被膜形成的關(guān)鍵因子是SarA(Staphy1ococca1 accessory regulator A)。該因子不僅可通過依賴agr因子發(fā)揮作用，也可通過自身的調(diào)節(jié)途徑發(fā)揮調(diào)控相關(guān)毒力因子如溶血素、熱蛋白酶等的表達(dá)[5]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，SarA缺失突變的金黃色葡萄球菌菌株形成生物被膜的能力明顯下降，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)其與胞間多糖黏附素有密切關(guān)系。SarA主要通過ica操縱子發(fā)揮作用，但是通過分子剪切方式去掉該操縱子后，發(fā)現(xiàn)此種菌株形成生物被膜的能力并沒有受到明顯抑制，這提示存在別的調(diào)控方式參與SarA對(duì)生物被膜的調(diào)控。此過程中，金黃色葡萄球菌另外一個(gè)QS系統(tǒng)luxS系統(tǒng)也參與生物被膜形成的調(diào)控[6]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)可通過下調(diào)表面多糖的形成進(jìn)而減少胞間多糖黏附素的形成，導(dǎo)致生物被膜的形成減少。

金黃色葡萄球菌生物被膜的形成、成熟、遷徙等過程還涉及其他多種因子[7]，當(dāng)金黃色葡萄球菌缺失生物被膜相關(guān)蛋白，其產(chǎn)生胞間多糖粘附素的能力明顯下降。AI-2(自誘導(dǎo)分子-2)在agr途徑過程中參與調(diào)控，該因子主要起負(fù)性調(diào)節(jié)作用，一些毒力因子的表達(dá)也受到它的抑制作用而減少合成。還有一些起凝聚作用的因子主要通過調(diào)節(jié)錨定蛋白的形成、多糖蛋白的產(chǎn)生進(jìn)而影響細(xì)菌在醫(yī)療植入器材表面或組織表面的定值、黏附、解聚、遷移等。

3 當(dāng)前主要治療策略

抗生素是治療金黃色葡萄球菌生物被膜相關(guān)感染的主要手段。生物被膜的阻擋作用導(dǎo)致抗生素的穿透性大大降低，造成生物被膜內(nèi)的有效抗菌濃度明顯升高。目前臨床一線常用于革蘭氏陽(yáng)性球菌感染尤其是MRSA感染的抗生素耐藥情況越來越多見，兩兩藥物聯(lián)合使用，如萬古霉素聯(lián)合達(dá)托霉素、利福平等的用藥方案常用于一些難治的金黃色葡萄球菌血流感染、腹腔感染等[8]。亦有個(gè)別臨床報(bào)道大環(huán)內(nèi)酯類聯(lián)合萬古霉素的嘗試，也有一定的療效。但相關(guān)不良反應(yīng)也不斷表現(xiàn)出來，使得聯(lián)合用藥方案還有待進(jìn)一步地基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，找到合適的組合方式。

手術(shù)清創(chuàng)。目前通過外科手術(shù)清除感染病灶多數(shù)是在前期強(qiáng)有力抗感染的基礎(chǔ)上進(jìn)行。手術(shù)的適應(yīng)癥僅局限于一些較小的感染灶，創(chuàng)面大、感染范圍廣的病灶難以通過手術(shù)達(dá)到根除效果。

植入材料的改良。對(duì)于一些常用的醫(yī)學(xué)植入材料如瓣膜、各種導(dǎo)管等，在材料表面采用涂覆融合一些抗生素，能起到抑制細(xì)菌黏附、定植進(jìn)而形成生物被膜的效果。有研究采用銀納粒子涂覆到導(dǎo)尿管、中心靜脈導(dǎo)管的表面能大大減少葡萄球菌的黏附，發(fā)生導(dǎo)管相關(guān)感染的幾率也大大降低。還有一些凝膠因子等抑制劑目前正在做相關(guān)的動(dòng)物臨床試驗(yàn)。

中藥活性成分的應(yīng)用。很多中藥的活性成分具有抗炎、去氧自由基的作用。研究發(fā)現(xiàn)，綠原酸、黃芩素、五倍子、肉桂醛等可分別破壞革蘭氏陽(yáng)性球菌、革蘭氏陰性桿菌形成的生物被膜[9-10]，并能協(xié)同其他抗生素殺滅上述細(xì)菌形成的生物被膜內(nèi)的細(xì)菌，進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)正在積極開展中。

一些小分子抑制劑、密度感應(yīng)系統(tǒng)抑制劑目前也在進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。金黃色葡萄球菌生物被膜相關(guān)感染目前仍是臨床上較為棘手的難題，但隨著各種藥物的研發(fā)，醫(yī)療植入材料的改良，由生物被膜導(dǎo)致的抗生素耐藥問題將會(huì)得以解決。