细菌感染的非抗生素治疗研究进展

宋元林，白春学，王琴，卢水华，杜春玲，王桂芳，

1. 上海市呼吸病研究所，复旦大学附属中山医院呼吸科，上海 200032； 2. 复旦大学附属中山医院青浦分院呼吸科，上海 201700； 3. 上海市(复旦大学附属)公共卫生临床中心，上海 201508； 4. Department of Gastroenterology, University of California, San Francisco, CA94143, USA

近20余年来，随着抗生素广泛使用，细菌对抗生素耐药现象成为令人瞩目的问题。临床上常分离到多耐药、广泛耐药菌株，如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistantStaphylococcusaureus，MRSA)，耐万古霉素肠球菌(vancomycin-resistant enterococci，VRE)，产超广谱β内酰胺酶(extended-spectrum β-lactamase，ESBL)的大肠埃希菌、肺炎克雷伯杆菌，多重耐药铜绿假单胞菌等。细菌耐药的一个严重后果是对抗生素不敏感，导致感染不能得到及时控制，甚至出现死亡[1-3]。自1985年起，全球制药工业对开发新的抗生素热情逐年下降[4]，这与滥用药物导致新上市的抗生素出现快速耐药而受到冷落有关。新品种抗生素的匮乏和逐年加重的细菌耐药导致的剪刀差为未来感染性疾病治疗蒙上一层阴影。鉴于此，美国感染性疾病学会(Infectious Diseases Society of America，IDSA)提出了到2020年全球新开发10种新的安全有效抗生素的口号[5,6]，让全球一起关注感染性疾病防控的严峻现实。

面对细菌对抗生素耐药的现状，除合理规范使用抗生素、联合使用抗生素或通过精细调节抗生素浓度改善抑菌和杀菌活性外，对非抗生素治疗感染性疾病的理念逐步认同并进行了卓有成效的研究，有些研究结果已在临床应用。

组织器官受细菌感染的原因是因为细菌毒力过强，或正常菌群失调，或宿主天然免疫或被动免疫功能受损。因此，治疗感染性疾病可从中和毒素、调整菌群失调、增强天然免疫、应用抗微生物多肽(antimicrobial peptide, AP)、提高被动免疫抗体水平等方面入手，通过改善宿主细胞免疫反应及抑制或杀灭细菌这2条途径治疗细菌感染尤其是耐药菌感染。

1 中和细菌毒素或抑制毒素释放

细菌致病机制之一是通过释放毒素干扰宿主细胞的代谢，如社区获得性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(community-acquired MRSA，CA-MRSA)释放Panton-Valentine 杀白细胞毒素(Panton-Valentine leukocidin，PVL)，可引起严重的皮肤和软组织感染。其作用机制是PVL在白细胞膜上形成孔洞，造成细胞质流失，继之出现细胞死亡[7,8]。金黄色葡萄球菌同时还释放毒素、MRSA超级抗原等。因此，治疗MRSA可采用中和毒素方法，包括中和PVL。PVL抗体还在研发中，尽管在动物实验中疗效显著，但初步临床试验结果并不乐观。在儿童皮肤感染病例中，抗PVL抗体未显示出明显的保护作用[9,10]。

铜绿假单胞菌释放或表达Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型分泌毒素。其中Ⅲ型分泌系统(type Ⅲ secretion system，TTSS)与铜绿假单胞菌急性感染密切相关，且死亡率明显上升。当铜绿假单胞菌与宿主细胞接触时，细菌产生一个“注射器”装置，由3个关键蛋白PopB、PopD、PcrV构成注射器针管，PcrV位于顶端 (图1)。细菌产生的Ⅲ型分泌毒素(ExoU或ExoS、ExoT、ExoY)经注射器注入宿主细胞内。其中ExoT具有GTPase活性及ADP核糖转移酶活性，ExoS具有ADP核糖转移酶活性，ExoY具有腺苷转移酶活性，ExoU具有磷酸二酯酶活性。这些毒素注入宿主细胞后，导致细胞功能紊乱，继之出现凋亡和死亡脱落，屏障功能破坏，导致细菌入血。有证据提示，铜绿假单胞菌感染患者的预后与TTSS毒素释放相关，毒力越强，死亡率越高[11,12]。我们先前研究显示，PcrV特异性抗体通过阻断TTSS毒素释放可明显减轻肺损伤，提高动物生存率。对肺损伤的保护与体内抗体浓度相关，抗体效价高的肺损伤轻，低的肺损伤重[13,14](图2)。这些研究结果显示，阻断铜绿假单胞菌毒素释放是治疗其感染的有效途径，尤其是耐药菌感染。临床研究显示，将PcrV抗体应用于铜绿假单胞菌阳性的重症监护室(intensive care unit，ICU)患者，可明显降低铜绿假单胞菌肺炎的发生率[15]，提示针对细菌毒素的抗体可抑制毒素释放，明显改善细菌感染造成的组织器官损害。抗毒素或中和毒素治疗可合并抗生素联合使用，这在一定程度上可减轻抗生素使用强度，改善细菌耐药状况。中和毒素或抑制毒素释放可明显改善组织细胞损伤程度，从而起有效保护作用。目前有多项针对不同种类细菌毒素的研究正在进行中，是疫苗和抗体治疗感染性疾病的重要内容。

图1 铜绿假单胞菌分泌毒素Fig.1 Secretion of toxins by Pseudomonas aeruginosa

图2 抗PcrV特异性抗体减轻肺损伤Fig.2 Anti-PcrV antibody relieves lung injuries

2 调整菌群失调

正常上呼吸道存在菌群，包括草绿色链球菌、表皮葡萄球菌、奈瑟球菌等。细菌之间通过群体感应系统和局部产生的抗微生物多肽，调节细菌种类和数量，保持动态平衡，和平共处，并不引起人类疾病。下消化道菌群也是如此。此外，人类还通过细菌分解食物，吸收人体必需微生物。以前认为人下呼吸道是无菌的，但近年来研究结果显示，下呼吸道菌群分布与上呼吸道类似，并非无菌状态，但正常人体并不出现感染[17]。在囊性纤维化患者中，稳定期痰细菌检测发现细菌种类繁多。当出现急性加重时，优势菌占主要地位，菌群多态性发生变化，种类减少。经抗感染治疗后，菌群分布恢复至发病前的多态性[17]。提示菌群失调是疾病的一个特征，调整菌群失调有可能改善感染性疾病的进展。我们近期的一项研究显示，慢性鼻窦炎患者由于长期使用抗生素导致正常菌群失调，而结核硬脂酸杆菌(Corynebacteriumtuberculostearicum)数量与患者症状存在正相关(图3)。结核硬脂酸杆菌是正常皮肤定植菌，毒力低，并不致病，但在菌群失调情况下，可进一步诱导黏膜炎症反应。为证实上述观点，我们在小鼠中复制慢性鼻窦炎模型，单纯给予大剂量结核硬脂酸杆菌并不引起明显的鼻黏膜炎症反应，而预先给小鼠服用抗生素5 d清除正常菌群后再给大剂量结核硬脂酸杆菌可诱发鼻黏膜杯状细胞增生。同时给予乳酸杆菌则可显著改善结核硬脂酸杆菌引起的黏膜炎症反应。这些研究结果提示，正常菌群失调可使非致病菌出现致病现象，而调整菌群失调则可改善感染造成的炎症反应[18]。口服益生菌可显著降低低体重儿童坏死性结肠炎的发生[19]，推测与调整肠道菌群有关。通过调整黏膜菌群失调来预防和治疗相关疾病在消化领域已得到验证，而其在呼吸系统疾病的疗效正在观察中。有研究显示，儿童时期接受母乳喂养者发生湿疹的概率明显下降。儿童口服加氏乳酸杆菌A5 8周可明显改善肺功能和过敏性鼻炎症状[20]。因此，调整消化道和呼吸道菌群，可在一定程度上改善感染性或免疫功能紊乱性疾病的病理生理状态，是未来感染性疾病防治的新途径。

图3 慢性鼻窦炎患者中结核硬脂酸杆菌与其他菌群Fig.3 Corynebacterium tuberculostearicum and microflora in patients with chronic sinusitis

3 抗微生物多肽

抗微生物多肽是一类小分子多肽，一般不超过50个氨基酸，通常为阳离子多肽。体内上皮细胞、腺体细胞均可产生。其独特的分子结构与微生物膜结合可形成通道样结构，破坏细菌胞壁，导致细菌胞质流失而出现死亡，且这类小分子对真菌、原虫等同样具有杀伤力，但对人体细胞无明显作用。抗微生物多肽具有起效快、作用明确、广谱抗微生物、不易引起耐受等特性，成为抗微生物治疗的重要研究领域，有些已在临床得到验证[21]。细菌菌群之间部分通过局部分泌抗微生物多肽调控细菌种类和数量，保持动态平衡。呼吸道上皮细胞表达防御素，是天然免疫的重要组成部分。防御素分α防御素、β防御素及θ防御素3种，由呼吸道上皮细胞分泌，对细菌、真菌和病毒都有杀伤作用。防御素还可募集炎症细胞，调节呼吸道的天然和被动免疫[22]。

我们近期研究发现，干细胞可通过分泌抗菌肽LL-37来减少肺内感染的细菌数量[23]。随后Gupta等发现干细胞还可分泌脂质运载蛋白2来减少肺内感染过程中的革兰阴性细菌数量[24]。这说明干细胞在感染导致的肺损伤环境中，不仅调控炎症因子释放，还通过释放抗微生物多肽直接参与细菌清除，这是干细胞治疗感染性疾病的新机制。

4 中医中药的抗毒素疗效

重症肺炎是临床常见的呼吸系统危重病，死亡率达40%～50%。其发病原因是由于微生物在肺内增殖，产生毒素，诱导炎症和免疫细胞在肺内募集，同时产生大量细胞因子和炎性介质。这些炎症因子和炎症介质入血后会造成远端器官的损害，重者发生系统性炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome，SIRS)、脓毒性休克，甚至死亡。重症肺炎的治疗强调及时应用抗生素，但仍有较高的死亡率。基础研究发现，中药提取物血必净能降低内毒素所致小鼠死亡率；改善弥散性血管内凝血(disseminated intravascular coagulation，DIC)模型大鼠的凝血功能异常，使其血小板及纤维蛋白原含量增加，凝血酶时间及凝血酶原时间缩短，血小板聚集率增加，血浆血栓素B2含量减少；对内毒素所致大鼠肝脏的中毒性损伤有治疗作用。我们的一项近期研究发现，静脉注射血必净可明显降低重症肺炎死亡率(图4)，并减少机械通气时间和抗生素使用时间[25]。另外一项研究亦发现，中药银翘散可明显减轻流行性感冒病毒导致的肺损伤，降低死亡率[26]。由于肺部感染不仅是细菌繁殖的问题，还涉及血管内皮和上皮的损伤、炎症因子释放导致的肺泡腔内和血管内高凝倾向、炎症细胞的聚集等，是多细胞、多靶点、多信号转导通路的异常，且易并发多器官功能衰竭。因此，中药提取物多靶点作用的特点也符合重症肺炎的治疗原则。抗炎和抗毒素合并抗生素治疗是治疗重症肺炎的有效途径。

图4 静脉注射血必净可降低重症肺炎死亡率Fig.4 Xuebijing injection can reduce mortality rate of severe pneumonia

5 其他

我们研究发现，角化上皮生长因子可促进巨噬细胞吞噬细菌的能力(未发表资料)，可能机制是其促进细胞对病原微生物的胞吞作用及骨架蛋白活化，而巨噬细胞对毒力低的细菌吞噬能力明显强于毒力强的细菌，提示抗毒素和生长因子可提高炎症细胞清除细菌的能力。细菌噬菌体也曾用于细菌感染的治疗，尤其是耐药金黄色葡萄球菌感染[27]。由于细菌噬菌体本身的活性、潜在转染耐药基因的可能性及其疗效的不确定性，对其临床应用还在密切观察中。内溶素(endolysin)是分解肽聚糖的蛋白，主要辅助噬菌体从细菌离开，已用于抗微生物治疗[28]。这是由于噬菌体和宿主共同进化，因此针对内溶素出现耐药的概率较低。还有许多小分子可干扰细菌群体感应系统，影响菌群及细菌生长。如针对生物膜的抑制剂开发在气管插管和血管留置针表面处理等临床应用中有明显疗效。

6 展望

细菌耐药、多耐药、广泛耐药的出现，使细菌感染治疗面临危机。细菌耐药可导致死亡率增加，医疗费用增加，而新的抗生素短期内无法推向市场，迫使人们思考除抗生素以外的其他治疗方法。非抗生素治疗方法包括阻断或中和毒素产生、调整菌群失调、应用疫苗或抗体、利用抗微生物多肽及生长因子的免疫调节功能。这些非抗生素治疗方法有的在开发阶段，有的已初步用于临床感染性疾病治疗，不同程度地显示出单用或联合抗生素的治疗效果，为未来感染性疾病的治疗提供新的手段。非抗生素治疗方法在减少抗生素使用、降低细菌耐药、增强治疗效果等方面将越来越发挥重要作用。

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