研究证明异质性耐药是抗生素耐药的前兆

乌普萨拉大学研究人员的一项新的研究发现，在许多细菌中常见的一种短暂耐药性——异质性耐药如何成为抗生素耐药性发展的前兆。

　　

抗生素耐药性细菌的进化和快速传播是全球主要的健康问题，需要改进和有效的检测和治疗策略，以识别和防止耐药细菌的出现。虽然抗生素抗性通常被认为是一种稳定的性状，因为存在通过水平基因转移或赋予抗性的基因突变获得的抗性基因，但也存在一些例外。耐药性有时不稳定，仅存在于主要群体的一小部分中，从而导致表型异质性。由于这些细菌以很小的比例存在，因此在诊断过程中常常未被发现，并且在接触抗生素期间可能会导致治疗失败。

这既是所谓细菌的异质性耐药（heteroresistance），指某个单一分离菌株培养的群体中存在着对某种药物敏感性不同的亚群，一小部分细菌的耐药性显著强于群体大多数细菌。细菌的异质性耐药为药物对致病细菌的治疗效果的评估带来了很大困难，使实验室最小抑制浓度（minimum inhibitory concentration, MIC）数据的可靠性降低。一般通过实验室评估的MIC数据来反映特定细菌对某种抗生素的敏感性，从而选择使用合适的抗生素剂量来有效抑制细菌生长。然而由于异质性耐药的出现，也即抗生素敏感的种群中可能存在具有耐药性的亚种群，使得基于MIC数据进行治疗的方法面临巨大挑战。

异质性耐药另一个典型特征是耐药亚群不稳定且短暂。赋予异质抗性并导致不稳定的机制分为两类。第一种机制涉及频繁的点突变，尽管这些突变在遗传上是稳定的，但它们通常会带来适应性成本，补偿性突变会导致其耐药表型明显不稳定。革兰氏阴性细菌异质抗性的第二种也是最常见的机制涉及抗性基因的串联基因扩增，这些基因在单拷贝中不足以产生抗性，通过串联扩增抗性基因到更高拷贝数而产生耐药性。然而，串联扩增通常会带来适应性成本，表现为增长率降低，即这些耐药细菌因为比其他细菌携带更多的耐药基因拷贝导致生长缓慢。在没有选择的情况下，这些基因扩增很容易丢失，因为扩增区域可以通过同向重复序列之间的不等交换事件去除。

作者研究了如何在革兰氏阴性菌的四种临床异质耐药菌株中补偿基因扩增带来的适应度成本。三种细菌的四种临床分离株，当抗生素浓度增加到高于主要易感人群的最低抑菌浓度 (MIC) 时，这些细菌对妥布霉素、庆大霉素和四环素表现出异质性耐药。抗生素压力的存在导致快速出现携带高耐药细菌扩增和富集。耐药基因拷贝数增加了 80 倍，MIC 增加，生长速度严重降低。当在抗生素存在下进一步进化时，研究结果表明，由拷贝数变化介导的异质抗性可以促进并优先向稳定抗性的进化。这些菌株获得了新的补偿性耐药突变，并在保持高水平耐药性的同时表现出拷贝数减少，从而恢复更快的生长。通过这种方式，异质性耐药可以作为一个跳板，促进细菌进化到稳定的抗生素耐药性。研究结果发表在新一期的《自然通讯》上。

“异质耐药是常见的，我们已经表明，它发生在至少十种不同种类的抗生素。与易感细菌相比，携带异耐药细菌并接受抗生素治疗的患者的死亡率和需要转移到重症监护病房的风险更高。因此，如果异质抗性是耐药性的垫脚石，我们需要更好地控制其发生和影响。”乌普萨拉大学医学细菌学教授、首席研究员Dan I. Andersson说。

“我们可能是错的，但我们已经在实验室观察了这个过程，没有理由相信它不会发生在病人或动物身上。”就了解细菌如何对抗生素产生耐药性而言，这是一个重要的发现，”Andersson指出。他相信这一发现将导致更多的临床研究，并增加微生物实验室对异质性耐药的诊断。在卫生保健领域，继续严格使用抗生素以防止耐药性是很重要的。“抗生素应该以明智的方式使用，在正确的时间使用，而不是不必要的使用，以延长我们现有抗生素的使用寿命，并给我们时间开发新抗生素。”