Science子刊：糖尿病可以推动抗生素耐药性的进化

北卡罗来纳大学医学院的研究人员已经证明，一种有害细菌的耐抗生素菌株在糖尿病感染环境中茁壮成长。

　　

抗生素是一种药效强、见效快的药物，旨在根除细菌感染。然而，近年来，随着抗生素耐药细菌的不断进化和传播，它们的可靠性已经减弱。

金黄色葡萄球菌是抗生素耐药性相关感染和死亡的主要原因。它也是糖尿病患者中最常见的细菌感染，糖尿病是一种影响血糖控制并降低身体抵抗感染能力的慢性疾病。

北卡罗来纳大学医学院的微生物学家Brian Conlon博士和Lance Thurlow博士刚刚表明，糖尿病患者也更有可能产生耐抗生素的葡萄球菌菌株。他们的研究结果发表在《科学进展》杂志上，展示了糖尿病微生物环境如何产生耐药突变，同时暗示了在这类患者群体中可以对抗抗生素耐药性的方法。

“我们发现抗生素耐药性在糖尿病模型中比在非糖尿病疾病模型中出现得更快，”微生物学和免疫学系副教授Conlon说。“细菌和糖尿病之间的这种相互作用可能是我们所看到的抗生素耐药性快速进化和传播的主要驱动力。”

糖尿病会影响人体控制一种叫做葡萄糖的糖的能力，通常会导致血液中过量的葡萄糖积聚。葡萄球菌以这些高糖水平为食，使其能够更快地繁殖。这种细菌也可以在没有后果的情况下生长，因为糖尿病也会损害免疫系统破坏细胞和控制感染的能力。

随着糖尿病感染中细菌数量的增加，耐药性的可能性也在增加。随机突变出现，其中一些对外部压力源（如抗生素）产生了抵抗力。一旦一种抗药突变体出现在糖尿病感染中，它就会迅速占领整个群体，利用多余的葡萄糖来驱动其快速生长。

“金黄色葡萄球菌非常适合利用这种糖尿病环境，”微生物学和免疫学助理教授Thurlow说，他在北卡罗来纳大学医学院和亚当斯牙科学院联合任职。“一旦这种抗性突变发生，你就会有过量的葡萄糖，你没有免疫系统来清除突变，它会在几天内接管整个细菌种群。”

Conlon是研究抗生素治疗失败的专家，Thurlow是研究糖尿病葡萄球菌发病机制的专家，长期以来，他们一直对在有糖尿病和没有糖尿病的模型中比较抗生素的有效性很感兴趣。利用他们在微生物学和免疫学系的关系，研究人员将他们的实验室聚集在一起，在金黄色葡萄球菌感染的糖尿病小鼠模型中使用抗生素进行研究。

首先，研究小组准备了一个皮肤和软组织有细菌感染的小鼠模型。这些小鼠模型被分为两组：一组被给予一种选择性杀死胰腺细胞的化合物，使它们患上糖尿病，另一组没有被给予这种化合物。然后，研究人员用金黄色葡萄球菌感染糖尿病和非糖尿病模型，并用利福平治疗它们，利福平是一种耐药性发展速度很快的抗生素。

感染五天后，是时候观察结果了。

Conlon和Thurlow很快注意到利福平在糖尿病模型中几乎没有效果。所以，他们采集了一些样本进行调查。研究人员震惊地发现，这种细菌已经进化到对利福平具有耐药性，感染中含有超过1亿个对利福平具有耐药性的细菌。非糖尿病模型未见利福平耐药菌。

更令人惊讶的是，这种突变在短短四天内就控制了整个感染。接下来，他们像以前一样给糖尿病和非糖尿病模型接种金黄色葡萄球菌，但这次补充了已知数量的利福平耐药细菌。同样，这些细菌迅速接管了糖尿病感染，但在利福平治疗4天后，在非糖尿病模型中仍然只是一个亚群。

他们的新发现留下了许多问题；然而，他们确信，糖尿病患者抗生素耐药性的演变可能会给整个人群带来麻烦。耐抗生素的细菌菌株以与其他细菌和病毒相同的方式在人与人之间传播——在空气中，在门把手上，在我们吃的食物上——这使得预防这些类型的感染成为当务之急。

那么，我们可以做些什么来预防呢？Conlon和Thurlow的实验室表明，降低糖尿病模型的血糖水平（通过胰岛素的管理）剥夺了细菌的燃料，保持了它们的数量，减少了抗生素抗性突变发生的机会。他们的研究结果表明，通过使用胰岛素来控制血糖可能是预防抗生素耐药性的关键。

“耐药性及其传播不仅与药物处方有关，还与服用抗生素者的健康状况有关。”“控制血糖变得非常重要。当我们给小鼠注射胰岛素时，我们能够使它们的血糖恢复正常，而且我们没有得到这种快速增殖的耐药细菌。”

现在，Conlon和Thurlow正在扩大他们的努力，研究人类（有或没有糖尿病）和其他感兴趣的耐抗生素细菌的耐药性进化，包括粪肠球菌、铜绿假单胞菌和化脓性链球菌。认识到宿主在抗生素耐药性进化中扮演的重要角色，研究人员计划在接受化疗的患者和最近接受移植的患者中进行类似的研究，看看这些人群是否也容易发生抗生素耐药性感染。