综述:噬菌体疗法对抗多重耐药鲍曼不动杆菌的最新进展

【字体: 时间:2025年03月13日 来源:AMB Express 3.5

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  这篇综述聚焦多重耐药鲍曼不动杆菌,探讨噬菌体疗法的应用、局限及未来前景。

  

引言

全球抗生素的滥用与过度使用,使得耐药菌问题日益严峻。其中,革兰氏阴性菌鲍曼不动杆菌(Acinetobacter baumannii)尤为突出,它能引起严重甚至危及生命的感染,且对多种抗生素耐药,逐渐发展出泛耐药表型,给临床治疗带来极大挑战。

鲍曼不动杆菌感染的流行病学及危险因素

鲍曼不动杆菌可引发社区获得性和医院获得性感染,后者更为常见。其主要危险因素包括长期住院、先前使用广谱抗生素、侵入性操作以及存在基础疾病或慢性病等。医院获得性鲍曼不动杆菌感染常与医疗器械相关,如机械通气导致的呼吸机相关性肺炎(VAP)、导尿管相关尿路感染和手术及医疗工具引发的败血症等。在不同地区,VAP 患者中多重耐药(MDR)菌株的流行率差异较大,最高可达 100%,死亡率也高达 56.2% 。同时,在欧洲、中东等地,鲍曼不动杆菌对碳青霉烯类抗生素的耐药率也很高。为控制其传播,严格的消毒措施至关重要,尤其是对慢性病患者的治疗环境。

鲍曼不动杆菌的耐药机制

鲍曼不动杆菌的 MDR 菌株不断涌现,对多种抗生素高度耐药。它具备多种耐药机制,如外排泵可将抗生素排出细胞,使其难以作用于靶点;β - 内酰胺酶能拮抗 β - 内酰胺类抗生素的活性;氨基糖苷修饰酶可赋予对氨基糖苷类抗生素的耐药性;靶位点修饰以及降低外膜孔蛋白表达减少抗生素通透性等。此外,鲍曼不动杆菌的基因可塑性强,可通过水平转移获取外来遗传物质,进一步增强其耐药性。

噬菌体疗法作为治疗 MDR 鲍曼不动杆菌感染的替代方案

由于鲍曼不动杆菌对现有抗生素的耐药性不断增加,开发新的治疗策略迫在眉睫。噬菌体疗法作为一种有前景的非抗生素替代方案,受到广泛关注。噬菌体具有高度特异性,只针对宿主细菌,不会伤害有益微生物群。在过去近一个世纪里,科学家们对其治疗细菌感染的应用进行了大量研究。例如,曾有研究使用噬菌体成功治疗一名因 MDR 鲍曼不动杆菌感染而病情恶化的坏死性胰腺炎患者。

噬菌体的特性

噬菌体是一类专性细胞内寄生虫,可利用细菌的生物合成机制在其体内繁殖。它们比细菌小得多,广泛存在于土壤、粪便、污水等环境中。噬菌体通常由衣壳(头部)、遗传物质、颈部和尾部组成,部分有脂质包膜,多数为裸露状态。其遗传物质可以是 DNA 或 RNA,单链或双链,环状或线性。噬菌体的分类最初基于形态,如今还结合基因组、蛋白质组和系统发育等特征。2023 年,国际病毒分类委员会(ICTV)对噬菌体分类进行了更新,目前噬菌体属于 67 个病毒家族。

噬菌体的生命周期:裂解性或溶原性?

噬菌体可根据生命周期和对宿主的作用分为烈性噬菌体和温和噬菌体。烈性噬菌体感染宿主后会遵循裂解途径,导致宿主细胞裂解;温和噬菌体则会将其遗传物质(原噬菌体)整合到宿主基因组中,随着宿主基因组同步复制,不杀死宿主细胞,这种状态称为溶原状态。但偶尔,温和噬菌体也会被诱导进入裂解周期。由于溶原状态可能增强细菌的耐药性和毒力,噬菌体疗法通常使用烈性噬菌体。

噬菌体裂解

双链烈性噬菌体主要通过某些噬菌体产物,如内溶素、穿孔素和跨膜蛋白,破坏宿主细胞壁来实现裂解。这些蛋白形成内溶素 - 穿孔素系统,穿孔素先使宿主细胞膜局部去极化形成孔道,内溶素随后从细胞质逸出,降解细胞壁的肽聚糖成分,导致细胞渗透压失衡,最终使宿主细胞死亡。此外,直接使用噬菌体产物(如溶素系统)的 “酶疗法” 也为噬菌体疗法提供了新的潜在替代方案,因其特异性更高,耐药风险更低。

噬菌体的获取与表征

噬菌体资源丰富,获取过程简单且成本低,无需复杂实验操作或专业设备,便于在研究和临床中应用。其主要来源包括湖泊、河流、污水处理设施和医院污水等,这些地方细菌宿主多,有利于噬菌体生长。分离噬菌体的方法主要有直接接种和富集培养。直接接种适用于环境样本中噬菌体浓度较高的情况,通过在含有指示细菌宿主菌株的平板上直接培养样本,观察噬菌斑或透明斑的形成来检测噬菌体。当噬菌体难以直接分离或浓度较低时,则需采用富集培养方法。
噬菌体的表征包括形态、生物学和基因组特征的鉴定。形态特征通常借助透射电子显微镜观察;生物学特征和稳定性研究则包括确定感染复数(MOI)、生长曲线、噬菌体在不同温度和 pH 值下的稳定性、宿主范围以及检测噬菌体对氯仿的耐受性等;基因组特征分析则涉及 DNA 提取、测序和基因组注释,“PhageScope” 数据库提供了全面的噬菌体注释信息。

噬菌体的命名

噬菌体最常见的命名方法是采用三部分名称,由细菌宿主属名、“phage” 一词和唯一标识符组成,唯一标识符通常包含噬菌体宿主和形态等信息。例如,Acinetobacter phage vB_AbaM - SW8 表示感染鲍曼不动杆菌、具有肌尾噬菌体形态且名为 SW8 的噬菌体,其常用名一般为最后一部分(SW8)。通过 Phage Name Check 网站可避免使用已存在的噬菌体名称。

针对 MDR 鲍曼不动杆菌的体外研究

众多体外研究表明,噬菌体及其相关产物对 MDR 鲍曼不动杆菌具有抗菌活性。2020 年 Kim 等人研究发现,新型噬菌体衍生的内溶素 LysSS 对 MDR 鲍曼不动杆菌和铜绿假单胞菌具有抗菌活性,且对有益微生物群影响小。Luo 等人评估了噬菌体 YC#06 与抗生素联合使用的策略,发现其对 MDR 鲍曼不动杆菌具有协同杀菌作用,能增强细菌清除效果,降低抗生素和噬菌体耐药性的产生。
2024 年 Ndiaye 等人研究的噬菌体 vAbaIN10,其一步生长曲线显示潜伏期为 25 分钟,裂解量约为每个感染细菌细胞 个噬菌体,且基因组中无 tRNA、mtRNA、CRISPR、毒力因子和抗生素耐药基因,有望用于噬菌体疗法。Rothong 等人设计的 3 种抗菌肽与粘菌素联合使用,对 MDR 和广泛耐药(XDR)鲍曼不动杆菌具有显著协同作用。
此外,还有多项研究分别评估了不同噬菌体或噬菌体产物对 MDR 鲍曼不动杆菌的抗菌效果,如噬菌体 HZY2308 与替加环素联合使用可降低细菌生物膜形成能力;K3 - 裂解噬菌体 P1068 在体外对鲍曼不动杆菌的生物膜和浮游状态均有效,并在小鼠腹腔感染模型中显著降低细菌载量;新型裂解噬菌体 vB_AbaAut_ChT04 及其产生的抗菌肽 PLysChT04 对 MDR 鲍曼不动杆菌临床分离株具有显著抗菌活性等。

噬菌体疗法在动物模型中针对鲍曼不动杆菌的研究

动物模型在噬菌体疗法研究中具有重要意义,有助于评估噬菌体治疗的有效性和安全性,为临床试验提供参考。多项研究表明,噬菌体疗法在动物模型中展现出良好的治疗效果。
Kusradze 等人使用噬菌体 vB - GEC AbM - G7 局部治疗感染鲍曼不动杆菌的大鼠伤口,显著降低了细菌载量,消除了感染症状。Shivaswamy 等人研究发现,噬菌体治疗 MDR 鲍曼不动杆菌感染的糖尿病大鼠伤口,效果与粘菌素相当,但能更有效地缩短上皮化时间和提高伤口收缩率。
在小鼠模型中,多项研究评估了噬菌体或噬菌体鸡尾酒对鲍曼不动杆菌感染的治疗效果。如 Cha 等人使用包含两种新发现噬菌体的鸡尾酒治疗 MDR 鲍曼不动杆菌鼻腔感染小鼠,提高了小鼠的生存率,降低了肺部细菌载量;Wang 等人发现噬菌体治疗鲍曼不动杆菌肺炎小鼠的效果呈剂量和时间依赖性,且能减轻炎症反应,恢复肺组织健康;Lood 等人研究表明,噬菌体裂解酶 PlyF307 可降低感染鲍曼不动杆菌小鼠的死亡率,且在治疗感染植入物的小鼠时,无需手术移除植入物即可减少细菌数量。
此外,还有研究使用不同动物模型和噬菌体对鲍曼不动杆菌感染进行研究,均取得了一定成果。如 Jeon 等人使用小鼠和大蜡螟模型评估噬菌体 B? - R2096 对碳青霉烯耐药鲍曼不动杆菌(CRAB)感染的治疗效果,发现该噬菌体可显著提高感染动物的生存率,减少肺部组织损伤;Wang 等人评估了噬菌体衍生的多糖解聚酶 Dpo71 对 MDR 鲍曼不动杆菌肺炎的治疗效果,发现其可增强头孢他啶的疗效;Li 等人研究的噬菌体 vB_AbaM_P1 可降低大鼠因鲍曼不动杆菌感染的死亡率和肺部细菌载量,减轻肺组织氧化应激和炎症反应等。

涉及噬菌体疗法治疗鲍曼不动杆菌的临床案例

在临床实践中,噬菌体疗法也展现出一定的潜力。Nir - Paz 等人报道了一例成功治疗抗生素耐药性骨感染的案例,该患者感染了 MDR 肺炎克雷伯菌和 XDR 鲍曼不动杆菌,经过大量抗生素治疗和手术干预后病情仍未好转。通过筛选,使用两种噬菌体(?AbKT21phi3 和?KpKT21phi1)与美罗培南和粘菌素联合治疗,8 个月的随访显示感染消除,细菌不再生长,患者疼痛消失。
Qu 等人评估了吸入噬菌体 BA3 治疗 XDR 鲍曼不动杆菌感染的效果,发现吸入的噬菌体可进入人体血液并聚集在肠道,同时治疗过程中肠道微生物群发生了显著变化。

噬菌体 - 抗生素联合治疗策略对抗 MDR 鲍曼不动杆菌

噬菌体与抗生素联合使用是一种有前景的治疗策略。Gordillo 等人在小鼠模型中评估了噬菌体 ?FG02 与头孢他啶联合治疗严重鲍曼不动杆菌感染的效果,发现噬菌体 ?FG02 可使鲍曼不动杆菌 AB900 产生耐药并演变成一种对头孢他啶重新敏感的无荚膜、噬菌体耐药表型,强调了噬菌体疗法在恢复抗生素疗效方面的临床意义。

噬菌体疗法的局限性

尽管噬菌体疗法具有诸多优势,但也存在一些局限性。细菌对噬菌体产生耐药性是一个重要问题,细菌可通过多种方式获得对噬菌体的耐药性,如突变或修饰表面受体、产生胞外聚合物阻止噬菌体附着、表达竞争性受体抑制剂等。这可能导致噬菌体治疗初期病情改善,但随后恶化和感染复发。为减少细菌耐药性的产生,常采用噬菌体鸡尾酒疗法,即使用多种作用方式不同的噬菌体。
此外,确定合适的噬菌体给药剂量也具有挑战性。由于噬菌体是自我复制的药物,难以预测感染部位的噬菌体浓度,其在感染部位的浓度可能与给药时的浓度不同。

噬菌体疗法的新兴及未来发展方向:对药学的影响

噬菌体疗法在药学领域具有广阔的发展前景。现代封装方法,如脂质体、藻酸盐微珠和水凝胶等,可提高噬菌体的稳定性和递送效率,使口服噬菌体治疗成为可能,为药剂师提供更多治疗选择。例如,肠溶包衣的噬菌体胶囊在治疗肠道感染方面已显示出良好前景。
将噬菌体整合到导管、支架或伤口敷料的涂层中,可有效预防医院和社区环境中的感染,这是材料科学与药理学的交叉创新。
噬菌体宿主范围窄的特点使其可用于开发个性化疗法,药剂师可与微生物学家合作,根据患者的具体细菌感染情况选择和分发个性化的噬菌体疗法。例如,在囊性纤维化的治疗中,个性化噬菌体鸡尾酒可用于靶向铜绿假单胞菌菌株。

药代动力学和药效学(PK/PD)

噬菌体疗法的药代动力学(PK)基于其在宿主细菌细胞内自我复制的能力,这使得即使低剂量给药,也能在感染部位实现噬菌体浓度的指数增长,维持有效浓度。噬菌体还能产生酶破坏细胞外基质,破坏细菌生物膜,增强抗菌效果。影响噬菌体 PK 的因素包括噬菌体的大小、形状、给药部位的细胞类型、微生物群以及免疫系统等。
噬菌体的药效学(PD)主要与抗菌活性相关,通常通过确定感染复数(MOI)来评估。噬菌体具有高度特异性的作用方式,只感染和裂解目标细菌,对周围共生微生物群影响较小,有助于维持宿主微生物群的平衡,减少继发感染的风险。然而,目前缺乏标准化的方法来评估噬菌体的抗菌活性,这是噬菌体疗法面临的一个重要障碍。

工程噬菌体以提高疗效

合成生物学技术正被用于增强噬菌体的特性,如拓宽宿主范围、规避细菌耐药机制和提高裂解效率。例如,CRISPR - 工程噬菌体可精确靶向抗生素耐药细菌基因,如 β - 内酰胺酶产生菌。随着技术的发展,工程噬菌体有望与传统药物一起被批准用于治疗耐药感染,药剂师需要关注这些创新,为临床应用做好准备。

混合疗法

工程噬菌体还可与小分子药物或纳米颗粒联合使用,产生协同效应。但这种混合疗法也带来了复杂的相互作用,药剂师需要合理管理这些相互作用,确保药物的正确配方和递送。同时,由于噬菌体的生物学特性、变异性和个性化需求,其面临独特的监管挑战,药剂师在理解和遵守监管框架、确保噬菌体产品的质量和稳定性方面将发挥关键作用。
综上所述,噬菌体疗法在对抗 MDR 鲍曼不动杆菌感染方面具有巨大潜力,但也面临着一些挑战。深入了解鲍曼不动杆菌的耐药机制和噬菌体的作用机制,将有助于进一步优化噬菌体疗法。随着技术的不断发展和研究的深入,噬菌体疗法有望成为治疗耐药菌感染的重要手段,而药剂师在这一过程中扮演着不可或缺的角色,他们需要不断提升专业知识,积极参与噬菌体疗法的临床应用和研究,推动其在现代医疗中的广泛应用。

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