抗黏附剂在细菌感染治疗中的应用研究进展

陈薇,曹阳

(天津医科大学第二医院，天津 300211)

细菌感染是世界范围内引起疾病和死亡的主要原因，近年由于抗生素的不合理使用导致细菌耐药性不断增加。因此，开发能够对抗各种细菌耐药性机制的新型药物变得越来越重要。其中针对细菌毒力因子(如黏附素、侵袭力、毒素)干预的研究被认为是抗生素治疗的一种有价值的替代策略，其在对抗感染的过程中可减少组织损伤[1]。病原菌对宿主细胞或组织的黏附是细菌感染过程中的第一步，通过附着在宿主细胞上，其可以抵抗人体免疫机制的作用，从而使细菌达到可以开始感染的密度，进而才能够在宿主细胞中定植和入侵[2]；抗黏附治疗可以阻断这种联系，使病原体被宿主清除，是预防或治疗细菌感染的一种重要方法。本研究对抗黏附剂在细菌感染治疗中的应用研究进展作以下综述。

1 宿主受体和黏附素类似物

细菌与宿主的相互作用常常是由糖类介导的。细菌表面的糖类包括糖蛋白、荚膜和脂多糖，宿主表面的糖类包括糖蛋白和鞘糖脂。因此，糖苷类和糖苷类化合物可以作为抗黏附剂。环境中存在大量的宿主受体类似物，与宿主受体竞争性黏附细菌，从而导致细菌与宿主受体之间的黏附减少[3]。甘露糖是第一个被证明的肠杆菌受体，同样，特殊的糖类也可以作为特殊细菌的受体，受体样糖类的种类越丰富，受到黏附抑制的病原体就越多。研究表明，在体内由于糖类类似物对靶细菌黏附的亲和力较低，因此抑制黏附需要的浓度通常较高；但该问题已通过将糖类与疏水残基结合得到了解决。通过将大量的糖类附着在合适的载体上，可以提高其亲和力，例如，烷基取代甘露糖残基对大肠杆菌FimH的亲和力是甘露糖残基的100倍[4]。将甲基K-甘露糖与表达甘露糖特异性Ⅰ型菌毛凝集素的大肠杆菌一起注入小鼠膀胱，可降低尿路致病性大肠杆菌的膀胱定植[2]。Sialyl-3P-乳糖[NeuAcK(2-3)GalL(1-4)Glc]是一种安全、具有选择性的抗黏附剂，用于拮抗幽门螺杆菌与人体胃组织培养细胞之间的黏附[5]，然而，这种方法在临床试验中并不完全成功，其原因是病原体在感染过程中采用了多种黏附途径，它们各自具有不同的特性，因此需要联合使用多种抑制剂，多种糖类受体类似物的组合制剂有望成为未来解决此类问题的策略。黏附素类似物也能抑制黏附素对宿主细胞的黏附，但同时也增加对健康个体的毒性和免疫原性等不良作用。有研究[6]表明，一种针对变异链球菌表面蛋白产生的抗黏附肽用于人类志愿者的牙齿时，可以阻止变异链球菌的定植，该方法也可广泛应用于特殊病原体的抗黏附治疗。

2 抗黏附抗体与疫苗

许多研究表明，抗细菌黏附抗体的使用是一种常用的抗黏附策略。宿主可通过细菌黏附直接或被动产生免疫，而免疫反应则通过一个能表达黏附因子的疫苗就能实现[2]。疫苗可诱导宿主对病原体的体液和细胞免疫，抗黏附疫苗对于细菌感染的预防可以通过多种机制实现。许多细菌表达表面蛋白、菌毛等黏附因子，因此，可以通过诱导黏附因子的抗体反应来破坏细菌的黏附。在一项研究[7]中，使用针对尿路致病性大肠杆菌(UPEC)菌毛FimH的疫苗免疫接种小鼠，可以在小鼠膀胱炎模型中预防99%的感染。伤寒杆菌的黏附因子T2544是细菌与宿主相互作用的重要因素，T2544具有高度的免疫原性，能显著提高免疫小鼠体内IgG和分泌性IgA的水平，因此它可能是未来疫苗开发的一个很好选择[8]。然而除了T2544因子外，细菌还存在包括IV型菌毛在内的其他黏附因子，因此该治疗方案仍待完善[9]。此外，一些细菌为了嵌入宿主细胞膜，将自己的受体分泌到宿主细胞中，比如肠出血大肠杆菌紧密黏附素受体的易位，可以帮助其附着在上皮细胞上，这一过程可以用接种疫苗产生的抗体来阻断[10]。铜绿假单胞菌是一种机会致病菌，对传统抗生素的耐药性日益增强。Cachia和Hodges研制了一种合成肽抗黏附疫苗，主要针对铜绿假单胞菌中与宿主上皮细胞结合的小肽结构组分，接种疫苗后可引起抗黏附抗体的升高[11]。优质的疫苗应该能够同时刺激细胞和体液免疫反应，这一目标可以通过黏附抗原与外膜囊泡的相互作用来实现，这一策略已被用于制备脑膜炎奈瑟菌疫苗。近年，一种针对金黄色葡萄球菌的多蛋白DNA疫苗也已经研制出来，它是由表达分选酶 (Srt)、纤连蛋白结合蛋白A和凝集因子A等一系列质粒组成，接种后可以刺激小鼠产生针对金黄色葡萄球菌的抗体及T细胞免疫反应[12]。目前抗黏附抗体与疫苗最主要的缺陷是细菌中存在多种黏附因子，无法完全覆盖，且细菌黏附因子的抗原变异可能会影响抗黏附抗体的效果；但使用抗黏附抗体或疫苗可能仍然有效，因为抗体可参与调理作用，在激活补体介导的溶菌作用中发挥了重要作用。

3 黏附和宿主受体抑制剂

Pilicides是抑制革兰阴性菌中伴侣通路的化合物，该抑制剂靶向菌毛伴侣蛋白PapD，从而将细菌对细胞株的黏附率降低90%[13]。这些Pilicides通过阻止蛋白CsgA和I型菌毛伴侣蛋白FimC的聚合来抑制UPEC中curli菌毛的形成[14]。在多种抑制剂中，肽类抑制剂的研究最有发展前景。变异链球菌表达一种表面蛋白链球菌抗原(SA) Ⅰ/Ⅱ，它是变异链球菌关键的附着因子，与吸附在牙齿表面羟基磷灰石基质上的唾液受体结合，针对SA Ⅰ//Ⅱ这一区域，研究者设计了一种肽类，其对连接有明显的抑制作用，使用含该种肽的牙膏1个月后牙菌斑中变异链球菌值较基线显著降低，而对照组无明显变化，这种方法在预防龋齿和其他链球菌感染方面很有前景[15]。MAM7是肽类的另一个有前途的抗黏附剂，偶联聚合物微球的MAM7已用于减少假结核耶尔森菌、肠致病性大肠杆菌(EPEC)、霍乱弧菌和副溶血性弧菌等病原体的表面黏附和感染[16]。MT-SC22EK是一种肽类的HIV融合抑制剂，它可以阻断病毒颗粒与宿主细胞的结合及融合[17]。在设计肽类抗黏附剂时需要考虑的因素包括宿主环境的稳定性和结合活性。重要的是，一些肽类可能通过与宿主受体结合而触发信号通路，这可能会导致不必要的不良作用。

4 亚致死浓度(sub-MIC)的抗生素

研究[18]表明，低于致死量的抗生素会影响细菌黏附的生化过程和细菌表面的性质，而sub-MIC的抗生素可以减少多种细菌的表面黏附。sub-MIC的环丙沙星可导致UPEC菌株表面疏水性降低[19]，哌拉西林和亚胺培南也有抑制铜绿假单胞菌黏附的效果[20]，但sub-MIC的抗生素实际上也可能会增加某些细菌的黏附水平，例如UPEC对导管的黏附[21]。用sub-MIC的苯唑西林治疗金黄色葡萄球菌会明显增加细菌的黏附[22]。使用sub-MIC抗生素进行治疗的另一个问题是细菌耐药性，在sub-MIC条件下，细菌更容易发生耐药。

5 饮食中抗黏附作用的成分

在天然食品中可以找到一些抑制细菌黏附的食物成分，部分已被分离出来，并证明在体外可以帮助人体对抗细菌感染[2]，例如，蔓越莓汁可以防止细菌感染、尤其是尿路感染。原花青素和多酚已被证明是蔓越莓中所含的生物活性化合物。原花青素抑制牙龈卟啉单胞菌、幽门螺杆菌和尿路致病性大肠杆菌的黏附和共聚集。多酚类和原花青素可与鞭毛和菌毛结合，从而抑制细菌的表面附着、聚集成生物被膜和群集运动。Kontiokari等[23]研究发现，长期饮用蔓越莓汁的女性，细菌尿的发生率明显降低。国内的一项研究[24]中，研究者通过体外模型发现蔓越莓具有不同程度的抑制P菌毛阳性大肠杆菌对细胞的黏附及致病作用。含有多种抑制剂混合物或含有广谱活性抑制剂的食物是抗黏附研究的良好选择，如牛奶中含有的低聚糖、抗体和糖蛋白，可以降低细菌的黏附性。母乳喂养的人类婴儿通过抑制婴儿的细菌黏附降低了腹泻率。人乳中含有丰富的低聚糖及相关化合物，可抑制常见肠道致病菌大肠杆菌、霍乱弧菌和沙门氏菌等与上皮细胞的结合[25]。然而，在对这些食物进行研究时应注意，这些化合物可能具有杀菌或抑菌作用，它们对细菌的选择性压力应尽量避免。

6 益生菌

益生菌可以防止病原体达到致病所需的临界密度，它们能减少病原菌与宿主细胞的结合。益生菌菌株可以取代病原菌，与病原菌竞争生长所需的重要营养物质。益生菌被特别设计模拟宿主细胞受体上糖类，从而阻断宿主细胞与霍乱弧菌、产肠毒素大肠杆菌和产志贺毒素大肠杆菌等致病菌释放的毒素的结合[26]。使用某些双歧杆菌可以防止鼠伤寒沙门氏菌感染[27]。然而，对于益生菌的具体作用机理的认识目前还不是非常清楚。益生菌也可能通过其他方式，如乳酸、细菌素等抗菌物质的产生或激活宿主自身免疫系统来抑制病原菌的黏附[28]。

7 其他

2017年，在希腊进行了一项研究[29]，在经纳米涂层处理的不锈钢和玻璃表面，对金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌、大肠杆菌O157、单核细胞增生李斯特菌和小肠结肠炎耶尔森菌等多种病原体的生物被膜生物特性进行了监测，研究结果发现，相比阴性对照，有机硅烷纳米颗粒影响细菌的黏附及生物被膜的形成。

2016年，Orooji等[30]对含有介孔纳米炭颗粒的新型聚醚砜超滤膜进行了研究，该膜具有强大的蛋白质吸附抗性和抑制细菌附着特点，在该聚合物膜的基质中加入抗菌剂进行表面修饰是抑制微生物生长的有效途径。

综上所述，目前常见的抗黏附剂主要有宿主受体和黏附素类似物、抗黏附抗体与疫苗、黏附和宿主受体抑制剂、sub-MIC的抗生素、饮食中抗黏附作用的成分、益生菌等，其均通过抑制或阻断微生物与宿主的黏附而起治疗作用。抗黏附治疗不会增加抗生素的耐药性，不能杀死入侵的病原体，可以防止定植和生物被膜的形成，因此不会产生选择性压力及抗黏附素耐受性;但另一方面，多种细菌黏附因子的存在以及缺乏合适的方法将抑制剂传递并作用于黏附因子是目前抗黏附治疗的主要制约。