金黄色葡萄球菌生物被膜相关感染研究进展

杜仲业

(广西医科大学第一附属医院呼吸与危重症医学科，南宁 530021)

医学植入材料如支架、各种导管、钢板等均在临床上有着广泛的应用，但细菌定植形成生物被膜导致感染难以控制的情况越来越普遍。生物被膜内的细菌生存的微环境、营养代谢方式等均出现了明显改变。细菌生物被膜是一种具有独特三维立体构造的细菌聚集群[1]，该三维立体膜样结构的独特形态宛如一道屏障，使得临床上所用的抗菌药物难以穿透，因此生物被膜内的细菌能逃避抗生素的杀灭清除作用，产生抗生素耐药。

1 细菌生物被膜耐药机制

研究发现，无论是革兰氏阴性杆菌还是革兰氏阳性球菌均可以形成生物被膜。真菌如曲霉菌、白色念珠菌也可以形成生物被膜。多种细菌或真菌在混合生长的状态下亦可共同形成生物被膜。这对临床治疗此类感染带来了更巨大的挑战。金黄色葡萄球菌是一种容易形成生物被膜的革兰氏阳性球菌，在金黄色葡萄球菌相关黏蛋白介导作用下，该细菌可定植、黏附于临床上常用的医疗植入器材，如心脏瓣膜、深静脉置管、尿管、各种引流管、骨科植入器械或是已经发生结构性病变的各种人体组织。金黄色葡萄球菌可以编码多种细菌锚定蛋白，根据蛋白的结构及其配体的不同分为不同种类，其中有一大类统称微生物表面识别黏附因子，主要包括纤维粘连蛋白、各种黏附因子等。各种细菌形成的生物被膜导致细菌耐药的常见机制如下[2]：生物被膜内细菌由于环境的变化导致亚型转变，细菌相关的生物学行为如信号分子的分泌、信息的传递等发生改变。细菌生物被膜三维膜样的独特结构有效阻挡了抗菌药物的渗透。各种细菌分泌产生抑制抗生素发挥作用的酶，由于环境的改变导致生物被膜内细菌处于一种冬眠状态，造成此状态下的细菌应答能力下降。生物被膜内的细菌通过密度感应系统(quorom sensing, QS)传递各种信息，得以共同且更好地适应当前的生存环境。上述几种耐药机制并不是单一出现，而是相互关联存在的，最终导致细菌耐药。

2 细菌生物被膜的调控

细菌生物被膜的定植、成熟、分化、迁移等几个关键过程涉及多种因素的相互调节，比如在金黄色葡萄球菌生物被膜形成过程中，密度感应系统(Quorum sensing, QS)的参与调节起着相当关键、重要的作用[3]。金黄色葡萄球菌常见的密度感应系统调节因子主要有agr系统及sar系统，这些调控因子除了调控细菌生物被膜形成的黏附、增殖、分化、迁移等过程外，还调控相关毒力因子的释放、活化、灭活等。

金黄色葡萄球菌的附属因子调节系统agr(Accessory gene regulator)主要通过RNAII编码agrABCD四种因子[4]，其中agrD在agrB的转化下形成自诱导钛AIP。agrC在AIP累积到阈值时被激活发生磷酸化改变，进而激活agrA。P2、P3在agrA作用下加快转录效率，P2及P3分别启动RNAII及RNAIII的转录，多种毒力因子的释放及调控均受到RNAIII的调控。

另外一个全程参与金黄色葡萄球菌生物被膜形成的关键因子是SarA(Staphy1ococca1 accessory regulator A)。该因子不仅可通过依赖agr因子发挥作用，也可通过自身的调节途径发挥调控相关毒力因子如溶血素、热蛋白酶等的表达[5]。相关研究发现，SarA缺失突变的金黄色葡萄球菌菌株形成生物被膜的能力明显下降，进一步研究发现其与胞间多糖黏附素有密切关系。SarA主要通过ica操纵子发挥作用，但是通过分子剪切方式去掉该操纵子后，发现此种菌株形成生物被膜的能力并没有受到明显抑制，这提示存在别的调控方式参与SarA对生物被膜的调控。此过程中，金黄色葡萄球菌另外一个QS系统luxS系统也参与生物被膜形成的调控[6]。相关研究发现，该系统可通过下调表面多糖的形成进而减少胞间多糖黏附素的形成，导致生物被膜的形成减少。

金黄色葡萄球菌生物被膜的形成、成熟、迁徙等过程还涉及其他多种因子[7]，当金黄色葡萄球菌缺失生物被膜相关蛋白，其产生胞间多糖粘附素的能力明显下降。AI-2(自诱导分子-2)在agr途径过程中参与调控，该因子主要起负性调节作用，一些毒力因子的表达也受到它的抑制作用而减少合成。还有一些起凝聚作用的因子主要通过调节锚定蛋白的形成、多糖蛋白的产生进而影响细菌在医疗植入器材表面或组织表面的定值、黏附、解聚、迁移等。

3 当前主要治疗策略

抗生素是治疗金黄色葡萄球菌生物被膜相关感染的主要手段。生物被膜的阻挡作用导致抗生素的穿透性大大降低，造成生物被膜内的有效抗菌浓度明显升高。目前临床一线常用于革兰氏阳性球菌感染尤其是MRSA感染的抗生素耐药情况越来越多见，两两药物联合使用，如万古霉素联合达托霉素、利福平等的用药方案常用于一些难治的金黄色葡萄球菌血流感染、腹腔感染等[8]。亦有个别临床报道大环内酯类联合万古霉素的尝试，也有一定的疗效。但相关不良反应也不断表现出来，使得联合用药方案还有待进一步地基础实验，找到合适的组合方式。

手术清创。目前通过外科手术清除感染病灶多数是在前期强有力抗感染的基础上进行。手术的适应症仅局限于一些较小的感染灶，创面大、感染范围广的病灶难以通过手术达到根除效果。

植入材料的改良。对于一些常用的医学植入材料如瓣膜、各种导管等，在材料表面采用涂覆融合一些抗生素，能起到抑制细菌黏附、定植进而形成生物被膜的效果。有研究采用银纳粒子涂覆到导尿管、中心静脉导管的表面能大大减少葡萄球菌的黏附，发生导管相关感染的几率也大大降低。还有一些凝胶因子等抑制剂目前正在做相关的动物临床试验。

中药活性成分的应用。很多中药的活性成分具有抗炎、去氧自由基的作用。研究发现，绿原酸、黄芩素、五倍子、肉桂醛等可分别破坏革兰氏阳性球菌、革兰氏阴性杆菌形成的生物被膜[9-10]，并能协同其他抗生素杀灭上述细菌形成的生物被膜内的细菌，进一步的临床试验正在积极开展中。

一些小分子抑制剂、密度感应系统抑制剂目前也在进行相关试验。金黄色葡萄球菌生物被膜相关感染目前仍是临床上较为棘手的难题，但随着各种药物的研发，医疗植入材料的改良，由生物被膜导致的抗生素耐药问题将会得以解决。