细菌生物膜耐药机制研究
来源：岁月联盟
时间：2010-07-13
细菌生物膜（ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｂｉｏｆｉｌｍ， ＢＢＦ）是细菌耐药性形成的重要机制之一，也是许多慢性感染性疾病反复发作和难以控制的主要原因。ＢＢＦ可以通过形成特殊结构，影响机体免疫系统来达到保护自身的目的，还可通过抗生素渗透限制、营养限制和形成特殊表型来实现抗生素耐药。
１ ＢＢＦ的结构
ＢＢＦ或称菌膜，是指细菌吸附于惰性物体如医学材料或机体黏膜表面后，分泌多糖基质、纤维蛋白、脂蛋白等多糖蛋白复合物［１］。游离的单个或单片菌落容易被抗生素杀死，而形成生物膜类高级结构的细菌得以存活。研究证实，成熟的铜绿假单胞菌生物膜由蘑菇样或柱样亚单位组成，包括头部、茎部和根部三部分。每个亚单位的结构骨架是胞外多糖纤维或者多糖—蛋白质复合体纠集在一起形成的实心细条，细条交错成网状，菌体之间互相粘连附着于网状结构的表面，外层系碳氢化合物被膜。ＢＢＦ亚单位之间形成茎部—茎部，头部—头部，茎部—头部水通路，水以对流的方式通过通路输送营养物质，满足细菌生存需要，同时带走细菌代谢废物，功能类似原始的循环系统。ＢＢＦ的这一特殊结构坚实稳定，不易破坏，大大提高了细菌的存活能力［２］。
在ＢＢＦ形成过程中，细菌的群体感应（ｑｕｏｒｕｍ?ｓｅｎｓｉｎｇ，ＱＳ）系统发挥了重要作用。ＱＳ系统是一种细菌间信息传递机制，通过合成和分泌自诱导分子（ａｕｔｏｉｎｄｕｃｅｒ，ＡＩ）的浓度来控制整个细菌群体的行为，当ＡＩ浓度随着细菌群体密度达到一定阈值时，即启动特异性基因表达。在铜绿假单胞菌中ＱＳ系统由一个复杂的级联系统组成，两个信号系统（ＬａｓＩ／ＬａｓＲ，ＲｈｌＩ／ＲｈｌＲ）分别产生特征性的Ｎ?酰基高丝氨酸内酯（Ｎ?ａｃｙｌｈｏｍｏｓｅｒｉｎｇ ｌａｃｔｏｎｅｓ，ＡＨＬ）信号分子，Ｎ?丁酰基?Ｌ?高丝氨酸内酯（Ｎ?ｂｕｔｙｒｙｌ?Ｌ?ｈｏｍｏｓｅｒｉｎｅ ｌａｃｔｏｎｅ，ＢＨＬ）和Ｎ?（３?氧代十二酰）?Ｌ?高丝氨酸内酯（Ｎ?ｏｘｏｄｏｄｅｃａｎｏｙｌ?Ｌ?ｈｏｍｏｓｅｒｉｎｅ ｌａｃｔｏｎｅ，ＯｄＤＨＬ）共同应对生存环境的改变［３］。它能够使原本单个游离的原核细胞统一步伐，有组织地对外界环境的刺激做出反应，有力的增强了细菌群体的生存能力［４］。
２ ＢＢＦ对机体免疫的影响
机体的免疫系统在对抗病原生物入侵方面，一直起着主要作用，是所有抗病原微生物的作用基础 。无论是固有免疫还是适应性免疫，免疫细胞对病原生物的识别都是非常重要的。在铜绿假单胞菌引发的感染中，直接与机体免疫系统接触的ＢＢＦ成分主要是胞外基质的主体—藻酸盐多糖和由细菌释放出来的各种抗原性物质，由于它们的强抗原性，刺激机体产生大量特异性抗体［５］。但是，ＢＢＦ包裹在细菌外起到物理屏障作用，使免疫系统因难以接触到细菌本体而发挥不了作用。而大量的抗体与相应的可溶性抗原形成免疫复合物沉积在感染病灶周围，吸引较多的中性粒细胞浸润。中性粒细胞释放的蛋白水解酶因不能够穿透生物膜而对细菌损伤不大，而使宿主组织遭到严重破坏［６］。这也是形成生物膜的细菌引发久治不愈的慢性感染的重要原因。
３ ＢＢＦ的耐药机制
ＢＢＦ的耐药机制，现在主要有渗透限制学说（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ），营养限制学说（ｎｕｔｒｉｅｎｔ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ）和表型推断学说（ｐｈｅｎｏｔｙｐｅ）三种［７］。
３.１ 渗透限制学说
此学说认为，ＢＢＦ对抗生素的不敏感是由于生物膜内细菌分泌的胞外多聚物被膜形成了屏障，阻止了抗生素的穿入。
形成生物膜的菌株，细菌密度较高，细菌间空隙狭小并且含有大量的不溶水性蛋白多糖，使抗生素的渗入变得异常困难。氟喹诺酮类抗生素可以缓慢地渗透这层胞外基质，但因达不到有效浓度而不能发挥作用，长期使用还易诱发β?内酰胺酶的表达，而水解掉β?内酰胺类抗生素［８］，氨基糖苷类抗生素因带有正电荷，易被带有负电荷的藻酸盐复合物吸引而阻止其渗透［５］，但有些抗生素则完全不受影响，例如利福平和大环内酯类抗生素［９］。可是，即使能够穿透ＢＢＦ，药物未必能对细菌造成伤害。实验证实，氟化喹啉可以轻易穿透大部分细菌生物膜，氨苄青霉素也可以穿透缺乏β?内酰胺酶的肺炎杆菌生物膜，但细菌对这些药物仍然不敏感［１０］。这提示我们抗生素渗透限制学说还无法完全解释所有ＢＢＦ的耐药性。
３.２ 营养限制学说
此学说认为，ＢＢＦ内的细菌，至少是部分细菌，由于受营养供给的限制，生长缓慢从而对抗生素不敏感。ＢＢＦ营养成分浓度由外至内呈梯度下降，而氧在外部浅层就已消耗，而造成深部形成厌氧环境，并且还有大量代谢物堆积［１１］，内层的细菌所处的这种缓慢生长状态也称饥饿状态，而大多数抗生素都不能很好的杀灭这种处于饥饿状态的细菌。而当使用抗生素时，表层细菌被率先杀死，但中层和深层细菌受影响不大，抗生素停止以后，存留细菌会利用死亡菌为营养迅速繁殖，只需要数小时即可恢复原有状态［１２］。但是研究显示即使在精确控制生物膜菌株生长速度时，相同生长速度的生物膜菌株与浮游菌株差异依然很大［１０］。因此单用此学说解释生物膜耐药，说服力不强。
３.３ 表型推断学说
此学说认为细菌对抗菌药物的耐药性，在一定程度上与细菌表达了一种特殊的具有保护性的生物表型，是由独特基因所控制的，即形成了基因—表型构架［１３］。在铜绿假单胞菌中，ｍｕｃＡ基因的失活突变，使细菌从非黏液表型变为黏液表型，而因此带来的大量的藻酸盐使生物膜结合的更为牢固［14］。也有相关检测证实，有７２种基因在其处于浮游状态是不存在的［15］。虽然此类学说涉及细菌实质，但要以此完全证明生物膜耐药，理论依据不够充分。
４ 展望
由于ＢＢＦ的耐药机制不明，其也比较困难。开发新抗生素是一种途径，但是使用一段时间会产生耐药性。因此，从其他途径入手来实现消除ＢＢＦ就显得非常有必要。在临床治疗应坚持急性感染彻底治疗，避免细菌生成生物膜。临床使用的大量插入性器材，是生物膜形成的良好介质［１１］。通过改进制造工艺，使用抗菌材料会有效降低生物膜感染发生的几率。对已经感染的患者，可以使用复合制剂，研究表明大环内酯类抗生素可以抑制ＢＢＦ内藻酸盐的合成，使生物膜内的细菌暴露［９］，如果配以喹诺酮类等敏感药物则可以取得良好效果。细菌的ＱＳ系统在生物膜的形成过程中起关键作用，针对其传导物质ＡＩ开发相关药物，破坏其协调性来瓦解生物膜，在对抗生物膜感染上显示出了良好前景［１６］。
可以看出，相对于其他研究，生物膜研究起步较晚。但是随着研究的深入，将产生更多有效的抗感染治疗方法，为彻底治疗难治性感染和内感染带来新希望。
【】
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