国内外感染伤口细菌生物膜处理方式的研究进展

谭覃　徐征　高尚谦

摘 要：细菌生物膜是感染伤口迁延不愈，手术及局部给药治疗效果不佳的主要原因之一。目前临床上普遍使用的处理伤口细菌生物膜的方法有局部机械清创法、负压疗法、局部药物等，虽具有一定的治疗效果，但细菌生物膜仍是目前临床治疗慢性感染的棘手问题。近年来，国内外学者提出了一些新的治疗方法及理念，如光动力学治疗、低能量光疗、乙酸及抗菌肽等的使用，本文综述了国内外感染伤口细菌生物膜处理的研究进展，以期为目前生物膜的临床治疗与护理带来启发。

关键词：细菌生物膜；感染伤口；光动力学治疗；低能量光疗；抗菌肽

中图分类号：R472 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.22.013

文章编号：1006-1959（2018）22-0043-04

Advances in the Treatment of Bacterial Biofilm in Infected Wound at Home and Abroad

Department of general surgery ward 3，Peking University First Hospital，Beijing 100034，China

（Peking University First Hospital，Beijing 100034，China）

Abstract：Bacterial biofilm is one of the main reasons for the unhealing of infection wound， the poor effect of operation and local administration.At present， the methods of treating bacterial biofilm in clinic are local mechanical debridement， negative pressure therapy， local medicine and so on. Although it has certain therapeutic effect， bacterial biofilm is still a thorny problem in clinical treatment of chronic infection.In recent years， scholars at home and abroad have put forward some new treatment methods and ideas， such as photodynamic therapy， low-energy phototherapy， acetic acid and antimicrobial peptides， etc.This article reviews the research progress of bacterial biofilm treatment in infected wounds at home and abroad in order to bring inspiration to the clinical treatment and nursing of biofilm.

Key words：Bacterial biofilm；Infected wound；Photodynamic therapy；Low energy phototherapy； Antimicrobial peptide

傷口细菌生物膜（bacterial biofilm）因其独特的组织结构，对抗生素以及其它一些抗菌物质有着极强的耐药性[1]。美国疾控中心数据表明，65%～80%的伤口感染都与细菌生物膜有关[2]。而细菌生物膜也成为了感染伤口迁延不愈，手术及局部给药治疗效果不佳的主要原因之一。目前临床上普遍用来处理伤口细菌生物膜的方法包括局部机械清创法，破坏菌膜、生物工程替代疗法、负压疗法、局部药物等治疗方法，以上方法虽均具有一定的治疗效果，但细菌生物膜仍是目前临床治疗慢性感染的棘手问题。近年来，国内外医学专家通过对细菌生物膜产生的机制和其对伤口愈合的不利影响，以及如何消除伤口生物膜的方法进行了研究，并提出了一些新的治疗方法及理念，这些会对目前生物膜的临床治疗与护理带来启发，现综述如下。

1细菌生物膜产生的机制及特性

细菌生物膜是微生物有组织生长的聚集体，指细菌不可逆的附着于一个惰性或活性的实体表面，进而繁殖、分化，并分泌一些多糖（EPS）基质，将菌体群落包裹其中而形成的细菌聚集体膜状物。单个生物膜可由一种或多种不同的微生物组成，包括细菌，还包括真菌、病毒、蛋白质、细胞外DNA等多种成分[3]。

生物膜的形成是一个动态[4]的过程，主要分以下3个阶段：微生物附着于创面，EPS的分泌和菌落的形成，以及菌落细胞的成熟与传播。当生物膜内环境变化导致细菌无法适应时，细菌可分泌胞外水解酶水解胞外多糖，使膜内细菌得以脱离生物膜成为游走态细菌，此即生物膜发展的最终步骤即细菌细胞的分散（主动或被动），主动或被动分离。当条件适合时，游走态细菌可再次黏附于物体表面，重复上述过程再形成新的生物膜[5]。

生物膜的特性由其自身黏附结构和化学成分所决定，其内有运输营养和代谢产物的孔道，使得生物膜内的多样微生物产生群体效应。通过该效应，生物膜内的细菌可相互配合以完成自身所需要的一切生命活动[6]。细菌一旦在伤口表面定植并形成生物膜，便会对机体的免疫系统和抗菌剂治疗形成抵抗[7]。相关文献和研究表明，细菌形成生物膜后可降低吞噬细胞对细菌的吞噬能力，使创面长时间停留在炎症阶段，加之细菌的大量繁殖及其分泌的毒性因子，阻滞愈合进程。

2伤口生物膜处理方式

2.1乙酸 既往研究提示，建立酸性环境，是控制细菌生长的重要方法之一[8]。近年来，有机酸在抗菌及酸性环境的构建方面起着重要的作用，它具有更广谱的抑制病原体生长代谢及破坏微生物的作用。有机酸能够以未解离的酸性化合物的形式自由通过细菌的膜性结构，酸性物质在细菌胞内发生解离，释放氢离子，游离的氢离子逐步累积，使细胞内pH值下降，导致细胞内蛋白降解、膜性结构及DNA结构损坏，从而达到抗菌的效果[9]。Nostro A[10]及Bjarnsholt T等[11]研究发现，乙酸作为有机酸，与同为有机酸的乳酸以及无机酸类的盐酸相比，其在抗细菌生物膜的能力和对细菌的清除率方面均占有很大优势。乙酸的抗细菌生物膜形成及清除已形成细菌生物膜的作用，给临床治疗细菌生物膜及慢性感染带来了希望，但由于乙酸应用于生物膜治疗的方法是在近两年才逐渐开始应用于临床，目前还缺乏足够的文献和临床研究数据支持。未来针对乙酸应用于生物膜的作用及机制可做进一步研究，或许能为生物膜的临床治疗带来极大改观。

2.2光动力学治疗 光动力学治疗（photodynamic therapy，PDT）广义上是指利用光动力效应进行疾病诊断和治疗的一种新技术[12]。对生物膜的治疗，其具体过程是利用特定波长的激光照射使组织吸收的光敏剂受到激发，而激发态的光敏剂又把能量传递给周围的氧，生成活性很强的单态氧，单态氧和相邻的生物大分子发生氧化反应，产生细胞毒性作用，进而导致细胞受损乃至死亡[13]。PDT已经被提倡作为常规使用的抗微生物剂的替代物，特别是用于治疗牙周炎以抑制口腔斑块生物膜[14]。Di Poto A等[15]将光动力与抗生素进行联合应用，结果显示PDT与万古霉素联合使用可能是一种用于灭活粘附于医学植入物表面的葡萄球菌生物膜的有效方法。Clayton和Harrison又进行了实验，研究显示一名慢性静脉性腿部溃疡的患者，细菌培养为MRSA，其对高锰酸钾，硝酸银等抑菌敷料治疗均无效[16]。他们对此患者的腿部溃疡进行两周一次的PDT（5-ALA光敏剂和633 nm红光源）治疗。患者在为期4周的治疗中，耐受性良好，且没有出现不适反应，溃疡面积则明显缩小。PDT作为处理局部感染伤口的治疗方法已成为近十年来的一个重要研究领域[17]，并且人们还在尝试用PDT治疗生物膜相关的多种疾病。然而，目前仍需要进行大量的工作以便建立安全有效的剂量范围，以图在有效杀死生物膜内微生物的同时而不损伤周围的正常组织。

2.3益生菌 近几十年来，实验证明益生菌在预防及治疗诸如急性病毒性胃肠炎、小儿抗生素相关性腹泻、儿童过敏性疾病、早产儿坏死性小肠结肠炎、炎性肠病和手术后肠炎中有效[18]。此外，益生菌的潜在应用也在不断扩大，在多种口腔疾病，如龋齿，牙周病和口腔恶臭，以及泌尿生殖和感染伤口方面也有相关研究。慢性感染性伤口生物膜的形成可能与皮肤表面生物群落的改变有关[18]。因此，可以改善皮肤菌群的益生菌制劑可以成为局部预防和治疗难愈伤口的潜在有效疗法。作为可以改善皮肤菌群的益生菌制剂是用来局部预防和治疗难愈伤口的潜在有效疗法。目前，关于益生菌如何作用于伤口中生物膜来预防伤口感染的相关研究仍缺乏数据，仅有的几项研究主要是针对参与组成生物膜的两种主要细菌，即铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的体外研究，该领域的研究尚处于初级阶段。

Valde'z JC等[19]人评估了益生菌植物乳杆菌抑制铜绿假单胞菌致病的能力。他们分别在铜绿假单胞菌感染后第3、4、5、7、9 d，使用烧伤模型测试植物乳杆菌的体内活性，通过分析皮肤、肝脏和脾脏的标本，证实第5、10、 15 d后植物乳杆菌对铜绿假单胞菌的定植有抑制作用，而且益生菌的培养物和培养滤液（酸滤液和中和酸滤液）均能在体外抑制铜绿假单胞菌弹性蛋白酶的产生。这些结果表明，植物乳杆菌和/或其代谢物可被认为是治疗被铜绿假单胞菌感染的局部烧伤部位的潜在新药。Walencka E等[20]人评估了3种嗜酸乳杆菌菌株对粘附于生物膜中的金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的影响，证明了益生菌衍生的表面活性剂降低细菌沉积速率和生物膜发育但是不影响正常细胞生长。他们还对发酵酵母及其培养滤液进行研究，用来评估二者是否对金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌生长有抑制作用。结果表明，发酵酵母分泌的化合物不仅抑制了几种金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌菌株的生长而且抑制了生物膜的形成[21]。

虽然体外研究和临床试验数据已经显示益生菌（如乳酸杆菌）在口腔及伤口感染等方面的积极作用，目前仍缺乏大量研究证实益生菌制剂对生物膜的确切治疗作用。但是，综合目前的研究，益生菌制剂仍是针对生物膜治疗的潜在突破点。

2.4抗菌肽 抗菌肽（antimicrobial peptides，AMPS）是一类广泛存在于自然界生物体中的小肽类物质，它是机体先天性免疫系统的重要组成部分[22，23]。 通常由12～100个氨基酸组成，大部分带有正电荷，可消灭细菌细胞内的多种物质，所以阳离子AMPS被认为是高效对抗许多人类病原体的新型抗微生物制剂，包括多药耐药铜绿假单胞菌（铜绿假单胞菌），耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA），万古霉素耐药性粪肠球菌和肺炎克雷伯氏菌（肺炎克雷伯菌）等[24]。AMPS的抗生素活性取决于不同的肽性质，包括所带的正电荷、疏水性、二级结构（β抗螺旋或β旋折叠）和芳族氨基酸残基（特别是色氨酸）的存在[25-27]。大多数AMP所带的正电荷，有助于与带负电荷的细菌膜相互作用[27]，来预防细菌生物膜的形成。

目前AMPS分为天然的和人工合成的两大类，尽管大量研究已经证实了天然AMPS在多重耐药病原体感染的情况下仍然具有有效抗细菌生物膜的活性，但是天然AMPS定量分离困难，并且价格昂贵。因此，人们在开发具有改进性能的合成AMPS方面做了很多努力。到目前为止，AMPS的医疗用途几乎完全限于局部应用，AMPS的系统治疗应用受限于其稳定性，递送和毒性等复杂问题[28-30]。最近，AMPS和常规抗生素的组合被认为是防止生物膜形成或分解成熟生物膜的新策略，两者协同的抗菌作用使得只需分别使用小剂量的AMPS和抗生素，这样细菌耐药性的发展和毒副作用的可能会大大降低[31]。

尽管目前由于对宿主细胞的毒性，生物利用度低，生产成本高，生理条件下的稳定性和活性降低等原因推迟了AMPS的广泛临床应用，但已经过临床试验的几种AMPS或AMPS相关试剂均显示出一定效果。因此，AMPS是一种发展前景很大的抗菌膜剂，在将来可能成为持久性的抗生物膜感染的治疗方法。

2.5低能量光疗 低能量光疗（low-level laser therapy，LLLT）是利用单色窄谱波长为600～1000 nm的可见光或近红外光进行照射，通过促进或增强生物体内的光化学反应而发挥多种作用的方法[32]。已有研究证实LLLT可通过减少炎性渗出、促进胶原形成等作用减轻局部炎症反应，促进烧伤创面的愈合[33]。多项研究证实，LLLT的积极作用取决于包括波长（nm）、能量剂量（J/cm2）和强度（W/cm2）在内的光参数。在细胞和生物化学水平上，有研究显示LLLT可以刺激氧化磷酸化，减轻炎症反应和改善细胞代谢[34]。低剂量（0.05～10 J/cm2）的LLLT可刺激细胞活性，尤其是近红外激光能够增强成纤维细胞的生长和增殖，对伤口愈合有巨大的帮助[35，36]。目前的研究集中在应用LLLT促进伤口愈合，仅有少数研究关注了LLLT对感染伤口的作用[37]。尽管目前尚缺乏标准的治疗方法，但仍能从Bornstein E等[38]人的临床试验研究中获得有价值的信息，即低能量的光疗能够达到杀死真菌的作用。

在数据库中检索LLLT和生物膜相关的文献，仅能检索到少量近7年的文献，表明该领域还处在兴起阶段，相关研究或将在不久的将来为生物膜治疗提供有价值的建议。

3总结与展望

伤口细菌生物膜是伤口感染后患者感染迁延不愈和死亡的重要原因，也是全球卫生系统的重要经济负担之一。目前国内关于使用新方法去处理伤口生物膜的研究很少，通过梳理和学习国内外文献，可给我们未来的研究带来了新的思路和方向，随着研究的不断深入、科研方法的不断优化，处理伤口生物膜的方法也在不断的更新，虽然新的方法如乙酸、光动力学治疗（PDT）、益生菌、抗菌肽（AMP）、低能量光疗（LLLT）等还需要经过大量的研究以及临床数据才能被广泛的应用于临床上治疗伤口生物膜，因此，给科研人员在伤口生物膜的处理上提供新的研究方向。

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收稿日期：2018-8-31；修回日期：2018-9-16

編辑/肖婷婷