生物被膜耐药机制及抗菌药物治疗的研究进展

倪 玲

（广西壮族自治区南宁市中医医院，广西 南宁 530001）

细菌生物被膜是细菌为了适应自然环境、利于生存而特有的生命现象，是细菌吸附于惰性物体如生物医学材料或机体粘膜表面后，分泌多糖基质、纤维蛋白、脂蛋白等多糖蛋白复合物，使细菌相互粘连并将其自身克隆聚集缠绕其中形成的膜样物[1]。任何病原菌在成熟条件下都可以形成生物被膜，如金黄色葡萄球菌、肠球菌属、大肠埃希菌、铜绿假单胞菌和白色假丝酵母菌等。由于生物被膜能通过多种机制对其膜内细菌具有屏障保护作用，这样就可以避免或减少药物和机体免疫系统对致病细菌的处置，同时膜内的细菌在适宜的条件下又可以从膜内扩散、游离，引起机体再次感染，从而给临床治疗带来困难[2]。

1 生物被膜导致感染疾病的特点

细菌生物被膜是细菌的一种生活方式，可以使细菌具有极高的耐药性和免疫逃逸能力，是发生慢性持续性感染以及感染难以治愈的重要原因[3-6]。细菌生物被膜的相关感染，主要包括生物医学材料相关感染和某些慢性感染性疾病。由于生物医学材料，如中心静脉导管、气管插管、人工关节等广泛的使用，生物医学材料相关感染发病率有所增高。某些慢性感染性疾病如慢性骨髓炎、细菌性心内膜炎由于生物被膜的产生而导致感染迁延不愈, 治疗极为棘手[7]。 生物被膜引起感染的特点主要有：（1）相对静止和发作阶段的相互转化过程，使病情反复，转为慢性；（2）由于耐药出现，抗菌药物刚开始用时治疗效果显著，随后其疗效明显下降；（3）导致疾病的微生物主要来自皮肤表面和所处环境，主要病原微生物包括葡萄球菌、肠道菌、假单胞菌属、变形杆菌属等[8]。

2 细菌生物被膜耐药的相关机制

生物被膜的耐药机制不同于浮游菌，在生物被膜相关感染中, 细菌一部分以浮游菌的形式存在，另一部分以生物被膜的形式存在，有效浓度的抗菌药物能迅速杀死浮游生长的细菌和生物被膜表面的细菌，但对生物被膜深处的细菌却难以有效杀灭。临床资料表明, 在开始形成的最初72h内生物被膜对抗菌药物比较敏感，而生物被膜一旦成熟，所能耐受的抗菌药物浓度就将大大高于浮游菌的MIC, 甚至达到浮游菌MIC浓度的1000倍以上[9]。这说明了被膜内细菌的耐药机制与单个细菌不同，目前认为细菌生物被膜耐药的机制可能有以下几个方面：（1）生物被膜的屏障作用。生物被膜是阻止抗菌药物进入细菌内部的天然屏障。其细胞外的糖蛋白分子形成了屏障作用，能够很好地阻碍酶、补体等大分子和抗菌药物肽类等小分子物质的侵入[10]。（2）产生抗生素外排泵。许多细菌能产生抗生素外排泵, 这种泵能够将穿过细菌外膜的抗生素及时排出细菌体外, 从而避免了抗生素与细菌的接触。有研究发现[11]，在铜绿假单胞菌和白假丝酵母菌生物被膜的发生发展过程中,其抗生素外排泵的基因表达高于浮游菌。表明生物被膜的形成可能有助于抗生素外排泵的合成。（3）对抗机体免疫系统的作用。生物被膜菌不但对抗生素耐药而且还具有明显的对抗机体免疫系统的作用。生物被膜包括细菌的黏性胞外基质起着将细菌与机体免疫系统隔开的物理屏障作用，使特异性抗体、致敏性T细胞、大小吞噬细胞、自然杀伤细胞以及溶菌酶等对细菌的免疫难以发挥应有的作用。同时，机体产生的大量抗体和相应的可溶性抗原形成免疫复合物沉积在感染病灶周围，使机体受到严重的损伤[12]。（4）生物被膜内环境的影响。由于细菌被膜内部营养物质缺乏，导致细菌生长缓慢，氧气在生物被膜内很快被耗尽，使被膜内部形成厌氧环境，而很多抗菌药物在厌氧情况下对细菌的抗菌作用就不如有氧环境强[13]。此外，还有一些研究报道认为细菌被膜耐药的机制与细菌的传感效应、生物被膜基因的表达以及产生独特的表型有关。

3 抗菌药物对生物被膜的作用研究

目前，对于生物被膜相关感染的治疗从单一的抗菌药物到抗菌药物的联合用药, 再到分子水平甚至基因水平的调控等一系列治疗理念仍处研究探索阶段，其中抗菌药物、抗菌药物的联合用药在临床中应用较多。如：大环内酯类药物中的14元环大环内酯类红霉素、克拉霉素、罗红霉素及15元环大环内酯类阿奇霉素，可抑制细菌生物被膜的合成，促进抗菌药物的渗透，而16元环的大环内酯类(如螺旋霉素)则无此作用[14]。氟喹诺酮类药物可穿透胞外多糖，对生长缓慢的细菌有一定的杀菌作用，但不能完全清除生物被膜中的细菌[15]。大环内酯类与氟喹诺酮类联合应用可抑制细菌合成多糖蛋白复合物，抑制细菌生被膜的形成，从而提高氟喹诺酮类药物对细菌生物被膜的渗透性和对细菌生物被膜下细菌的杀菌活性[16]。刘皈阳等[17]以医用微孔滤膜为载体成功地建立铜绿假单胞菌生物被膜体外模型，并证实了大环内酯类药物如克拉霉素、阿奇霉素可以显著地促进加替沙星对细菌生物被膜的透过。目前认为[2]，氟喹诺酮类与大环内酯类/磷霉素联用是目前有效的治疗物被膜菌感染的方案。生物被膜内细菌由于藻酸盐层的屏蔽作用，大多数抗生素皆不能穿透藻酸盐层而作用于膜内细菌，这是生物被膜菌感染难治的主要原因之一。氟喹诺酮类抗生素包括环丙沙星、加替沙星、左氧氟沙星等，对生物被膜的渗透作用最强，在一定程度能杀死部分生物被膜菌，但常规剂量难以彻底清除生物被膜菌，而克拉霉素、阿奇霉素、磷霉素均能抑制细菌藻酸盐的合成，消除药物渗透屏障，所以联合应用这些抗生素能有效地治疗生物被膜相关感染。

随着抗菌药物的广泛使用，细菌的耐药问题日益严重，研究生物被膜的耐药机制，合理利用抗菌药物，在临床治疗过程中具有非常重要的意义。随着对生物被膜更深入的研究, 我相信最终必然会找到彻底征服生物被膜相关感染的方法，人类将会更好地控制细菌感染。