Science Translational Medicine：

两种新分子帮助β-内酰胺类灭杀耐药菌

诸平

         金黄色葡萄球菌是临床上常见的毒性较强的细菌，自从20世纪40年代青霉素问世后，金黄色葡萄球菌引起的感染性疾病受到较大的控制，但随着青霉素的广泛使用，有些金黄色葡萄球菌产生青霉素酶，能水解β-内酰胺环，表现为对青霉素的耐药。科学家研究出一种新的能耐青霉素酶的半合成青霉素，即甲氧西林(methicillin)。1959年应用于临床后曾有效地控制了金黄色葡萄球菌产酶株的感染，可英国的Jevons就首次发现了耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)，MRSA从发现至今感染几乎遍及全球，已成为院内和社区感染的重要病原菌之一。MRSA具有不均一耐药性、广谱耐药性以及生长特殊性等特性。不均一耐药性是指MRSA菌落内细菌存在敏感和耐药两个亚群，即一株MRSA中只有一小部分细菌约10^-4~10^-7，对甲氧西林高度耐药，在50 μg/ml甲氧西林条件下尚能生存，而菌落中大多数细菌对甲氧西林敏感，在使用抗生素后的几小时内大量敏感菌被杀死，但少数耐药菌株却缓慢生长，在数小时反又迅速增殖。而广谱耐药性是指MRSA除对甲氧西林耐药外，对其它所有与甲氧西林相同结构的β-内酰胺类和头孢类抗生素均耐药，MRSA还可通过改变抗生素作用靶位，产生修饰酶，降低膜通透性、产生大量对氨基苯甲酸（para aminobenzoic acid缩写PABA）等不同机制，对氨基糖苷类、大环内酯类、四环素类、氟喹喏酮类、磺胺类、利福平均产生不同程度的耐药，唯对万古霉素敏感。MRSA生长特殊性是因为其生长缓慢，在30 ℃，培养基（pH=7.0）及高渗(40 g/L NaCl溶液)条件下生长较快。在30 ℃时，不均一耐药株表现为均一耐药和高度耐药，在37 ℃又恢复不均一耐药。均一耐药株在>37 ℃或pH<5.2时，均一耐药性可被抑制而表现为敏感。增加NaCl浓度，低温孵育和延长时间，可使不均一耐药株群体中敏感亚群中的耐药性得到充分表达，即能耐受较高浓度的甲氧西林，而对其中耐药亚群无影响。但也有报道，高渗下延长培养时间，会影响MRSA的检出结果，因为在高盐情况下，培养48 h，对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌(methicillin sensitive Staphylococcusaureus，MSSA)易产生大量β-内酰胺酶，可缓慢水解甲氧西林，导致细菌生长，而误认为MRSA。所以一般MRSA在高盐环境孵育24 h，而耐甲氧西林凝固酶阴性葡萄球菌(MRCNS)由于耐药亚群菌数少于金葡菌，应孵育48 h观察结果。

        MRSA的耐药机理可以分为固有耐药和获得性耐药两种。固有耐药是由染色体介导的耐药，其耐药性的产生与细菌产生一种青霉素结合蛋白(PBP)有关。产生五种PBP(1，2，3，3′和4)，它们具有合成细菌细胞壁的功能。它们与β-内酰胺类抗生素有很高的亲和力，能共价结合于β-内酰胺类药物的活动位点上，失去其活性导致细菌死亡，而MRSA产生了一种独特的PBP，这种分子量增加了78~1000道尔顿的PBP，因其电泳率介于PBP2与PBP3之间，故称为PBP2a或PBP2′。PBP2a对β-内酰胺类抗生素亲和力很低，因而很少或不被β-内酰胺类药结合。在β-内酰胺类抗生素存在的情况下，细菌仍能生长，表现出耐药性。PBP2a的产生是受染色体甲氧西林耐药基因(mec A)来调节的。MRSA与MSSA根本区别在于它们的PBP不同。对于MRSA获得性耐药而言，是质粒介导的耐药。某些菌株通过耐药因子产生大量β-内酰胺酶，使耐酶青霉素缓慢失活，表现出耐药性，多为临界耐药。这些在网上“耐甲氧西林金黄色葡萄球菌”的百科条目之下均可看到。

        虽然耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)构成了全球主要的公共卫生危机，但是，研究人员现在确定了新的非抗生素化合物（non-antibiotic compounds），这些化合物可以恢复MRSA对抗生素的敏感性,对于灭杀MRSA提供一个潜在的组合策略。

          据MedicalXpress网站2016年3月10日报道，制药巨头默克公司（Merck）的一研究团队曾经研究发现了一种特殊方法，可以促使抗微生物制剂失去杀灭特殊类型细菌的能力，使得细菌变得更加厉害；而近日在《科学：转化医学》（Science Translational Medicine）上的一项研究报道中，该研究团队描述了他们的最新研究成果，文章中研究者发现了一种特殊分子，可以干扰细菌对抗菌制剂产生耐药性的特殊防御机制，而且这种分子或可帮助β-内酰胺类抗生素再次杀灭耐药菌。

         细菌对抗生素形成耐药性已经是众所周知之事了,特别是其中一种类型即金黄色葡萄球菌 （Staphylococcus aureus）,耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)已成为特别令人烦恼的病原菌之一，其引发的耐药性尤为严重，这种耐药菌是引发金黄色葡萄球菌感染中最常见的一种，而且其对β-内酰胺类（ß-lactams）抗生素的攻击越来越具有免疫力，β-内酰胺类抗生素是包含青霉素在内的一类抗生素。

        研究表明,耐甲氧西林金黄色葡萄球菌能够抵御ß-内酰胺类药物攻击的方式之一,就是使用了被称之为磷壁酸（teichoicacid）构件模块强化了细菌的细胞壁。而以前的研究也发现过在其后期，能够破坏其构建的细胞壁的分子,但是，到目前为止，并没有被证明对于减少抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌是有效的。而发表在《科学：转化医学》杂志的这项新的研究结果,研究人员对于在早期阶段就能够干扰细胞壁发育的所有分子进行了一次详尽的搜索，并对每一种有可能会起作用的分子，一一与另一种已知具有抑制细胞壁后期生长的化合物一起进行试验。通过研究来寻找可以干扰耐药性细菌细胞壁形成的分子，随后研究者开发了名为tarocin A和tarocin B的两种分子，这两种分子可以在细菌细胞壁形成早期阶段干扰细胞壁的形成，随后研究者就开始强化所开发分子的能力，并且进行多种实验来检测这两种分子治疗细菌性感染的能力，研究者发现，这两种分子结合后可以有效抵御MRSA和MRSE（耐甲氧西林表葡菌）这两种耐药性细菌的感染，前者达到了82%，而后者达到了72%。同时研究者还检测了这两种分子对感染MRSA的小鼠的治疗作用，结果显示，进行双倍剂量疗法的小鼠机体细菌性感染的症状明显减轻了，而仅适用一种分子进行治疗并不会明显改善小鼠的感染症状，后期研究者将会继续深入研究来探索新型分子是否会对人类细胞产生有害效应。

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S. H. Leeet al. TarO-specific inhibitors of wall teichoic acid biosynthesis restore-lactam efficacy against methicillin-resistant staphylococci, Science Translational Medicine(2016). DOI:10.1126/scitranslmed.aad7364

Abstract 
The widespread emergence of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA)has dramatically eroded the efficacy of current β-lactam antibiotics andcreated an urgent need for new treatment options. We report an S. aureusphenotypic screening strategy involving chemical suppression of the growthinhibitory consequences of depleting late-stage wall teichoic acidbiosynthesis. This enabled us to identify early-stage pathway-specificinhibitors of wall teichoic acid biosynthesis predicted to be chemicallysynergistic with β-lactams. We demonstrated by genetic and biochemical meansthat each of the new chemical series discovered, herein named tarocin A andtarocin B, inhibited the first step in wall teichoic acid biosynthesis (TarO).Tarocins do not have intrinsic bioactivity but rather demonstrated potentbactericidal synergy in combination with broad-spectrum β-lactam antibioticsagainst diverse clinical isolates of methicillin-resistant staphylococci aswell as robust efficacy in a murine infection model of MRSA. Tarocins and otherinhibitors of wall teichoic acid biosynthesis may provide a rational strategyto develop Gram-positive bactericidal β-lactam combination agents activeagainst methicillin-resistant staphylococci.