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呵护人类心灵的窗户——美国疾控中心推荐的噬菌体治疗细菌性角膜炎
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呵护人类心灵的窗户
——美国疾控中心推荐的噬菌体治疗细菌性角膜炎
by 齐云龙
亮点：噬菌体鸡尾酒疗法和光动力疗法（PDT）相结合的协同策略具有“1+1>2”的杀菌效果，并在小鼠模型中表现出良好的生物相容性，显示出未来眼部感染治疗临床转化的巨大潜力。
前言
“眼睛是心灵的窗户”，同时眼睛也是人体中最精密的器官之一，它由多个复杂的部分组成，包括角膜、虹膜、晶状体、视网膜等，这些部分协同工作，使我们能够看到清晰的图像。同时，眼睛也非常脆弱，容易受到各种伤害和疾病的影响，如近视、白内障、青光眼等。因此，保护眼睛健康非常重要。
眼表有多种潜在的致病菌，包括假单胞菌属、不动杆菌属、葡萄球菌属和链球菌属等。尽管细菌繁多，但我们健康的眼表可以通过物理屏障（眼睑和睫毛）和化学屏障（含溶菌酶、防御素和乳铁蛋白的泪膜）抵御这些细菌的入侵。当这种防御机制被破坏，就有可能造成眼部感染。
全球有超过 2.5 亿人受到眼科疾病的影响。细菌性角膜炎（BK）是最常见的眼科疾病之一，也是导致失明的第二大原因。
很多爱美人士为了摆脱厚重的有框眼镜，常常选择隐形眼镜，但长时间、不正确佩戴隐形眼镜极高概率患上角膜炎。
角膜占眼睛屈光力的三分之二，是图像聚焦的必要条件，角膜感染会迅速影响视力。感染性角膜炎分为病毒感染和微生物（细菌、真菌、寄生虫）感染。角膜炎的危险因素有很多，包括佩戴隐形眼镜、眼外伤、眼表疾病（重度干眼症等）及角膜并发症（极少数情况下）。其中隐形眼镜护理不当往往是造成细菌性角膜炎的重要原因，例如佩戴隐形眼镜睡觉、隐形眼镜护理液和眼镜盒未定期更换等。据报道，苏格兰细菌性角膜炎的发病率为万分之0.26，其中隐形眼镜佩戴者的发病率更高、高达万分之4.2。在美国约4500万隐形眼镜佩戴者中，每年因隐形眼镜相关并发症就医有100万人之多。隐形眼镜相关角膜炎大多由细菌引起，最常见的是铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和链球菌等。由于易感因素的增加，细菌性角膜炎的年发病率在全球范围内不断攀升。
图. 细菌性角膜炎病例
在治疗方面，若为细菌感染，一般首选抗生素治疗，但细菌耐药日益严重的今天，抗生素不再是“神药”，如美国发生眼药水被高度耐药细菌污染事件，治疗耐药细菌急需替代疗法。
细菌在角膜感染过程中会形成生物膜，进一步增强了其耐药性和致病性。例如，在临床眼部金黄色葡萄球菌分离株中，对主要治疗手段氟喹诺酮类药物的耐药性一直在稳步上升。据报道，第三代氟喹诺酮类抗生素左氧氟沙星的耐药率高达40%，第四代抗生素莫西沙星的耐药率高达35%。此外，世界各地越来越多地报道了多重耐药铜绿假单胞菌分离株的出现，包括最近在2023年爆发的与受污染滴眼液相关的极端多重耐药铜绿假单胞菌感染事件，不仅导致患者严重的眼部感染及永久性失明，甚至导致几名患者死亡。
2001-2004年间，中国细菌性角膜炎分离株对氨基糖苷类抗生素的耐药率呈上升趋势，其中对妥布霉素的耐药率最高，2008年达29.0%；36.0%的细菌分离株对环丙沙星耐药，15.5%对新一代氟喹诺酮类药物左氧氟沙星耐药。很明显，仅在几十年前还被认为是抵御微生物主要防线的抗生素，在治疗今天细菌感染方面正变得越来越有限。
因此，开发新的治疗策略以有效对抗MDR-PA引起的BK至关重要。
图1. 期刊论文
武汉大学辜美佳/陈实/王连荣团队开发了一种智能化的噬菌体眼药水，结合噬菌体疗法和光动力疗法（PDT），以对抗临床分离的MDR-PA引起的BK。该眼药水通过模块化结合I型光敏剂（PS）ACR-DMT，增强了对MDR-PA的靶向杀伤效果，同时能够穿透和破坏生物膜，并有效防止生物膜的再形成。该研究近日以The Guardian of Vision: Intelligent Bacteriophage-Based Eyedrops for Clinical Multidrug-Resistant Ocular Surface Infections（视力守护者：基于噬菌体的智能滴眼剂治疗临床多重耐药性眼表感染）为题在线发表于Advanced Materials(先进材料，影响因子: 27.4)期刊。
图2. 智能ACR-DMT臂噬菌体滴眼液治疗临床MDR-PA BK的示意图
研究方法
噬菌体与光敏剂的结合：使用机械破碎法制备纳米塑料，并通过共价结合技术将ACR-DMT结合到特定MDR-PA的噬菌体上，形成具有高效ROS生成能力的噬菌体-ACR-DMT复合物。
体外和体内实验：通过小鼠模型和体外细胞实验评估这种复合物的抗菌和破坏生物膜的效果。使用CT成像、组织病理学和生化方法评估其对小鼠肺部的毒性，通过蛋白质组学分析揭示其毒性机制。
图3. ACR-DMT的分子结构和光物理性质以及ACR-DMT武装噬菌体的表征
关键发现
抗菌效果：ACR-DMT-armed噬菌体在光照条件下对MDR-PA表现出显著的抗菌效果。在暗条件下，噬菌体和ACR-DMT的联合使用也表现出较强的抗菌活性，尤其是在光照条件下，几乎所有的MDR-PA都被消灭。
生物膜破坏：该复合物能够快速渗透并破坏MDR-PA生物膜，同时防止生物膜的再形成。在光照下，复合物通过生成大量ROS，破坏生物膜的完整性，使噬菌体能够渗透并进一步裂解嵌入的MDR-PA。
机制研究：ACR-DMT通过产生•OH和其他ROS来实现抗菌效果，同时还通过调节炎症因子的分泌、减少免疫细胞浸润、增强T细胞分化和调节T细胞亚群比例，促进伤口愈合而不留疤痕，保护眼部组织，恢复视功能，减轻长期不适和疼痛。
安全性和稳定性：ACR-DMT-armed噬菌体在4°C 储存3周后仍保持稳定，证明其作为眼药水配方的稳定性和可行性。此外，实验结果表明，这种智能化眼药水不仅在暗条件下具有抗菌活性，还能显著减少生物膜的形成和再生。
图4. ACR-DMT 武装噬菌体用于多模式抗 MDR-PA 治疗的协同作用
图5. MDR-PA 感染的 BK 的体内治疗
总结
该研究开发了一种智能化噬菌体眼药水，通过结合噬菌体疗法和光动力疗法，对抗MDR-PA引起的BK。这种眼药水最大限度地发挥了噬菌体和 ACR-DMT 的优势，能够在低氧依赖性条件下对 MDR-PA 进行更强、更特异的靶向杀灭，穿透并破坏生物膜，有效防止生物膜重组。改变生物膜和免疫微环境可以无创缓解炎症，促进角膜愈合而不形成疤痕，保护眼部组织，恢复视觉功能，防止长期不适和疼痛。这种策略具有很强的可扩展性，患者依从性高，预后良好，而且方法简单方便，不需要频繁给药，不会导致再次感染。这为治疗各种眼表细菌感染提供了一种无创的治疗方法，具有很大的临床应用潜力。
另外，此前也有多项研究结果显示噬菌体可能是耐药菌引起的角膜炎的合适替代或补充疗法，在上述提及的美国滴眼液受耐药细菌污染事件中，美国疾控中心就推荐患者采用噬菌体治疗。噬菌体治疗角膜感染的成功为其临床应用潜力提供了实质性的证据。
参考文献
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