近年來，由于廣譜抗生素、抗菌藥物的大量使用或濫用，各種耐藥性細(xì)菌或真菌隨之大量涌現(xiàn)，每年全球有近100萬人死于無法用普通抗生素治療的細(xì)菌感染；同時，由于新型抗菌藥物研發(fā)能力不足，各種細(xì)菌本身耐藥基因可橫向傳播，使現(xiàn)有抗生素的治療效果大大降低, 人類有可能面臨無有效抗生素可用的威脅。
為破解這一威脅，全球科學(xué)家一直在努力。日前，中科院昆明動物研究所天然藥物功能蛋白質(zhì)組學(xué)課題組賴仞研究員和張治業(yè)副研究員等人設(shè)計改造了一種強抗菌活性、高穩(wěn)定性和低毒性的抗菌肽——ZY4，為應(yīng)對當(dāng)前越來越嚴(yán)重的耐藥性鮑曼不動桿菌和綠膿桿菌的傳播及感染問題提供了良好的候選藥物分子，也為設(shè)計高效低毒的抗菌肽提供了參考新策略。研究成果在線發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》上。
超級細(xì)菌威脅人類健康
我們知道，在與抗生素等藥物長期、反復(fù)作用下，占多數(shù)的敏感菌株不斷被殺滅，耐藥菌株大量繁殖代替敏感菌株，使細(xì)菌對藥物的耐藥率不斷升高；同時，耐藥基因會在微生物間相互傳播，導(dǎo)致了細(xì)菌或真菌耐藥的情況越來越嚴(yán)重。人們將那些對多種抗生素具有耐藥性的細(xì)菌形象地稱為超級細(xì)菌。超級細(xì)菌不是特指某一種細(xì)菌，而是對演化了的多重耐藥性細(xì)菌的泛稱，這類細(xì)菌對現(xiàn)有抗生素具有強大的抵抗作用。
目前，受到廣泛關(guān)注的超級細(xì)菌主要有耐甲氧西林金黃色葡萄球菌、耐多藥肺炎鏈球菌、萬古霉素腸球菌、多重耐藥性結(jié)核桿菌、多重耐藥鮑曼不動桿菌以及最新發(fā)現(xiàn)的攜帶有NDM-1基因的大腸桿菌和肺炎克雷伯菌等等。由于大部分抗生素對它們無能為力，因而對人類健康構(gòu)成了極大危害。
2017年2月27日，世界衛(wèi)生組織（WHO）在日內(nèi)瓦發(fā)表了首份抗生素耐藥“重點病原體”清單，這是一份對人類健康構(gòu)成極大威脅的12種細(xì)菌種族目錄。WHO指出，制定清單的用意在于指導(dǎo)和促進新型抗生素的研究與開發(fā)。
“這份清單是用來確保研發(fā)工作面向公共衛(wèi)生緊急需求的新工具。抗生素耐藥性問題不斷加重，我們的治療選用辦法正在快速耗盡。如果僅僅依靠市場力量來解決問題，我們最迫切需要的新型抗生素將無法及時開發(fā)出來。”時任WHO系統(tǒng)和創(chuàng)新助理總干事瑪麗-保羅·基尼博士表示。
抗菌肽殺菌快速且很難導(dǎo)致耐藥
在世衛(wèi)組織上述12種“超級細(xì)菌”清單中，鮑曼不動桿菌和綠膿桿菌被列為“極為重要”級。“鮑曼不動桿菌及綠膿桿菌典型的特性就是對碳青霉烯類藥物耐藥，是造成很多重病患者死亡的直接原因。”張治業(yè)告訴科技日報記者，對碳青霉烯類抗生素耐藥的鮑曼不動桿菌和綠膿桿菌的出現(xiàn)，引起了人們對無法治療的感染的擔(dān)憂。
德國蒂賓根大學(xué)傳染病處處長以及清單制定主要貢獻(xiàn)者伊夫琳娜·塔科內(nèi)利教授曾表示，針對這種病原體優(yōu)先列表獲得的新型抗生素將有助于減少世界各地因耐藥感染造成的死亡。繼續(xù)等待將會帶來更多公共衛(wèi)生問題，并對病人治療產(chǎn)生很大影響。
中國科學(xué)家針對頭號“超級細(xì)菌”主動出擊。抗菌肽是一類具有抗菌活性的多肽類小分子，因其殺菌快速且很難導(dǎo)致微生物耐藥受到全世界的關(guān)注，可用于新型抗菌候選藥物分子的研發(fā)。賴仞研究員帶領(lǐng)的團隊識別了1000多個抗菌肽，并在此基礎(chǔ)上進行了抗菌肽的結(jié)構(gòu)功能改造，以提高抗菌活性、降低毒性和成本。ZY4是該團隊最近設(shè)計改造的抗菌肽，具有強抗菌活性、高穩(wěn)定性和低毒性。ZY4是一個由二硫鍵構(gòu)成的環(huán)狀肽，在體內(nèi)具有很高的穩(wěn)定性，半衰期為1.8小時，對耐藥鮑曼不動桿菌和綠膿桿菌顯示高效快速的殺菌活性。同時ZY4對這兩種細(xì)菌的生物膜及滯留菌也有顯著的清除作用，其綜合抗菌效果明顯優(yōu)于妥布霉素、左氧氟沙星、卡那霉素及頭孢替坦等傳統(tǒng)抗生素。ZY4長期使用不易產(chǎn)生耐藥性，亞抑菌濃度的ZY4與鮑曼不動桿菌和綠膿桿菌持續(xù)作用60代后，ZY4對這兩類菌的抑菌作用未見明顯改變。
值得注意的是，在小鼠敗血癥感染模型中，ZY4降低了對綠膿桿菌肺部感染的敏感性，也抑制了綠膿桿菌和鮑曼假單胞菌在靶器官的傳播。這些發(fā)現(xiàn)表明，ZY4是抗多藥物耐藥細(xì)菌感染的理想候選藥物分子。
ZY4抗菌肽源于自然超于自然
為提升對超級細(xì)菌的“作戰(zhàn)”能力，科學(xué)家們一方面通過研發(fā)新型抗生素或抗菌分子，另一方面也改造傳統(tǒng)的抗生素，使其活性得到提升或通過不同靶點發(fā)揮抗菌活性。遺憾的是，目前僅有少數(shù)幾個新型抗生素處于臨床開發(fā)階段。與傳統(tǒng)的抗生素不同，抗菌肽是一類由氨基酸組成的多肽類小分子，具有殺菌快速且很難導(dǎo)致微生物耐藥等特性，是良好的抗菌候選藥物分子。
“我們團隊長期從事抗菌肽研究。截至目前，我們通過分離純化結(jié)合基因鑒定及轉(zhuǎn)錄組分析等手段，鑒定識別了1000多個來自兩棲類、爬行類及昆蟲等動物體內(nèi)的抗菌肽。”張治業(yè)告訴記者，近期，他們在天然抗菌肽的基礎(chǔ)上，根據(jù)課題組多年的研究經(jīng)驗，并結(jié)合部分文獻(xiàn)的報道，通過氨基酸的替換、結(jié)構(gòu)修飾等手段，設(shè)計改造獲得了ZY4。
張治業(yè)認(rèn)為，改造抗菌肽的關(guān)鍵問題，是保持其已有的抗菌活性，并最大程度地減小毒性，增強穩(wěn)定性，同時通過縮短肽鏈長度以實現(xiàn)成本最低化；而難點與創(chuàng)新點則在于如何提升抗菌肽的活性和增加特異性，這一方面來自于天然抗菌肽本身的特性，另一方面取決于不同細(xì)菌本身的性質(zhì)，如革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌在細(xì)胞壁和細(xì)胞膜差別巨大，就可以根據(jù)這一特點，針對不同類型的細(xì)菌，通過設(shè)計改造來優(yōu)化抗菌肽。
“用類似的方法并結(jié)合我們的經(jīng)驗，我們也希望開發(fā)出針對其他超級細(xì)菌的抗菌肽。”張治業(yè)表示，但ZY4作為候選藥物分子，走向臨床應(yīng)用還有很長的路要走，還需要提供詳細(xì)的藥理、藥效、毒理研究、藥代動力學(xué)及藥學(xué)研究等用于臨床批文的申報；即使拿到了藥物臨床批文，也須經(jīng)過Ⅰ期到Ⅲ期臨床研究的考驗。“我們的這項研究，其重要意義主要在于為應(yīng)對當(dāng)前越來越嚴(yán)重的耐藥性鮑曼不動桿菌和綠膿桿菌的傳播及感染問題提供了良好的候選藥物分子，也為設(shè)計改造抗菌肽提供了思路和參考方法。”（記者 趙漢斌）
