追本溯源：独特视角理解细菌耐药性！

耐药性的生物学理解及其应对策略

来源：感染诊断

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述  评 

细菌耐药问题，愈加严重，已上升到威胁人类健康的问题高度。

现象是，限制抗菌药物使用、加强院感管理；结果是，越限制越耐药、越管理越广泛传播。难道只能无奈接受现实，接受无药可用……

关键是，耐药问题的本质和规律究竟是怎么一回事；我们现有的理解和知识究竟是已经触及了问题的根本，还是压根就只是在表面徘徊！

自然界有许多这样的事例：看似相关甚至互为因果的现象或过程，有时只是共存、伴随、共现，甚至根本就是拮抗、相悖。

问题出现了，规律和机制也摆在那，需要探索，特别是全面、广泛、深入、系统、多维度的探索，才能客观真实的理解，进而应用。

分享两篇独特视角的文章，为你理清相关的概念，期待对你有所启发。

 前  言 

新抗菌药物开发的不足，以及细菌对现有药物耐药性（Antimicrobial

resistance，AMR）的不断增强，逐渐限制了目前可供临床抗感染治疗的药物选择。

为了降低由耐药细菌感染造成的死亡，不仅需要了解由水平基因转移或新生突变带来的基因型耐药的知识，还需要了解缺乏稳定遗传基础的表型耐药的知识。

本文总结了对于细菌耐药性理解的最新进展和局限性，并提出了应对其临床后果的解决方法，包括识别以前未开发的细菌靶点、新的抗菌化合物和联合用药方案。

重点是细菌耐药的相关概念的理解，以及细菌耐药在临床上检测的局限性方面。

 概  念 

MIC（Minimum Inhibitory Concentration ）：

临床最常应用的细菌耐药性的判断指标，即能抑制细菌生长的最低抗菌药物浓度。

MBC（Minimum Bactericidal Concentration）：

最低杀菌浓度，即杀死一个细菌种群中99%的细菌所需的最低抗菌药物浓度。

MDK（Minimum Duration for Killing）: 

最低杀菌时间，用于判断细菌耐受性水平的指标，是耐受性的一种量化分析方法，基于耐受性菌株需要更久的时间才能被杀死得到的。

精确表述是：the time required to kill a large fraction of the population, for example, the MDK₉₉，which is the minimum duration of treatment that kills 99% of the bacterial population。

基因型耐药（Genetic AMR）：

通过细菌基因组突变或通过获得性耐药基因所介导或产生的耐药性。

子代通过以上两种途径拥有对抗菌药物的耐药性。

表型耐药（Phenotypic AMR）：

一般是指在没有介导耐药的遗传基础（耐药机制）的菌体，却表现出对抗菌药物耐受的现象。

翻译为表现型耐药更为妥当，即只表现出耐药，但这种表现并非由通常意义上的耐药机制所介导（包括已知和未发现的耐药机制）。

具体又可分为以下两种情况：

• 耐受（Tolerance）：
  敏感细菌表现出降低的灭活率（slowed rate of killing for the bulk population）。即敏感细菌对有效抗菌药物一定程度的耐受，但并非是耐药细菌所表现出的那种耐药表型（如MIC升高）。
  精准表述是：
  Tolerance is a population- level phenomenon that enables the population to survive the duration of a transient antibiotic treatment several times above the minimum inhibitory concentration (MIC) without a resistance mechanism。
• 持留（Persistence）：
  敏感细菌中部分菌体较多数菌体表现出低很多的灭活率（much slower rate of killing），或者根本就不被杀灭（are not killed at all）。
  这种特征是一株细菌中部分菌体所表现出来的表型特征，而耐受是整体菌体共同表现出的表型特征。
  精确表述是：Persistence is connected with a heterogeneous population, in which only a part of the population consists of tolerant cells。

图1. 耐药菌、敏感菌、耐受菌体、持留菌体的药物敏感性表型特征

图2. 抗菌药物作用下，耐受菌体较敏感菌表现出更长的最低杀菌时间（MDK99），即杀灭相同数量的菌体，需要更长的作用时间。

图3. 抗菌药物作用下，持留菌体与敏感菌表现出相同的最低杀菌时间（MDK99）。但是，会有极少持留菌体较敏感菌表现出更低的最低杀菌时间（MDK99.99）。换言之，多数持留菌体与敏感菌在同样时间内可被杀灭，但有极少持留菌体需更长的作用时间，甚至根本不被杀灭。

异质性耐药（Heteroresistance）：指一些表型AMR菌会短暂的获得基因突变，变为基因型AMR。

 表现形式 

理解了以上概念，再去理解不同种类的AMR。首先是基因型AMR和表型AMR。

图4就形象了展示了这两种AMR的区别。

基因型AMR（图中红色菌体）在接触药物后存活并能够继续增殖，而大多数敏感菌（图中蓝色菌体）死亡。

AMR菌继续增殖，并将其耐药机制传递给它的后代，即使当抗菌药物被移除，在第二次接触抗菌药物时，所有的细菌细胞都能存活下来，并在接触抗菌药物期间继续生长，表现为耐药。

表型AMR（图中黑色菌体）在基因上与它的兄弟姐妹相同，但碰巧处于一种代谢状态，有利于在第一次接触抗菌药物后存活下来。

当从抗菌药物移除时，这种细菌产生相似的种群。第二次接触抗菌药物，杀死的细菌种群比例与第一次相同。表现为敏感，但不会被完全杀灭。

图4. 基因型耐药与表型耐药的差异。ABX：antibiotic。

基因型AMR是由于基因的改变导致的细菌耐药；

会遗传给下一代；

细菌的MIC及MBC都会增加；

会导致临床初次治疗的失败；

针对基因型耐药的治疗最好的办法就是开发新的抗菌药物。

而对于表型AMR来说，细菌的基因没有发生变化；

耐药性也不会遗传；

MIC不变，MBC在某些情况下会增加；

表型耐药也会导致临床初次治疗的失败，还有可能进一步发展为基因型AMR；

针对表型AMR造成的感染，可以联合用药或延长抗生素的治疗时间。

图5. 基因型耐药与表型耐药的差异。

理解了基因型AMR和表型AMR的概念后，再去理解表型耐药中的耐受性和持留性。

耐受（Tolerance）是以一个恒定的速率杀死一个菌群的大部分细菌，而且这个速率要比平时杀菌速率慢得多。

持留（Persistence）是菌群中的一部分亚群的杀灭速率比较慢或者没有被全部杀死，它体现的是一个克隆菌群中一个亚群暴露于高剂量抗菌药物中存活的能力。持留和耐受的细菌都有可能逆转为原来的敏感菌，或者进一步进化为基因型AMR。

图6. 耐受与持留的差异。

 表现形式 

以下三个概念可以综合区别不同类型的AMR：分别是耐药菌的流行率（Prevalence），耐药菌在抗生素条件下的生长率（Growth rate）以及抗生素的杀菌率（Kill rate）。

如图7所示，基因型AMR（resistance）和耐受性细菌100%表现为AMR，而持留菌和异质性耐药菌表现为AMR的比率在（0，100%）；

在抗生素存在条件下，耐受性细菌不生长，持留菌表现为生长的比率在[0，100% ]，异质性耐药菌和基因型耐药菌生长的比例在（0，100%]；

抗生素不能杀死异质性耐药菌和基因型耐药菌，对持留菌和耐受性细菌的杀灭率在[0，100%）。

此图十分难以理解，建议耐心研读

图6. 各类耐药的区分。

 总  结 

由于生物膜的存在，表型AMR比基因型AMR更常见，并可以根据经验使用特定抗生素治疗感染的时间反映感染表型耐药的耐受性水平；如果将抗生素用于一个正在复制的细菌群体，通常只会让一小部分细菌存活来，这部分细菌在基因上与被杀死的细菌相同，在移除抗生素后，产生与原始种群具有相同MIC的后代（通常称为持留菌）。从这个意义上说，表型AMR可能出现在许多或大多数抗生素应用情况下。

如果将抗生素用于非复制菌群，通常会导致许多甚至所有的细菌存活下来，同样，当幸存者在复制条件下测试时，没有突变，MIC也没有变化；对表型AMR的研究数十年来一直受到阻碍，不仅因为这种现象是短暂的，还因为在支持细菌复制的标准实验室条件下进行研究时，它通常涉及细菌种群中非常小的一部分，即持留性细菌。这种细胞很难与那些基因型AMR的细菌区分开来。

最后，我也对文章中关于目前细菌耐药测定方法存在的局限性的相关观点进行了总结。首先，这种体外培养细菌的培养基的成分与人体的体液成分不同，无法模拟真正的人体环境，也无法模拟药物浓度在人体内的动态变化；

表型AMR多涉及生物膜，生物膜不同区域的细菌可以通过不同的机制对不同的抗生素显示出表型AMR，而同一细菌在浮游或生物膜状态下表型AMR的基因调控因子也可能不同；

标准MIC和MBC试验忽略了接种量效应，即初始细菌接种量的大小对抗素表观效力的影响；

MIC变化在2倍或4倍以内被认为在误差允许范围内，但最近的研究证据表明， MIC的微小变化也可以产生临床后果；

对细菌死亡的标准测量可能夸大了抗生素的影响，生与死之间可能有疾病，对于病人和病原体来说，疾病不仅会导致死亡，还会导致康复。

抗生素能让细菌在分子修复时暂停或减缓复制。如果在某些细菌处于修复模式时对存活的细菌进行量化，那么我们就可以将某些正在恢复复制能力并引起疾病的细菌视为死亡。这类细菌在非复制模式下往往表现出表型AMR。

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