噬菌体-抗生素联合，对抗“超级细菌”的另一种策略？

噬菌体治疗的一些“障碍”

随着新型抗生素的减少和多重耐药菌的增加，噬菌体疗法重新进入大众的视野。噬菌体作为抗生素的补充物，在食品安全、农业，养殖业方面受到广泛关注。美国食品和药物管理局（FDA）已批准使用商业化噬菌体制剂处理即食食品中的单核增生李斯特菌和沙门菌。同时，噬菌体在对抗其它一些多重耐药菌的感染中也有着“功不可没”的作用。尽管如此，噬菌体治疗仍存在一些“障碍”。比如，噬菌体的高特异性导致其裂解谱窄；噬菌体与细菌相互作用，细菌通过改变受体、超感染免疫、R-M限制修饰系统、CRISPR系统以及流产感染系统（Abi）对抗噬菌体的侵袭；某些噬菌体可能携带毒力基因或抗生素抗性基因，使得细菌从无毒性变为有毒性或无抗性变为有抗性。最重要的障碍可能是缺乏个性化噬菌体治疗的具体监管框架，或是噬菌体制剂难以申请专利而给制药行业带来的不确定性。噬菌体在某些情况下有望成为抗生素的重要补充物，但关于其安全性和有效性的大规模临床试验研究却很少。

尽管噬菌体具有治疗多重耐药菌感染的潜力，但抗生素也不能被我们“遗弃”。事实上，已有多篇研究报道显示，无论是在治疗成果方面还是在遏制细菌耐受性演变方面，噬菌体与抗生素联合使用的效果优于两种单独使用的效果。另外，开发出非常成功的抗生素和噬菌体特定组合或混合物可避免某些额外的监管问题和转基因噬菌体的争论。

噬菌体与抗生素联合应用的研究进展

噬菌体-抗生素联合使用的关键是两者产生协同作用（Phage-Antibiotic Synergy，PAS）。PAS的定义是某些压抑浓度的抗生素可显著刺激宿主细菌内烈性噬菌体产生的现象。将噬菌体和抗生素联合起来的逻辑源于进化论的认识---两种完全不同的选择压力可能比单一压力更有效。压力源之间的相互作用分别是相加、拮抗、协同，即组合效应是个体效应的总和、小于总和以及大于总和。尽管协同效应能更好的获得成功，但在体内环境时，由于宿主免疫系统的“帮助”，简单的相加作用也能使得治疗成功。现已有大量噬菌体联合抗生素在体内或体外相互作用对抗病原菌的试验（见表1）。Chaudhry等人利用噬菌体联合抗生素对抗铜绿假单胞菌生物被膜的研究发现，两者联用对生物被膜的降解效果优于两者单独使用的效果，且联用时一些抗生素在低剂量时能取得比高剂量更好的效果。Verma等人使用KPO1K2 (短尾科，T7类噬菌体)联合环丙沙星处理生长12小时的肺炎克雷伯生物被膜，他们发现，联合处理组与单独处理组相比，生物被膜降解量无明显差异，但联合处理组出现的耐受菌较单独处理组减少。Chhibber等人用SS（短尾科）噬菌体联合阿米卡星治疗肺炎克雷伯B5055引起的小鼠大叶性肺炎，获得相同的结果。作者表示，噬菌体与抗生素具有不同的抗菌作用，能最大程度的减少耐受菌的出现。Krisch等人研究发现，β-内酰胺类和喹诺酮类抗生素可刺激裂解性噬菌体的生长。他们以致肾盂肾炎大肠杆菌MFP及其噬菌体ΦMFP为研究对象，发现当头孢噻亏的浓度达到50ng/mL时能形成更大的噬菌斑（见图1）。在液体培养噬菌体时，添加20ng/mL的头孢噻亏能产生更多的子代噬菌体（见图2）。Rahman等人将噬菌体SAP-26分别和阿奇霉素、万古霉素、利福平联合使用以降解临床分离菌株金黄色葡萄球菌D43-a形成的生物被膜，结果显示，噬菌体SAP-26与利福平联用时细菌存活率最低。该研究也是首次表明，使用适当的噬菌体与抗生素（利福平）联用可有效降低金黄色葡萄球菌的生物被膜。Yilmaz等人评估了噬菌体Sb-1（肌尾病毒科）联合替考拉宁治疗临床分离MRSA菌株引起的大鼠胫骨感染。结果显示，与单独使用抗生素相比细菌数降低了三倍，而与单独使用噬菌体Sb-1相比，细菌数量降低了6倍，但只有联合用药阻止了生物被膜的形成。可见，局部应用噬菌体辅助抗生素治疗MRSA的感染，在骨科手术中具有巨大的应用潜力。2019年，哈德萨希伯来大学医学中心的研究人员在国际知名期刊发表了一篇“通过噬菌体与抗生素联合应用成功治疗骨伤耐药菌混合感染的案例”；今年3月，上海噬菌体与耐药研究所联合陆军军医大学在EMI杂志发表“无效抗生素联合噬菌体成功治疗尿路感染多重耐药肺炎克雷伯”的案例，进一步说明抗生素与噬菌体联用是对抗“超级细菌”的另一种有效办法。

表1抗生素-噬菌体对抗病原菌的成功案例(引自文献[1])

细菌	噬菌体科	抗生素	产生的效应	参考文献
洋葱伯克霍尔德菌	肌尾科	美罗培南 环丙沙星 四环素	协同效应 提高幼虫存活率	Kamal,F and Dennis,J.J(2015)
大肠杆菌	-	恩诺沙星	提供鸟类完全保护	Huff, W.E. et al. (2004
大肠杆菌	肌尾科	头孢噻亏	协同效应 降解生物被膜	Comeau, A.M. et al. (2007)
肺炎克雷伯	短尾科（T7类）	环丙沙星	降解细菌 减少耐受菌的出现	Verma, V. et al. (2010)
铜绿假单胞菌	短尾科	链霉素	降低细菌密度 降低抗生素耐受菌的出现	Torres-Barceló, C. et al. (2014)
铜绿假单胞菌	长尾科	头孢曲松	协同减少细菌的生长	.Knezevic, P. et al. (2013)
荧光假单胞菌	短尾科	卡那霉素	降低细菌的存活率 降低抗生素耐受菌的出现	.Zhang, Q.G. and Buckling, A.  (2012
金黄色葡萄球菌	肌尾科	利奈唑胺	防止MRSA足部感染 降低细菌密度	Chhibber, S. et al. (2013)
金黄色葡萄球菌	肌尾科	庆大霉素	降低细菌密度 降低噬菌体耐受菌的出现	Kirby, A.E. (2012)

图1 噬菌体ΦMFP在不含(0ng/mL)或含有(50ng/mL)头孢噻亏的大肠杆菌MFP平板上形成的噬菌斑（引自文献[2]）

图2 头孢菌素的存在使噬菌体的滴度增加（引自文献[2]）

噬菌体-抗生素联合潜在的缺陷

尽管噬菌体联合抗生素在降解生物被膜及防止耐受菌产生方面具有很大的潜力，但其仍存在一些缺陷。一、两者联合使用时细菌受到两种不同的选择压力，产生双耐受株是一个应当重视的问题。二、噬菌体优先靶向于抗生素敏感菌株，这样可通过“竞争性释放（Competitive release---在缺乏竞争者而导致竞争减弱时，物种会扩展其实际生态位）”促进抗生素耐受菌亚群的产生。根据这种假说，先被抗生素处理过的细菌拥有敏感的亚群，这些敏感的亚群优先成为噬菌体的靶向目标，从而间接促进抗生素耐受菌株的产生。例如，噬菌体可能更倾向于侵袭抗生素敏感菌株，而不是持久性或形成耐药性生物被膜的细菌。三、噬菌体和抗生素可能通过群体感应或竞争性释放独立调节细菌的毒力，给治疗带来更糟糕的结果。虽然目前还没有大量实验证实这些现象是联用的重要障碍，但在临床运用时，我们必须根据实际情况，“因地制宜、因时制宜、因人而异”，选择合适的联用方案，使治疗效果达到最佳。

参考文献：

[1] Torres-BarcelóC and Hochberg ME. (2016).Evolutionary Rationale for Phages asComplements of Antibiotics. Trends Microbiol. 24(4):249-256

[2] Comeau, A.M. et al. (2007) Phage–antibioticsynergy (PAS): blactam and quinolone antibiotics stimulate virulent phagegrowth. PLoS ONE 2, e799

[3] TagliaferriTL, JansenM, HorzHP. (2019).Fighting Pathogenic Bacteria on Two Fronts: Phages and Antibiotics as CombinedStrategy. FrontCell Infect Microbiol.9:22

    [4] 袁玉玉等.噬菌体与抗菌剂联合应用研究进展. 中国抗生素杂志2017年10月第42卷第10期

编辑：杨斓