張江

摘 要：正如美國醫(yī)藥協(xié)會所報告的那樣，抗生素耐藥性被視為人類健康最大的威脅之一。生物技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)證明抗生素的功效能夠通過使用抗菌肽綴合物得到恢復(fù)。最近，研究人員已經(jīng)開發(fā)了多個治療和控制由微生物引發(fā)的疾病的高度有效的和可供選擇的方法。在疾病控制上的科學(xué)突破將能夠安全地解決抗生素耐藥性問題。世界需要更多的研究、開發(fā)和評估。

關(guān)鍵詞：抗體；耐藥性；噬菌體；乳酸；疫苗

中圖分類號：S831.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號：1001-0769（2018）06-0077-03

抗生素耐藥性被視為人類健康最大的威脅之一。美國每年有200多萬人感染抗生素耐藥菌，直接導(dǎo)致23 000人死亡。奧尼爾委員會（ONeil commission）對消除抗生素耐藥性全球威脅的手段進(jìn)行了評估，預(yù)測到2050年，全球?qū)⒂? 000萬人死于抗生素耐藥性。除了對現(xiàn)有藥物的抗性增加之外，新型抗生素的開發(fā)也較為缺乏。該委員會提出了減少抗生素使用的如下建議。

⑴開展大規(guī)模的全球公共衛(wèi)生活動，提高民眾對抗生素耐藥性的認(rèn)識。

⑵改善衛(wèi)生，預(yù)防傳染性疾病的擴(kuò)散。

⑶減少在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不必要的抗菌劑使用及抗生素環(huán)境中的散播。

⑷改善對人類和動物耐藥性及抗菌素使用的全球監(jiān)測。

⑸推動新的快速診斷方法應(yīng)用，減少不必要的抗生素使用。

⑹推動疫苗和替代品的開發(fā)和使用。

歐洲藥品管理局和歐洲食品安全管理局的一個委員會提出了在歐盟畜牧業(yè)生產(chǎn)中減少抗生素使用進(jìn)而降低對食品安全影響的實施措施。建議的措施包括：

⑴制定監(jiān)測抗菌藥物使用和抗生素耐藥性發(fā)展的國家戰(zhàn)略。

⑵制定減少抗生素使用的國家目標(biāo)。

⑶執(zhí)行牧場衛(wèi)生計劃。

⑷提高獸醫(yī)對處方抗菌劑的責(zé)任。

⑸提高快速可靠診斷方法的可用性。

⑹改善用于疾病預(yù)防控制的飼養(yǎng)管理措施。

⑺對畜牧生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行反思，減少內(nèi)在的疾病風(fēng)險?？赡苡糜谔娲股氐漠a(chǎn)品包括益生菌和益生元、競爭性排斥菌、噬菌體、免疫調(diào)節(jié)劑、有機(jī)酸和乳頭密封膠（teat sealant）等。

1 大健康委員會

大健康（One Health）是指“多學(xué)科間協(xié)同努力——在本地、國內(nèi)和全球范圍內(nèi)開展工作——獲得人、動物和環(huán)境的最佳健康?！笨股啬退幮允求w現(xiàn)大健康理念的最重要問題之一。不僅要基于大健康的原則，還要立足于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、社會平等以及在全球范圍內(nèi)為人類和動物提供有效醫(yī)療保健的原則，尋求降低選擇壓力以及在全球范圍內(nèi)打破耐藥性傳播周期的綜合手段。國際協(xié)議有助于確保通過全球協(xié)調(diào)完成這些目標(biāo)。

本綜述的目的是對最近動物飼料行業(yè)使用抗生素的進(jìn)展情況和抗生素替代品作一個概述。

2 使用CRISPR/Cas基因編輯系統(tǒng)逆轉(zhuǎn)抗生素耐藥性并用作抗菌劑

目前使用的抗生素往往是廣譜的，不加分辨地殺死有益共生菌，增加耐藥性。成簇的規(guī)律間隔的短回文重復(fù)序列（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，CRISPR）/Cas系統(tǒng)已經(jīng)成功地用于編輯細(xì)菌中靶向毒力因子和抗生素抗性基因，因此可用于可編程序列特異性抗菌素的開發(fā)。CRISPR系統(tǒng)是低等生物免疫系統(tǒng)的重要組成部分。它們能夠切斷導(dǎo)致病毒攻擊的任何病毒DNA序列。CRISPR技術(shù)被認(rèn)為是生物技術(shù)的一項世紀(jì)發(fā)現(xiàn)，開創(chuàng)了一個全新的基因編輯領(lǐng)域，可用于包括工程性抗菌劑開發(fā)在內(nèi)的治療目的。該技術(shù)可用于設(shè)計能選擇活性范圍的抗菌劑，并在體外和體內(nèi)通過噬菌體衣殼傳遞有效殺死目標(biāo)菌群（圖1）。此外該技術(shù)還可使耐藥菌重新變得對抗生素敏感。與其他方法相比，基于CRISPR技術(shù)的抗菌素的獨(dú)特優(yōu)勢在于它們能夠基于基因序列殺死細(xì)菌，它們可解決兩個問題：（1）防止不加分辨地清除腸道有益菌；（2）促進(jìn)非靶向菌群繁殖并擁有小生態(tài)，降低抗性的選擇壓力?；贑RISPR的技術(shù)將開辟控制菌群組成的新途徑，而不是使用傳統(tǒng)的廣譜抗生素。由于CRISPR/Cas技術(shù)的模塊化和簡單性，可以同時針對抗生素抗性和毒力決定簇快速構(gòu)建多重RNA引導(dǎo)核酸酶文庫，調(diào)節(jié)復(fù)雜的菌群組成。該技術(shù)將為新型抗菌劑的開發(fā)開啟途徑。

3 增強(qiáng)抗菌效力的抗生素綴合物

抗生素綴合物正日益成為治療或預(yù)防部分細(xì)菌性疾病的一種靶向治療方法。天然形式的抗生素在生物利用率、毒性、生物分布以及功效方面受到限制。與使用抗生素治療有關(guān)的問題通常與無法靶向特定部位有關(guān)。由于存在這些限制，加上游離抗生素具有快速和短效的特點(diǎn)，一般需要每日多次高劑量的抗生素來維持特定部位的治療濃度。這反過來會損傷共生菌群。使用綴合物可避免抗生素耐藥性產(chǎn)生，并有可能使對耐藥菌失去效力的抗生素重新恢復(fù)功效?？股鼐Y合物為將抗生素運(yùn)輸至身體中任何特定組織提供了新的手段。

4 以噬菌體作為抗菌劑

噬菌體是可以影響和殺死細(xì)菌的病毒。噬菌體可高特異性地感染細(xì)菌細(xì)胞，如果是裂解噬菌體，可破壞并裂解宿主細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞死亡（圖2）。穿透細(xì)胞壁的尾部將噬菌體DNA注入宿主細(xì)胞質(zhì)中。一旦進(jìn)入細(xì)胞，噬菌體會合成由噬菌體基因組編碼的特定酶，將宿主細(xì)胞的DNA和蛋白質(zhì)合成轉(zhuǎn)換為產(chǎn)生新的噬菌體顆粒。在噬菌體復(fù)制循環(huán)結(jié)束的特定時間，噬菌體編碼的穿孔素在細(xì)胞膜上形成孔隙，導(dǎo)致細(xì)胞快速破壞。裂解噬菌體具有成倍增殖的能力，并且可以迅速清除細(xì)菌，且與其耐藥性無關(guān)。

對革蘭氏陽性菌和陰性菌引起的動物急性感染，烈性噬菌體是非常有吸引力的候選治療劑。口服噬菌體通常會降低腸道病原體的濃度或使致病菌死亡。動物中使用噬菌體的問題主要是噬菌體宿主范圍較窄，導(dǎo)致其廣譜保護(hù)方面受到限制，服用噬菌體可能誘導(dǎo)動物體產(chǎn)生免疫反應(yīng)，造成細(xì)菌對噬菌體產(chǎn)生抗性，另外噬菌體在胃部低pH（約pH 2）條件下不穩(wěn)定，但是在大腸pH條件下（約pH 6.8）非常穩(wěn)定。有研究表明，包被在脂質(zhì)體中的噬菌體可在雞盲腸中保留更長時間（數(shù)日以上）。研究人員最近開發(fā)了基于基因工程噬菌體釋放系統(tǒng)，作為抗金黃色葡萄球菌的抗菌劑。它們能夠克服目前的噬菌體給藥系統(tǒng)的缺陷，如低效釋放、宿主范圍狹窄以及毒力基因的潛在轉(zhuǎn)移等。該系統(tǒng)可以適用于其他重要的病原體。最近的研發(fā)將不斷解決對噬菌體療法的擔(dān)心，并最終釋放出作為抗菌劑的巨大潛力。我們還需要進(jìn)行更多研究來證明工程噬菌體的健康/安全問題，包括其傳播耐藥性能力。

5 設(shè)計用于控制體內(nèi)微生物疾病的抗菌肽

抗菌肽是一類有應(yīng)用前景的新一代抗生素，具有戰(zhàn)勝細(xì)菌耐藥性的巨大潛力?？咕氖顷栯x子（帶正電荷）兩性小肽（29～42個氨基酸），對革蘭氏陽性菌和陰性菌、真菌和病毒具有直接或間接的抗微生物活性。與常規(guī)抗生素相比，抗菌肽能夠誘導(dǎo)快速殺滅，且與常規(guī)抗生素相比產(chǎn)生抗藥性的傾向較低。但是，盡管過去30年取得了重大進(jìn)展，抗菌肽仍未進(jìn)入臨床使用。很遺憾的是，抗菌肽必須在克服一些缺點(diǎn)（包括穩(wěn)定性差、易于蛋白水解、生理條件下活性低以及生產(chǎn)成本高）后才能進(jìn)入市場。有研究人員合成了一類新的抗菌劑，稱為“納米結(jié)構(gòu)工程抗菌肽聚合物”。它們對所有測試的革蘭氏陰性菌能夠表現(xiàn)出亞微摩爾活性，且被證明毒性低?？傮w而言，納米結(jié)構(gòu)工程抗菌肽聚合物作為低成本高效抗菌劑具有很大的希望。它們可能在對抗革蘭氏陰性細(xì)菌日益增長的威脅上非常有效。需要進(jìn)一步的研究來確認(rèn)工程抗菌肽的安全性和有效性。

6 使用化學(xué)合成的病毒樣納米粒子（納米抗生素）殺死致病菌

抗菌肽（宿主防御肽）及其合成模擬物已經(jīng)成為殺死致病細(xì)菌的比較有前景的候選物。陽離子電荷及兩親性是抗生素的兩個關(guān)鍵性狀，幫助眾多抗菌肽通過協(xié)同疏水和電荷相互作用破壞細(xì)菌膜?？咕牡某杀?、毒性和受限的組織分布阻礙了抗菌肽的直接應(yīng)用。由于抗菌肽的活性取決于其整體理化性質(zhì)而不是其特定的組成，因此人們對開發(fā)合成肽感興趣。合成抗菌肽的疏水性對于抗菌活性可能是至關(guān)重要的，但是也可能對哺乳動物細(xì)胞造成毒性。

一般認(rèn)為，開發(fā)膜活性抗菌劑是尋求陽離子- 疏水性微妙的平衡。研究人員通過設(shè)計模擬噬菌體尾部球形和桿狀聚合物分子刷這兩個基本結(jié)構(gòu)研究了納米結(jié)構(gòu)抗生素的作用。合成的尾刷參與顆粒與細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)合。他們的研究證明，盡管單個聚合物分子刷具有親水性和弱抗菌性，但一旦納米結(jié)構(gòu)發(fā)揮作用，兩親性就不再是必需的抗生素性狀。納米結(jié)構(gòu)的聚合物分子刷在細(xì)菌中可誘導(dǎo)形成孔（致死性），但不會誘導(dǎo)哺乳動物膜形成孔。納米結(jié)構(gòu)的大小和形狀可進(jìn)一步幫助確定聚合物分子對不同細(xì)菌的抗菌活性和選擇性。該研究強(qiáng)調(diào)了納米結(jié)構(gòu)在高活性、對真核生物的低毒性和靶特異性的膜活性設(shè)計中的重要性。此項研究可用于開發(fā)一種全新的化學(xué)合成抗菌劑，這種抗菌劑不會產(chǎn)生抗性，并可針對不同類型的細(xì)菌。新型抗生素可以飼料添加劑的方式廣泛用作促生長劑。休斯敦大學(xué)的研究人員認(rèn)為，這種令人興奮的新型抗菌劑可能成為一種關(guān)鍵工具，用以抗擊其他方式難以殺滅的耐藥菌。研究者謹(jǐn)慎樂觀地表示，通過生物工程技術(shù)可以合理設(shè)計具有最佳活性、選擇性、生物相容性和生物分布的納米抗生素。