潘麗玲 陳瓊清 梁寧生

廣西醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院藥學(xué)部,南寧市 530021

【提要】 細(xì)菌對抗菌藥的耐藥性(AMR)問題是全球衛(wèi)生面臨的主要威脅之一。疫苗和抗體可以通過預(yù)防和治療細(xì)菌或病毒感染/兩者引起的繼發(fā)感染,減少對抗菌藥的需求,從而降低AMR的發(fā)生?？偨Y(jié)疫苗和抗體在對抗AMR方面發(fā)揮的重要作用,探討當(dāng)前現(xiàn)有疫苗和抗體如何參與對抗AMR,可為解決AMR提供更廣泛的思路。

自1928年英國醫(yī)學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素以來,抗菌藥逐漸得到發(fā)展和廣泛應(yīng)用,挽救了無數(shù)感染性疾病患者的生命。然而,由于抗菌藥的成功開發(fā),使得其便宜和容易獲得,導(dǎo)致過度使用和不恰當(dāng)使用,產(chǎn)生了細(xì)菌對抗菌藥的耐藥性(antimicrobial resistance,AMR)問題。AMR是全球衛(wèi)生面臨的主要威脅之一?；诩?xì)菌與人類與生俱來的共生關(guān)系和細(xì)菌“與時(shí)俱進(jìn)”的耐藥機(jī)制,AMR所造成的影響愈發(fā)嚴(yán)峻。2019年,全球估計(jì)有495萬例死亡與耐藥細(xì)菌感染有關(guān),AMR成為世界各地死亡的主要原因之一[1]。

傳統(tǒng)上應(yīng)對AMR問題主要依靠不斷發(fā)現(xiàn)和制造新的抗菌藥,這些新型抗菌藥以細(xì)菌的不同結(jié)構(gòu)和功能為靶標(biāo),殺滅耐藥的細(xì)菌。但是,隨著每一種新抗菌藥的使用,細(xì)菌都能夠逐漸適應(yīng)并進(jìn)化出新的耐藥機(jī)制,以驚人的速度逃避抗菌藥介導(dǎo)的死亡?？咕幨侵委煾腥镜谋匦杵?不合理使用會(huì)增加耐藥菌的產(chǎn)生。有研究表明,碳青霉烯類抗菌藥的使用量與鮑曼不動(dòng)桿菌對美羅培南耐藥率呈正相關(guān),亞胺培南的使用量與美羅培南、亞胺培南的耐藥率呈正相關(guān)[2]。無論哪種新抗菌藥,最終AMR問題不可避免地會(huì)出現(xiàn)[3]。而且,新抗菌藥的研發(fā),因?yàn)榧夹g(shù)和經(jīng)濟(jì)等問題,變得越來越困難,目前已出現(xiàn)了新型抗菌藥研發(fā)的空窗期。因此,應(yīng)對AMR問題,僅專注于新抗菌藥的研發(fā)是不夠的,應(yīng)該配合其他有效的手段。

疫苗和抗體可能是對抗AMR的有效手段。預(yù)防性使用疫苗,一方面可以減少宿主的感染,另一方面可以在細(xì)菌感染初期產(chǎn)生特定的免疫反應(yīng),控制感染,減少抗菌藥的使用[3-4]。在機(jī)體發(fā)生嚴(yán)重感染時(shí),注射抗體可中和關(guān)鍵毒素或毒力因子,也可通過誘導(dǎo)細(xì)菌清除激活補(bǔ)體介導(dǎo)的細(xì)菌裂解或調(diào)理吞噬作用,發(fā)揮抗菌作用[3]。前者屬于主動(dòng)免疫,后者屬于被動(dòng)免疫。本綜述分析和介紹當(dāng)前疫苗和抗體如何參與對抗AMR,旨在為解決AMR問題拓寬思路。

1 疫 苗

根據(jù)最新的預(yù)測,到2050年,AMR造成的死亡人數(shù)將超過癌癥造成的死亡人數(shù),達(dá)到1 000萬例死亡[5-6]。有證據(jù)表明,在這種環(huán)境下,細(xì)菌和病毒疫苗對解決AMR問題都有很大幫助[7-8]。疫苗接種(主動(dòng)免疫)是通過訓(xùn)練機(jī)體免疫系統(tǒng)識(shí)別并且建立起針對特異病原體的快速有效的免疫反應(yīng)來保護(hù)人類。目前疫苗接種已成為控制16種重大疾病的重要醫(yī)療手段[9]。傳統(tǒng)上疫苗接種主要用于病毒感染,而后發(fā)現(xiàn),其對控制細(xì)菌感染也很有幫助。世界衛(wèi)生組織強(qiáng)調(diào),疫苗是一項(xiàng)可預(yù)防細(xì)菌感染的措施,可以減少AMR[5]。與抗菌藥的治療機(jī)制不同,疫苗是為了預(yù)防疾病而設(shè)計(jì)的,通過減少細(xì)菌和病毒感染來減少抗菌藥的使用,從而減少AMR的產(chǎn)生。疫苗的預(yù)防性使用允許宿主在遇到病原體之前,甚至在感染開始時(shí)僅存在極少細(xì)菌就建立起免疫反應(yīng),誘導(dǎo)持久和強(qiáng)大的保護(hù)性免疫記憶,它需要數(shù)周才能完全有效,最終有助于控制細(xì)菌感染。此外,大多數(shù)抗菌藥只針對細(xì)菌的單個(gè)靶標(biāo),而疫苗具有誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生特異性抗體和/或T細(xì)胞反應(yīng),可以針對細(xì)菌的多個(gè)靶標(biāo),殺菌更有效,使AMR的產(chǎn)生更困難[9-10]。因此,疫苗可以通過不同的方式有效地應(yīng)對AMR。

1.1 針對病毒的疫苗 病毒疫苗在降低AMR方面非常有效。有研究表明,門診中約有30%～50%的抗菌藥處方是不合理的,因?yàn)檫@些不合理處方許多與流感有關(guān),而流感是由病毒引起,使用抗菌藥無效[11]。接種流感疫苗已被證明可以減少抗菌藥的使用。在流感季節(jié),一些醫(yī)師會(huì)開出不合理的抗菌藥經(jīng)驗(yàn)性處方,而接種流感疫苗會(huì)減少抗菌藥的使用[12]。在意大利進(jìn)行的一項(xiàng)研究中,流感疫苗接種覆蓋率與某些微生物AMR之間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系,接種率高的地區(qū)AMR會(huì)低。其主要機(jī)制,一方面是通過預(yù)防呼吸道病毒感染和減少抗菌藥處方,減少抗菌藥的使用,降低AMR;另一方面是流感發(fā)生后,容易發(fā)生繼發(fā)性細(xì)菌感染,需要使用抗菌藥,而接種流感疫苗后,流感發(fā)病率降低,繼發(fā)性細(xì)菌感染和相關(guān)的抗菌藥處方減少[13]。在非洲,有學(xué)者評估了流感疫苗對抗菌藥使用的潛在影響:如果南非65歲以上成人或塞內(nèi)加爾2～5歲兒童接種50%有效的、覆蓋率為30%的流感疫苗,每年每10萬人中可避免390張以上的抗菌藥處方;在整個(gè)非洲,如果給5歲以下兒童接種流感疫苗,每年就可以避免至少2.4萬份抗菌藥處方[14]。這些研究說明,病毒疫苗可以在抗AMR方面發(fā)揮重要的作用。

1.2 針對細(xì)菌的疫苗 與病毒疫苗相比,接種細(xì)菌疫苗是相對新的技術(shù)。20世紀(jì)90年代,在7價(jià)肺炎球菌結(jié)合疫苗引入之前,美國每年約發(fā)生63 000例由疫苗血清型(7價(jià)肺炎球菌結(jié)合疫苗涵蓋的血清型)和非疫苗血清型(7價(jià)肺炎球菌結(jié)合疫苗不涵蓋的血清型)肺炎球菌引起的侵入性肺炎球菌病[15]。預(yù)防肺炎球菌的結(jié)合疫苗的應(yīng)用極大地改變了肺炎球菌病這一重要疾病的流行病學(xué)狀況:在5歲以下兒童這一主要目標(biāo)人群中,肺炎球菌多糖結(jié)合疫苗預(yù)防侵襲性肺炎球菌病的有效率高達(dá)90%以上,與B型流感嗜血桿菌疫苗的效果相似;在美國,不僅兒童肺炎球菌病的發(fā)病率下降,而且細(xì)菌定植也顯著減少,成人也出現(xiàn)了群體免疫[15]。發(fā)病率的降低也就意味著抗菌藥的使用減少,這有益于解決AMR問題。

研究表明[9],在2000年～2004年期間,青霉素非易感侵襲性肺炎球菌病的發(fā)病率降低了57%,多重耐藥菌株的發(fā)病率降低了84%,表明接種細(xì)菌疫苗是有效的,這無論細(xì)菌是否耐藥;然而,普遍使用7價(jià)肺炎球菌結(jié)合疫苗導(dǎo)致19A血清型流行率增加,19A血清型是非疫苗血清型,青霉素耐藥率高;改用多價(jià)結(jié)合疫苗(如13價(jià)肺炎球菌結(jié)合疫苗)進(jìn)一步增加了疫苗接種的直接和間接效果。最新一項(xiàng)研究也證明了這一點(diǎn),由于血清型覆蓋率高,13價(jià)肺炎球菌結(jié)合疫苗可以大大降低侵襲性肺炎球菌疾病的發(fā)生率[16]。最近一項(xiàng)研究表明,在中國,肺炎球菌疫苗接種在減少AMR方面具有良好的效果,包括減少治療失敗和節(jié)省大量成本,這顯示了13價(jià)肺炎球菌結(jié)合疫苗接種的價(jià)值[6]。這表明針對耐藥性決定因素或耐藥株設(shè)計(jì)疫苗是非常有價(jià)值的。

1.3 針對耐藥菌的疫苗 盡管針對耐藥菌疫苗的研究已有不少,如針對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、梭狀芽孢桿菌等的研究,但迄今為止,還沒有成功的III期臨床試驗(yàn)的研究發(fā)表[17]。研制針對這些耐藥菌疫苗失敗的原因可能包括:疫苗需要針對多種毒力機(jī)制,以及缺乏能代表人類疾病的動(dòng)物模型。更好地了解宿主-病原體的相互作用,如免疫逃避,并增加對主要抗原的流行病學(xué)和變異性的認(rèn)識(shí),將有助于開發(fā)有效的耐藥細(xì)菌疫苗[9]。如前所述,人們越來越認(rèn)識(shí)到疫苗可以有效地降低AMR,但多數(shù)研究并未將疫苗對AMR相關(guān)的價(jià)值納入其中,從而導(dǎo)致其價(jià)值被低估和投資不足[6]。因此,開發(fā)新型細(xì)菌疫苗可能需要政府和社會(huì)新的激勵(lì)措施,從而改善針對耐藥細(xì)菌感染的醫(yī)療治療效果,并最終挽救數(shù)百萬人的生命[1,3]。

2 抗 體

2.1 抗體在應(yīng)對AMR問題中的優(yōu)勢 19世紀(jì) 90年代,人們發(fā)現(xiàn)特異性抗體能夠抵抗細(xì)菌毒素,進(jìn)而發(fā)展出一種針對各種傳染病的抗體療法。初始使用的抗體制劑來自免疫人供體或免疫動(dòng)物的血清,這種被稱為血清療法的方法都是有效的,但由于給患者輸入大量外源性蛋白,很容易產(chǎn)生副作用,比如過敏反應(yīng)和血清病(一種抗原-抗體復(fù)合物病)。隨著首批抗菌藥的出現(xiàn),以血清為基礎(chǔ)的抗菌治療方法在很大程度上被拋棄[18]。幾十年來,隨著抗菌藥的廣泛應(yīng)用,AMR問題日益嚴(yán)重,導(dǎo)致一線抗菌藥療法無法治愈的細(xì)菌感染肆意流行。這種危機(jī)尤其集中在多藥耐藥的“ESKAPE”細(xì)菌,包括屎腸球菌屬、金黃色葡萄球菌、肺炎克雷伯菌屬、鮑曼不動(dòng)桿菌、銅綠假單胞菌和腸桿菌屬[19]。

事實(shí)上,幾乎所有目前用于臨床的抗菌藥或其衍生物都是在1940年～1960年間發(fā)現(xiàn)的[20],在過去的幾十年很少有新類型的抗菌藥獲得批準(zhǔn)進(jìn)入臨床。顯然亟待其他替代方案來解決日益嚴(yán)重的AMR問題。疫苗接種是其中一種有效的方法,其在預(yù)防細(xì)菌感染、減少抗菌藥的使用和降低細(xì)菌耐藥性方面有著良好的作用,但是也存在不足。例如,疫苗發(fā)揮作用需要的時(shí)間長(一周或者更長),在已經(jīng)發(fā)生細(xì)菌感染時(shí),沒有治療作用。被動(dòng)免疫可以簡單地描述為將已經(jīng)形成的抗體向細(xì)菌感染個(gè)體的轉(zhuǎn)移[19,21]。與主動(dòng)免疫相反,使用抗體(被動(dòng)免疫)提供了對傳染源的直接保護(hù)。使用抗體具有應(yīng)對多藥耐藥細(xì)菌所需的許多特征,包括特異性活性、靶向耐藥細(xì)菌的能力,以及導(dǎo)致新的AMR的可能性低。抗體具有很高的特異性,并以較高的親和力結(jié)合其靶結(jié)構(gòu)抗原。雖然每種B細(xì)胞產(chǎn)生相同的抗體,但每一個(gè)體至少可以產(chǎn)生總數(shù)為107種特異抗體,使得免疫系統(tǒng)能夠響應(yīng)廣泛的抗原。盡管抗體壽命短,但仍可以持續(xù)數(shù)周至數(shù)個(gè)月。獲得抗體的傳統(tǒng)方法如前所述,而先進(jìn)的生物學(xué)技術(shù)不需要接種給動(dòng)物,通過體外細(xì)胞培養(yǎng)的方式大量生產(chǎn)特定的抗體,特別是人源化的單克隆抗體(特異性很高,又不容易刺激接受個(gè)體產(chǎn)生抗體而降低療效)[10,18]。目前在臨床上使用的抗細(xì)菌抗體有三種,都是針對革蘭氏陽性細(xì)菌毒素[19,22]。

2.2 批準(zhǔn)用于人類的抗感染抗體 兩種抗體,雷昔庫單抗(raxibacumab)和奧比托西單抗(obiltoxaximab)分別于2009年、2016年被批準(zhǔn)用于針對炭疽毒素治療炭疽桿菌感染。炭疽桿菌可以通過呼吸道、消化道和皮膚引起感染,其中通過呼吸道吸入感染有較高的死亡率,有人曾經(jīng)用它進(jìn)行生物恐怖襲擊。炭疽桿菌是通過其毒素起作用,毒素有三個(gè)組成部分,即保護(hù)性抗原(protective antigen,PA)、致死因子和水腫因子,這三個(gè)部分單獨(dú)都沒有毒性,一旦PA與致死因子結(jié)合就形成致死毒素,或者PA與水腫因子結(jié)合就形成水腫毒素,就具有毒性作用。PA可協(xié)助致死因子和水腫因子結(jié)合到細(xì)胞表面的受體,然后進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮毒性作用。雷昔庫單抗和奧比托西單抗都可以特異性地識(shí)別和結(jié)合PA,從而阻止毒素與受體結(jié)合,使炭疽毒素?zé)o法到達(dá)細(xì)胞內(nèi)靶標(biāo)發(fā)揮作用[23-24]。此外,根據(jù)Fang等的研究表明,通過氫-氘交換質(zhì)譜法確定了單克隆抗體與炭疽PA的結(jié)合的具體區(qū)域,這有助于促進(jìn)針對炭疽桿菌感染新型療法的研發(fā)[23]。

貝唑妥珠單抗(bezlotoxumab)是一種針對艱難梭菌毒素B的全人源化單克隆抗體,于2016年被批準(zhǔn)用于預(yù)防高?；颊叩膹?fù)發(fā)性艱難梭菌感染。艱難梭菌是一種形成孢子的細(xì)菌,當(dāng)正常的腸道微生物菌群被破壞時(shí),它會(huì)定植并引起嚴(yán)重感染,通常在長期使用抗菌藥后發(fā)生[22,25]。艱難梭菌通過產(chǎn)生外毒素──毒素A和毒素B發(fā)揮毒性作用。艱難梭菌的致病能力完全依賴于其表達(dá)的外毒素,尤其是毒素B,該毒素可結(jié)合腸道上皮細(xì)胞上的受體,通過內(nèi)吞作用進(jìn)入并破壞細(xì)胞間緊密連接,導(dǎo)致腸道通透性增加和誘發(fā)炎癥反應(yīng)。貝唑妥珠單抗通過與艱難梭菌毒素B的N末端結(jié)構(gòu)域中的兩個(gè)同源位點(diǎn)結(jié)合,阻斷毒素與受體結(jié)合位點(diǎn),起到消除毒素的作用[22]。

在這些成功例子的激勵(lì)下,研究者針對其它細(xì)菌的抗體也做了許多努力, 如針對金黃色葡萄球菌抗體的研究。金黃色葡萄球菌是醫(yī)院感染常見的病原菌之一,可引起多種類型的感染,且目前沒有相關(guān)疫苗。金黃色葡萄球菌能夠在植入的裝置(例如人工/機(jī)械心臟瓣膜、導(dǎo)管、假體關(guān)節(jié))和宿主組織(例如慢性傷口、心內(nèi)膜、骨髓)上形成生物膜[26],從而導(dǎo)致植入物相關(guān)感染和皮膚感染等。生物膜是嵌入細(xì)胞外聚合物基質(zhì)中的微生物集合。生物膜感染很難治療,因?yàn)樯锬た梢员Ｗo(hù)細(xì)菌免受抗菌藥的作用和宿主免疫系統(tǒng)的攻擊。此外,它們通常發(fā)生在抗菌藥物不容易到達(dá)的身體部位(例如心臟瓣膜、骨骼等)[10,27-28]?；诳贵w的藥物有助于破壞金黃色葡萄球菌生物膜的形成,可用于相關(guān)感染的治療。其中有些抗體的研究已經(jīng)獲得了階段性成果,如Altastaph(靶標(biāo)是細(xì)菌莢膜多糖)和Veronate(靶標(biāo)是表面黏附素)[10,19,22]。此外,治療銅綠假單胞菌的帕巴庫單抗(panobacumab,靶標(biāo)是O-抗原),已經(jīng)完成I期臨床試驗(yàn),進(jìn)入了Ⅱ期或者Ⅲ期臨床試驗(yàn),還有更多的藥物在進(jìn)行Ⅰ期臨床試驗(yàn)和臨床前研究[19,22]。

中和抗體是抵抗細(xì)菌感染的有效防線,特別是針對已證實(shí)的毒性因子(如表面暴露的細(xì)菌黏附素)的免疫反應(yīng)可以早期阻斷感染。但基于抗體的療法在開發(fā)使用方面存在一些缺點(diǎn),主要是前期成本高和所需的研究時(shí)間長,再加上規(guī)?；a(chǎn)的難度[19]。盡管如此,不斷增長的臨床需求,以及抗體研究領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步,會(huì)有越來越多的抗體被批準(zhǔn)用于治療細(xì)菌感染。

3 總結(jié)與展望

AMR的情況在惡化,已經(jīng)形成令人擔(dān)憂的全球性危機(jī)。毫無疑問,針對細(xì)菌的疫苗和抗體在對抗AMR方面發(fā)揮著重要的作用。開發(fā)出針對具有多重耐藥性和高嚴(yán)重感染發(fā)生率的關(guān)鍵病原體的疫苗或者抗體是解決AMR問題的有效方法,盡管并非所有疫苗或者抗體都能根除目標(biāo)細(xì)菌,但降低感染發(fā)生率可以減少抗菌藥的使用,從而減少AMR的發(fā)生。當(dāng)前,疫苗和抗體受到關(guān)注,越來越多的研究者和企業(yè)希望利用這兩件武器來對抗細(xì)菌感染和細(xì)菌耐藥問題。