新型抗菌药物的“阿喀琉斯之踵”：运输系统可能成为耐药突破口

抗菌药物耐药性日益严重，寻找全新的抗菌策略已经成为感染性疾病研究的重要方向。反义抗菌药物（antisense antibiotics）近年来受到关注，它不依赖传统抗生素的作用方式，而是直接干扰细菌生存所必需的基因表达。

不过，一项最新研究发现，这类药物可能存在一个容易被忽视的弱点：帮助药物进入细菌的“运输系统”，本身可能成为细菌产生耐药性的突破口。

相关研究由德国汉诺威医学院、德国感染研究中心Twincore等机构的研究人员完成，结果发表于《Nature Communications》。

一、反义抗菌药物是怎么杀菌的？
反义抗菌药物可以理解为一种“基因靶向型”抗菌药物。它们通常由能够识别特定细菌基因的反义寡核苷酸组成，可以与细菌信使RNA（mRNA）上的特定序列结合，从而阻断蛋白质翻译。

如果被阻断的是细菌生存所必需的基因，相关蛋白无法正常产生，细菌的生长就会受到抑制。

其中，肽核酸（PNA）是一类较受关注的反义分子。与普通核酸不同，PNA具有特殊的中性骨架，稳定性较好，不容易被细菌产生的核酸酶降解。
但它也有明显缺点：很难自行穿过细菌细胞膜。因此，研究人员通常会给PNA接上“细胞穿透肽”（CPP），帮助药物进入细菌内部。

 

二、细菌可能先从“运输通道”下手
研究人员对大肠杆菌、肺炎克雷伯菌、肠沙门氏菌和铜绿假单胞菌等临床常见革兰阴性菌进行了实验。他们将针对细菌必需基因acpP和rpsH的PNA分别与两种不同的细胞穿透肽连接，然后让细菌在逐渐增加的药物压力下进行“适应”。

结果发现，不同运输肽对应的耐药速度存在明显差异。
其中，采用（KFF）₃K作为运输肽时，部分细菌很快就出现了耐药性。例如，在沙门氏菌中，针对acpP的药物最低抑菌浓度（MIC）平均升高约17.6倍；在大肠杆菌中，相关药物的MIC也明显升高。
相比之下，采用（RXR）₄XB的PNA表现得更加稳定。以大肠杆菌为例，针对acpP的药物MIC平均只增加约1.4倍，有些实验群体甚至没有出现明显变化。

这说明一个重要问题：决定反义抗菌药物是否容易产生耐药性的，不仅是“攻击哪个基因”，还包括“药物如何进入细菌”。

三、为什么换一种运输肽，耐药性就不同？
进一步进行基因组分析后，研究人员发现，接受（KFF）₃K-PNA处理的细菌中，经常出现sbmA基因突变。sbmA编码一种位于细菌内膜的转运蛋白，对部分KFF-PNA进入细菌非常重要。

如果细菌通过突变改变了这个运输通道，药物进入细菌的能力就会下降。即使PNA本身仍然能够准确识别目标基因，药物进不去，也很难发挥作用。

研究人员还发现了一些与细菌外膜、跨膜蛋白、应激反应、物质运输和药物外排有关的基因变化。这说明细菌形成耐药性的过程并不一定只有一条路径，而可能涉及多个相互关联的机制。

四、RXR-PNA为什么表现得更加“抗耐药”？
这项研究中比较有意思的一点，是RXR-PNA。

与依赖特定转运蛋白进入细菌的方式相比，RXR-PNA的进入过程并不依赖SbmA这样的单一运输通道。这意味着细菌少了一个比较容易利用的“逃生出口”。

在10个大肠杆菌实验群体中，只有2个出现了可以检测到的敏感性下降。进一步分析发现，这两种情况下的突变都直接发生在acpP的PNA结合区域。
也就是说，细菌不是把“门”关上，而是直接改变了药物要攻击的“目标”。
这种耐药方式反而可能给未来的药物设计留下空间。

如果细菌改变的是药物进入所依赖的运输系统，仅仅修改PNA识别序列可能无法解决问题；但如果细菌改变的是目标基因序列，理论上可以重新设计PNA，使其识别发生变化后的目标序列。
这也是反义抗菌药物一个值得关注的特点：它具有一定的“可编程性”。

五、未来的新型抗菌药物，不只是要“杀菌强”
传统抗生素研发往往重点关注药物能否有效杀灭细菌，但这项研究提示，未来设计新型抗菌药物时，还需要考虑另一个问题：

细菌能不能很容易找到耐药的办法？
如果一种药物依赖单一细菌蛋白才能进入细胞，那么只要细菌通过一个简单突变破坏这个运输通道，就可能降低药物的作用。
相反，如果药物进入细胞的方式不容易通过单个基因突变改变，细菌形成耐药性的门槛可能更高。

因此，未来的抗菌药物设计可能需要同时考虑三个方面：攻击什么目标、如何进入细菌，以及细菌有哪些可能的进化逃逸路径。

六、这项研究距离临床应用还有多远？
需要注意，这项研究主要是在实验室条件下观察细菌经过持续药物选择后产生的遗传变化。

实验中采用的是逐步提高药物浓度的方式，而人体内的药物浓度会受到吸收、分布、代谢和排泄等多种因素影响，因此临床环境下出现的耐药方式和频率可能有所不同。

目前，这项研究不能说明这些突变在人类患者中会以多高的频率出现，也不能据此预测未来药物的实际耐药风险。但它提供了一个很有价值的研究方向：耐药性并不是等到药物进入临床后才需要考虑的问题，而应该从药物设计阶段就开始考虑。

对于反义抗菌药物而言，选择合适的靶基因固然重要，如何设计一个不容易被细菌“绕开”的递送系统，同样可能决定这类新型抗菌药物未来能走多远。
换句话说，真正理想的新型抗菌药物，不仅要能够找到细菌的“命门”，还要尽量不给细菌留下容易逃脱的路径。