Ofloxacin

2019年，世界卫生组织(WHO)将抗微生物药物耐药性列为全球公共卫生十大威胁之一。在畜牧业低剂量预防性用药、公众用药不规范以及新型抗菌药物研发滞后等多重因素影响下，抗微生物药物耐药性问题已逐渐演变为一场严峻的全球健康危机。中国细菌耐药监测网(China Antimicrobial Resistance Surveillance System, CARSS)2023年度报告显示，耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌(carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae, CRKP)的检出率从2018年的8.3%升至2022年的21.7%。耐药菌的迅速传播与流行，给临床抗感染治疗带来了巨大挑战。 目前，临床针对耐药菌感染的治疗手段十分有限，主要策略包括联合用药或老药新用。对于耐碳青霉烯类肠杆菌(carbapenem-resistant Enterobacteriaceae, CRE)及多重耐药铜绿假单胞菌(multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa, MDR-PA)引起的重症感染，常首选新型β-内酰胺酶抑制剂复方制剂(如头孢他啶/阿维巴坦、头孢洛扎/他唑巴坦)进行治疗；而对于耐碳青霉烯类鲍曼不动杆菌(carbapenem-resistant Acinetobacter baumannii, CRAB)引起的感染，则多依赖于以多黏菌素或替加环素为基础，联合舒巴坦制剂或磷霉素的方案。 尽管这些方案显示出一定的临床疗效，但其安全性问题以及再次诱导耐药的风险仍不容忽视。因此，面对日益严峻的细菌耐药性危机与有限的治疗选择，寻找更安全、有效的新型应对策略已刻不容缓。天然化合物是指直接来源于动物、植物、微生物或矿物，未经人工全合成的化学物质。它们通常具有来源广泛、靶点独特、药理活性多样以及不良反应较小等特点，是新药研发的重要宝库。 近年来研究表明，部分天然化合物不仅自身具备抗菌活性，还可作为抗菌药物的增效剂，通过多种机制恢复耐药菌的药物敏感性，产生协同抗菌效应。这种协同作用有助于降低抗菌药物的单药使用剂量、减少不良反应的发生风险，并延缓细菌耐药发生，使得天然化合物在应对耐药性领域展现出巨大的应用潜力。 本文系统综述了细菌的主要耐药机制，以及天然化合物与抗菌药物协同作用的最新研究进展，以期为天然化合物在消减细菌耐药性及其后续开发应用中提供理论参考。1.   细菌耐药机制 细菌对抗菌药物耐药性的产生是一个自然进化过程，通常可分为固有耐药(天然耐药)、获得性耐药和适应性耐药。在抗菌药物的选择压力下，细菌可通过基因突变或获取外源耐药基因(如质粒、转座子等可移动遗传元件)等途径，产生获得性耐药。这些耐药基因可通过染色体进行垂直传播，也可借助质粒、转座子等可移动遗传元件在不同菌种间进行水平基因转移，极大地加速了耐药性的播散。 目前认为，细菌的主要耐药机制包括：(1)作用靶位修饰。细菌通过药物靶点的基因突变、表达修饰酶或合成替代性靶蛋白等方式，改变抗菌药物的结合位点。(2)药物胞内蓄积减少。其机制包括降低细胞膜通透性、高表达外排泵以及形成生物被膜等，从而减少抗菌药物在菌体内的积累。(3)代谢状态改变。细菌可通过下调基础代谢、减弱呼吸活性等适应性变化，以应对抗菌药物引发的代谢应激。(4)药物酶解或修饰。细菌可产生特异性灭活酶(如β-内酰胺酶、氨基糖苷修饰酶等)，通过水解或共价修饰等方式使抗菌药物失活(见图 1)。因此，深入理解细菌的耐药机制是开发新型策略以抑制或逆转耐药性的基础与关键。 2.   天然化合物与抗菌药物联用的抗菌机制 针对不同的细菌耐药机制，需采取相应的干预策略。近年来研究表明，天然化合物在克服细菌耐药性方面展现出独特优势。天然化合物与抗菌药物联用，可通过促进抗菌药物与靶点结合、增加药物在菌体内的蓄积、调节细菌代谢、恢复药物活性以及激活宿主免疫系统等多种机制逆转细菌耐药性。见图 2。 2.1   天然化合物促进抗菌药物与靶点结合 天然化合物可通过多种途径促进抗菌药物与靶点结合，如直接干扰替代靶蛋白的功能，或增强抗菌药物与原靶点的亲和力。原花青素可干扰青霉素结合蛋白2a(PBP2a)的功能，增强β-内酰胺类抗生素与青霉素结合蛋白(PBP)的结合，从而克服耐药性，并可能减弱由靶点突变所产生的影响。4-羟基-2, 5-二甲基-3(2H)-呋喃酮可增强氧氟沙星和左氧氟沙星等氟喹诺酮类药物对细菌的作用，加速其介导的DNA损伤过程，该效应快于细菌DNA旋转酶(由gyrA、gyrB编码)或拓扑异构酶Ⅳ(由parC、parC编码)亚基突变所触发的耐药性形成速度。此外，抑制某些特异性修饰酶(如MCR-1)的活性，可阻止其对抗菌药物作用靶点(如脂质A)的修饰，从而恢复抗菌药物的活性。大叶兰酚可通过与D-葡萄糖结合口袋中的氨基酸残基Tyr287和Pro481结合，下调参与脂多糖(LPS)修饰的相关基因表达，减少MCR-1蛋白的产生，并直接抑制其活性。木豆素则可通过与MCR-1蛋白活性中心的关键氨基酸结合，抑制其酶活性，从而阻碍该酶对脂质A的修饰功能，恢复细菌对黏菌素的敏感性。 2.2   天然化合物增加胞内抗菌药物蓄积 天然化合物可通过增加细菌细胞膜通透性、抑制药物外排泵功能以及破坏生物被膜结构等方式，提高抗菌药物在菌体内的浓度，从而增强其抗菌疗效。革兰阴性菌的外膜结构由二价阳离子与脂多糖(LPS)分子中脂质A部分的磷酸基团通过静电作用形成交联网络(“离子桥”)所稳定。Zhong等研究发现，儿茶酚型黄酮类化合物(如7, 8-二羟基黄酮、杨梅素和木犀草素)可将革兰阴性菌外膜“离子桥”中的Fe3+还原为Fe2+。黏菌素对Fe2+具有高亲和力，此还原作用可恢复黏菌素与细菌外膜的紧密结合，进而导致膜损伤。植物凝集素是一类能特异性结合碳水化合物的蛋白，可嵌入细菌外膜与细胞质膜之间的周质空间并形成孔道结构。研究表明，水溶性辣木凝集素(SmoL)能与细菌外膜上的多糖特异性结合，并在膜上形成孔道，从而引起膜构象改变、破坏膜完整性，最终增加膜通透性。此外，水飞蓟籽乙醇提取物可直接破坏细胞壁与细胞膜结构的完整性，增加膜通透性，从而与氨基糖苷类等抗生素发挥协同抗菌作用。 天然化合物可通过阻断细菌的外排泵功能，减少抗菌药物的外排，有助于恢复其抗菌效果。槲皮素可抑制大肠埃希菌的AcrAB-TolC外排泵，减少环丙沙星的外排。异戊二烯化异黄酮类化合物(如光甘草烯和新巴瓦异黄酮)可抑制金黄色葡萄球菌的NorA外排泵；与抗菌药物联用时，能够逆转由NorA介导的氟喹诺酮类药物耐药。小檗碱可通过竞争性抑制细菌细胞膜上的外排泵(如NorA和RamR)，抑制多重耐药金黄色葡萄球菌及结核分枝杆菌的生长，从而增强抗菌药物的疗效。 靶向群体感应系统(QS)或调节第二信使3’, 5’-环鸟苷酸(c-di-GMP)水平，是抑制或破坏生物被膜的有效策略，可增强抗菌药物的疗效。去甲骆驼蓬碱可有效抑制多重耐药细菌生物被膜的形成，与多黏菌素B联用时，对多重耐药铜绿假单胞菌(MDR-PA)在体内和体外均显示出协同抗菌作用。土曲霉酮可通过降低二鸟苷酸环化酶的活性，减少细胞内c-di-GMP的水平，从而抑制多重耐药铜绿假单胞菌(MDR-PA)生物被膜的形成。黄芩素可通过稳定结合QS的关键调控蛋白LuxR及其合成自诱导剂所需的LuxS蛋白，抑制其表达，干扰细菌耐药性，从而与美罗培南协同作用，对抗多重耐药肺炎克雷伯菌。 2.3   天然化合物调控细菌代谢 细菌的代谢状态会影响抗菌药物的疗效。研究表明，通过引入外部代谢物或上调代谢通路，可促进细菌代谢，从而增加抗菌药物在胞内积累，提高耐药菌对药物的敏感性。如在培养基中添加葡萄糖、甘露醇、果糖和丙酮酸等代谢物，可增强庆大霉素对金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌的抗菌效果。其机制在于，这些碳源通过分解代谢途径，可刺激呼吸链的质子动力势(proton motive force, PMF)，促进还原型辅酶Ⅰ(NADH)生成，进而加速细菌对氨基糖苷类抗生素的摄取，增强其抗菌效果。此外，某些抗菌药物与特定靶点结合后，可激活三羧酸循环(TCA cycle)和电子传递链，增加活性氧(reactive oxygen species, ROS)等自由基的产生，进而破坏细菌的DNA、脂质和蛋白质。因此，通过代谢调节增加ROS的产生，可作为增强抗菌药物疗效的一种策略。例如，聚酮类化合物TMC-154可促进ROS生成，对化脓性链球菌发挥抗菌作用。L-丝氨酸与大环内酯类抗生素联用，可增强ROS生成，对耐大环内酯类猪链球菌产生协同抗菌作用；L-丝氨酸还可抑制细菌细胞内硫化氢的产生，减少铁-硫簇的组装，恢复芬顿反应，导致内源性ROS水平升高，损伤DNA，从而诱导细菌死亡[。褪黑素可加速三羧酸循环和氧化三甲胺呼吸，增强抗菌药物诱导的氧化损伤，并下调脂多糖(LPS)修饰及多药外排泵相关基因的表达；此外，它还能抑制磷酸乙醇胺对LPS的修饰，拮抗多药外排泵功能，同时恢复黏菌素对细菌细胞膜的损伤作用，增加抗生素在菌体内的积累，从而增强黏菌素的疗效。某些酚类、多胺类、羧酸类及香豆素衍生物可作为细菌碳酸酐酶(carbonic anhydrases, CAs)的抑制剂。细菌CAs是一个能催化CO2与H2O反应生成HCO3-和H+的金属酶超家族，其活性影响细菌的增殖、生物合成及在宿主体内的持续存活。因此，靶向抑制CAs活性可削弱细菌的生存能力和适应性，且不易引发与传统抗菌药物类似的耐药性。 2.4   天然化合物可阻断抗菌药物被水解 通过抑制抗菌药物水解酶(如β-内酰胺酶)的活性，可阻止药物被水解，从而保留其杀菌功能。多种天然化合物具有抑制水解酶的作用。例如，胡椒果实精油已被证实可抑制β-内酰胺酶，从而显著增强氨苄西林对金黄色葡萄球菌菌株K4414的活性。多种杜松烷型倍半萜及倍半萜内酯类化合物可增强β-内酰胺类抗生素(如噻孢霉素钠盐和卷曲霉素)的活性，恢复其对耐药菌株(如金黄色葡萄球菌23MR和大肠埃希菌82MR)的疗效。曲霉明A是一种从变色曲霉提取物中发现的天然真菌代谢产物，它可通过螯合金属β-内酰胺酶活性中心的锌离子，抑制新德里金属-β-内酰胺酶1(New Delhi metallo-β-lactamase-1, NDM-1) 的活性，从而恢复碳青霉烯类抗生素的杀菌作用，有效清除表达NDM-1的大肠埃希菌。2.5   天然化合物通过激活宿主免疫系统协同抗菌 宿主的天然免疫系统是抵御细菌感染的重要防线。天然化合物可通过调节免疫反应，增强宿主免疫功能，促进病原体清除，从而与抗菌药物发挥协同抗菌作用。如柑橘类黄酮芦丁与氟苯尼考在体内外对耐药嗜水气单胞菌均显示出协同作用。其机制是，联合应用可提高罗非鱼的血细胞计数、抗蛋白酶及溶菌酶活性，减轻氧化应激及病理损伤，从而增强对嗜水气单胞菌感染的抵抗力。茶多酚可激活巨噬细胞与树突状细胞，促进促炎细胞因子[如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)-6、IL-12]的分泌，增强宿主先天免疫应答，从而显著提高阿莫西林对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的疗效。L-缬氨酸可通过激活PI3K/Akt1信号通路并抑制精氨酸酶活性，促进一氧化氮(NO)生成，增强巨噬细胞的吞噬功能，从而提高机体对多重耐药肺炎克雷伯菌和大肠埃希菌的清除率。黄芩苷可下调Toll样受体4(Toll-like receptor 4, TLR4)表达并抑制核因子κB(nuclear factor kappa-B, NF-κB)活化，直接作用于中性粒细胞，调节炎性细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-10)的产生，从而减轻由MDR-PA感染引起的急性肺炎大鼠的炎症损伤。 天然化合物与抗菌药物的联用及其机制见表 1。 3.   总结与展望 天然化合物可通过多种机制与抗菌药物联用，以恢复现有抗菌药物的活性并增强其疗效，为应对细菌耐药性问题提供了潜在解决方案。然而，目前关于天然化合物与抗菌药物联用的研究大多仍处于临床前阶段，相关临床试验尚未广泛开展或仍在进行中，主要面临以下挑战：可用于联用的天然化合物资源尚未被充分挖掘；对天然化合物与抗菌药物相互作用的多靶点网络缺乏系统性和机制层面的深入研究；天然化合物在人体内的药代动力学特性(如稳定性、有效性及安全性)仍需进一步评估。 为促进天然化合物与抗菌药物联用的临床转化，建议关注以下方向：(1)利用人工智能(AI)技术进行多组学数据分析，高效筛选靶向外排泵、生物被膜等耐药机制的天然化合物；通过深度学习解析天然化合物的构效关系，以设计合理的药物组合，提升联合治疗的稳定性和有效性。(2)开发新型递药系统(如pH响应型介孔二氧化硅纳米颗粒)，以改善药代动力学行为，提高天然化合物-抗菌药物复合物的生物利用度。(3)积极推进作用机制明确的天然化合物进入临床试验阶段；探索建立联合用药策略的快速审评通道，并考虑将来成熟的方案纳入《中国耐药菌感染诊疗指南》，以加速其临床应用。 本文综述旨在推动天然化合物在联合用药策略中的研究与应用，为遏制细菌耐药性提供新的思路与解决方案。 引用：江超, 胡杰, 李玉娟, 等. 天然化合物与抗菌药物联用应对细菌耐药性研究进展 [J]. 中国感染控制杂志, 2025, 24(10): 1497-1503.