多粘菌素B杀菌作用需要能量依赖的外膜破坏机制揭示

　　本期推荐：研究团队针对多粘菌素(PmB)杀菌机制不明确的问题，通过原子力显微镜(AFM)、脂多糖(LPS)定量分析和膜通透性实验，发现临床相关浓度的PmB杀菌需要代谢活性支持。该研究揭示了能量依赖的LPS合成与运输是PmB引发外膜破坏的关键，而内膜渗透才是最终导致细菌死亡的直接原因，为克服多粘菌素耐药性提供了新视角。

　　

在抗生素耐药性日益严重的今天，多粘菌素类药物已成为对抗革兰氏阴性菌的"最后防线"药物。然而令人困惑的是，这类能够破坏细菌细胞膜的抗生素，在临床治疗中往往效果不佳，尤其在对抗静止期细菌或持留菌时更是如此。长期以来，科学界普遍认为膜靶向抗生素的杀菌作用不需要细菌代谢活动的参与，因为细胞膜结构在任何生理状态下都是维持细菌存活所必需的。但这种传统认知与多粘菌素在体外强效杀菌、体内效果却打折扣的现象形成了鲜明对比。

发表在《Nature Microbiology》上的这项研究打破了传统认知。由Carolina Borrelli和Edward J.A. Douglas共同领导的研究团队发现，多粘菌素B(PmB)在临床相关浓度(4μg ml^-1)下杀死细菌需要代谢活性参与，这一发现为了解多粘菌素的精确作用机制提供了关键切入点。

研究团队采用原子力显微镜(AFM)实时观察、膜通透性检测、脂多糖定量分析和分子遗传学方法等多种技术手段，系统阐明了PmB从结合到杀灭细菌的全过程。研究使用的细菌样本包括实验室标准菌株和大肠杆菌、铜绿假单胞菌等临床分离株。

研究结果首先通过时间杀菌曲线显示，指数生长期的大肠杆菌能被PmB迅速杀死，而静止期细菌只有在葡萄糖存在下才会被杀死，表明代谢活性是PmB杀菌的必要条件。

原子力显微镜观察发现，PmB处理后的细菌表面出现大量突起，这种现象在指数期细菌中立即出现，而在静止期细菌中仅在有葡萄糖时发生，与杀菌效果完全吻合。

通过N-phenyl-1-naphthylamine (NPN)摄取实验证实，PmB与脂多糖(LPS)的结合不受代谢状态影响，但质谱分析显示只有在代谢活跃的细菌中才会出现LPS大量丢失。

进一步机制研究表明，PmB引发的LPS丢失需要能量(ATP)和LPS合成与运输途径的参与。抑制LPS合成限速酶LpxC或运输蛋白MsbA、LptD都能显著降低PmB的杀菌效果。

研究团队通过精巧的洗涤实验证明，PmB介导的LPS丢失本身并不直接杀死细菌，而是为抗生素进入周质空间并接触内膜创造了条件。使用EDTA或非活性PmB衍生物(PmBN)人为引起LPS丢失后，细菌对PmB的敏感性显著提高。

特别值得注意的是，研究还揭示了重要耐药机制MCR-1的作用方式。MCR-1通过给脂A添加磷酸乙醇胺(pEtN)修饰，不仅减少了PmB与内膜的结合，更重要的是阻止了PmB引发的LPS丢失，从而切断了抗生素进入内膜的通道。

这项研究最终提出了一个全新的PmB杀菌机制模型：PmB首先与外膜LPS结合，引起轻微膜通透性增加；在代谢活跃的细菌中，这种结合触发能量依赖性的L合成与运输，导致LPS大量丢失；外膜完整性破坏后，PmB得以进入周质空间并与内膜LPS结合，最终导致内膜不可逆损伤和细菌死亡。

该研究的重大意义在于彻底改变了人们对多粘菌素类抗生素作用机制的理解，解释了为什么这类药物对代谢不活跃的细菌(如持留菌)效果不佳，并为开发针对性的联合用药策略提供了理论基础。例如，研究发现novobiocin通过促进LPS运输而增强PmB活性，这为临床克服多粘菌素耐药性提供了新的组合方案。

这项研究不仅解决了抗生素研究领域的一个长期难题，更重要的是为开发新一代抗菌策略指明了方向——针对细菌代谢状态设计差异化治疗方案，可能成为克服抗生素耐受性的关键突破口。