张江

摘 要：正如美国医药协会所报告的那样，抗生素耐药性被视为人类健康最大的威胁之一。生物技术的进步已经证明抗生素的功效能够通过使用抗菌肽缀合物得到恢复。最近，研究人员已经开发了多个治疗和控制由微生物引发的疾病的高度有效的和可供选择的方法。在疾病控制上的科学突破将能够安全地解决抗生素耐药性问题。世界需要更多的研究、开发和评估。

关键词：抗体；耐药性；噬菌体；乳酸；疫苗

中图分类号：S831.5 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2018）06-0077-03

抗生素耐药性被视为人类健康最大的威胁之一。美国每年有200多万人感染抗生素耐药菌，直接导致23 000人死亡。奥尼尔委员会（ONeil commission）对消除抗生素耐药性全球威胁的手段进行了评估，预测到2050年，全球将有1 000万人死于抗生素耐药性。除了对现有药物的抗性增加之外，新型抗生素的开发也较为缺乏。该委员会提出了减少抗生素使用的如下建议。

⑴开展大规模的全球公共卫生活动，提高民众对抗生素耐药性的认识。

⑵改善卫生，预防传染性疾病的扩散。

⑶减少在农业生产中不必要的抗菌剂使用及抗生素环境中的散播。

⑷改善对人类和动物耐药性及抗菌素使用的全球监测。

⑸推动新的快速诊断方法应用，减少不必要的抗生素使用。

⑹推动疫苗和替代品的开发和使用。

欧洲药品管理局和欧洲食品安全管理局的一个委员会提出了在欧盟畜牧业生产中减少抗生素使用进而降低对食品安全影响的实施措施。建议的措施包括：

⑴制定监测抗菌药物使用和抗生素耐药性发展的国家战略。

⑵制定减少抗生素使用的国家目标。

⑶执行牧场卫生计划。

⑷提高兽医对处方抗菌剂的责任。

⑸提高快速可靠诊断方法的可用性。

⑹改善用于疾病预防控制的饲养管理措施。

⑺对畜牧生产系统进行反思，减少内在的疾病风险。可能用于替代抗生素的产品包括益生菌和益生元、竞争性排斥菌、噬菌体、免疫调节剂、有机酸和乳头密封胶（teat sealant）等。

1 大健康委员会

大健康（One Health）是指“多学科间协同努力——在本地、国内和全球范围内开展工作——获得人、动物和环境的最佳健康。”抗生素耐药性是体现大健康理念的最重要问题之一。不仅要基于大健康的原则，还要立足于经济基础、社会平等以及在全球范围内为人类和动物提供有效医疗保健的原则，寻求降低选择压力以及在全球范围内打破耐药性传播周期的综合手段。国际协议有助于确保通过全球协调完成这些目标。

本综述的目的是对最近动物饲料行业使用抗生素的进展情况和抗生素替代品作一个概述。

2 使用CRISPR/Cas基因编辑系统逆转抗生素耐药性并用作抗菌剂

目前使用的抗生素往往是广谱的，不加分辨地杀死有益共生菌，增加耐药性。成簇的规律间隔的短回文重复序列（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats，CRISPR）/Cas系统已经成功地用于编辑细菌中靶向毒力因子和抗生素抗性基因，因此可用于可编程序列特异性抗菌素的开发。CRISPR系统是低等生物免疫系统的重要组成部分。它们能够切断导致病毒攻击的任何病毒DNA序列。CRISPR技术被认为是生物技术的一项世纪发现，开创了一个全新的基因编辑领域，可用于包括工程性抗菌剂开发在内的治疗目的。该技术可用于设计能选择活性范围的抗菌剂，并在体外和体内通过噬菌体衣壳传递有效杀死目标菌群（图1）。此外该技术还可使耐药菌重新变得对抗生素敏感。与其他方法相比，基于CRISPR技术的抗菌素的独特优势在于它们能够基于基因序列杀死细菌，它们可解决两个问题：（1）防止不加分辨地清除肠道有益菌；（2）促进非靶向菌群繁殖并拥有小生态，降低抗性的选择压力。基于CRISPR的技术将开辟控制菌群组成的新途径，而不是使用传统的广谱抗生素。由于CRISPR/Cas技术的模块化和简单性，可以同时针对抗生素抗性和毒力决定簇快速构建多重RNA引导核酸酶文库，调节复杂的菌群组成。该技术将为新型抗菌剂的开发开启途径。

3 增强抗菌效力的抗生素缀合物

抗生素缀合物正日益成为治疗或预防部分细菌性疾病的一种靶向治疗方法。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。与使用抗生素治疗有关的问题通常与无法靶向特定部位有关。由于存在这些限制，加上游离抗生素具有快速和短效的特点，一般需要每日多次高剂量的抗生素来维持特定部位的治疗浓度。这反过来会损伤共生菌群。使用缀合物可避免抗生素耐药性产生，并有可能使对耐药菌失去效力的抗生素重新恢复功效。抗生素缀合物为将抗生素运输至身体中任何特定组织提供了新的手段。

4 以噬菌体作为抗菌剂

噬菌体是可以影响和杀死细菌的病毒。噬菌体可高特异性地感染细菌细胞，如果是裂解噬菌体，可破坏并裂解宿主细胞，导致细胞死亡（图2）。穿透细胞壁的尾部将噬菌体DNA注入宿主细胞质中。一旦进入细胞，噬菌体会合成由噬菌体基因组编码的特定酶，将宿主细胞的DNA和蛋白质合成转换为产生新的噬菌体颗粒。在噬菌体复制循环结束的特定时间，噬菌体编码的穿孔素在细胞膜上形成孔隙，导致细胞快速破坏。裂解噬菌体具有成倍增殖的能力，并且可以迅速清除细菌，且与其耐药性无关。

对革兰氏阳性菌和阴性菌引起的动物急性感染，烈性噬菌体是非常有吸引力的候选治疗剂。口服噬菌体通常会降低肠道病原体的浓度或使致病菌死亡。动物中使用噬菌体的问题主要是噬菌體宿主范围较窄，导致其广谱保护方面受到限制，服用噬菌体可能诱导动物体产生免疫反应，造成细菌对噬菌体产生抗性，另外噬菌体在胃部低pH（约pH 2）条件下不稳定，但是在大肠pH条件下（约pH 6.8）非常稳定。有研究表明，包被在脂质体中的噬菌体可在鸡盲肠中保留更长时间（数日以上）。研究人员最近开发了基于基因工程噬菌体释放系统，作为抗金黄色葡萄球菌的抗菌剂。它们能够克服目前的噬菌体给药系统的缺陷，如低效释放、宿主范围狭窄以及毒力基因的潜在转移等。该系统可以适用于其他重要的病原体。最近的研发将不断解决对噬菌体疗法的担心，并最终释放出作为抗菌剂的巨大潜力。我们还需要进行更多研究来证明工程噬菌体的健康/安全问题，包括其传播耐药性能力。

5 设计用于控制体内微生物疾病的抗菌肽

抗菌肽是一类有应用前景的新一代抗生素，具有战胜细菌耐药性的巨大潜力。抗菌肽是阳离子（带正电荷）两性小肽（29～42个氨基酸），对革兰氏阳性菌和阴性菌、真菌和病毒具有直接或间接的抗微生物活性。与常规抗生素相比，抗菌肽能够诱导快速杀灭，且与常规抗生素相比产生抗药性的倾向较低。但是，尽管过去30年取得了重大进展，抗菌肽仍未进入临床使用。很遗憾的是，抗菌肽必须在克服一些缺点（包括稳定性差、易于蛋白水解、生理条件下活性低以及生产成本高）后才能进入市场。有研究人员合成了一类新的抗菌剂，称为“纳米结构工程抗菌肽聚合物”。它们对所有测试的革兰氏阴性菌能够表现出亚微摩尔活性，且被证明毒性低。总体而言，纳米结构工程抗菌肽聚合物作为低成本高效抗菌剂具有很大的希望。它们可能在对抗革兰氏阴性细菌日益增长的威胁上非常有效。需要进一步的研究来确认工程抗菌肽的安全性和有效性。

6 使用化学合成的病毒样纳米粒子（纳米抗生素）杀死致病菌

抗菌肽（宿主防御肽）及其合成模拟物已经成为杀死致病细菌的比较有前景的候选物。阳离子电荷及两亲性是抗生素的两个关键性状，帮助众多抗菌肽通过协同疏水和电荷相互作用破坏细菌膜。抗菌肽的成本、毒性和受限的组织分布阻碍了抗菌肽的直接应用。由于抗菌肽的活性取决于其整体理化性质而不是其特定的组成，因此人们对开发合成肽感兴趣。合成抗菌肽的疏水性对于抗菌活性可能是至关重要的，但是也可能对哺乳动物细胞造成毒性。

一般认为，开发膜活性抗菌剂是寻求阳离子- 疏水性微妙的平衡。研究人员通过设计模拟噬菌体尾部球形和杆状聚合物分子刷这两个基本结构研究了纳米结构抗生素的作用。合成的尾刷参与颗粒与细菌细胞的结合。他们的研究证明，尽管单个聚合物分子刷具有亲水性和弱抗菌性，但一旦纳米结构发挥作用，两亲性就不再是必需的抗生素性状。纳米结构的聚合物分子刷在细菌中可诱导形成孔（致死性），但不会诱导哺乳动物膜形成孔。纳米结构的大小和形状可进一步帮助确定聚合物分子对不同细菌的抗菌活性和选择性。该研究强调了纳米结构在高活性、对真核生物的低毒性和靶特异性的膜活性设计中的重要性。此项研究可用于开发一种全新的化学合成抗菌剂，这种抗菌剂不会产生抗性，并可针对不同类型的细菌。新型抗生素可以飼料添加剂的方式广泛用作促生长剂。休斯敦大学的研究人员认为，这种令人兴奋的新型抗菌剂可能成为一种关键工具，用以抗击其他方式难以杀灭的耐药菌。研究者谨慎乐观地表示，通过生物工程技术可以合理设计具有最佳活性、选择性、生物相容性和生物分布的纳米抗生素。