抗生素耐药性（AMR）在2019年直接导致超过100万人死亡，并与近500万死亡相关，但新抗生素研发进展缓慢。欧洲分子生物学实验室（EMBL）Typas团队在《自然·微生物学》（Nature Microbiology）发表的研究，通过自动化高通量筛选，对3种代表性革兰氏阳性菌（枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis、金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus、肺炎链球菌Streptococcus pneumoniae）测试了超过10,000种药物组合（包括65种抗生素之间的8,000余种组合，以及抗生素与非抗生素药物的2,500余种组合）。研究鉴定出超过1,000种相互作用（协同与拮抗），效应具有高度菌种甚至菌株特异性，且与既往在革兰氏阴性菌中的结果不同。部分协同组合在蜡螟幼虫感染模型中得到验证。研究者已将完整相互作用数据库公开，为优化现有抗生素、减少副作用、开发联合疗法提供了宝贵资源。
研究背景
- 抗生素耐药性全球危机，新药管线枯竭；
- 联合用药（组合疗法）可增强疗效、延缓耐药、降低毒性；
- 既往研究多局限于少数已知组合，缺乏系统筛选；
- 革兰氏阳性菌（如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA、肺炎链球菌）与革兰氏阴性菌细胞壁结构不同，药物相互作用可能迥异。
方法：高通量矩阵筛选
- 菌株：3种代表性革兰氏阳性菌（枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、肺炎链球菌）；
- 药物库：
- 65种抗生素（覆盖所有主要类别）；
- 非抗生素药物（如抗炎、降脂、抗癌药等，模拟多药并用场景）；
- 组合数量：超过10,000种（剂量梯度矩阵）；
- 读值：细菌生长抑制（光密度），计算协同、相加或拮抗评分；
- 验证：蜡螟幼虫（Galleria mellonella）感染模型。
核心发现
1. 大量未报道的相互作用
- 鉴定出超过1,000种协同或拮抗组合；
- 许多组合此前未知，涉及不同作用机制药物之间的交叉影响。
2. 菌种/菌株特异性
- 同一药物组合在不同菌种甚至不同菌株中效应迥异；
- 提示“一刀切”联合用药策略不可行，需病原体特异性指导。
3. 与革兰氏阴性菌结果的差异
- 本研究中发现的协同/拮抗模式与Typas团队先前在革兰氏阴性菌中的结果显著不同；
- 归因于细胞壁结构、外排泵、代谢差异。
4. 拮抗作用的双面性
- 拮抗可用于减轻抗生素对肠道菌群的“附带损伤”（如β-内酰胺类与某些药物组合可保护共生菌）；
- 但需避免临床中意外拮抗导致治疗失败。
开放数据库与临床转化
- 数据库公开访问：研究者提供完整交互式数据库（含菌种、药物、剂量、效应评分）；
- 临床潜力：
- 利用协同组合增强现有抗生素疗效，对抗耐药菌；
- 利用拮抗组合保护肠道微生物组（如β-内酰胺酶抑制剂或特定非抗生素药物）；
- 老药新用（非抗生素药物与抗生素协同，如他汀类、抗抑郁药等）。
验证实验
- 在蜡螟幼虫中测试部分协同组合，显示感染后生存率提高；
- 需进一步在哺乳动物模型中验证（小鼠）。
研究优势与局限
| 优势 | 局限 |
|---|---|
| 高通量、系统化（超过10,000组合） | 体外筛选，体内效应可能受药代动力学影响 |
| 多菌种、多药物类别 | 未覆盖所有临床菌株 |
| 开放数据库共享 | 未深入机制研究（需后续生化/遗传验证） |
| 包括抗生素-非抗生素组合 | 非抗生素药物的抗感染机制多未知 |
未来方向
- 将筛选扩展至更多临床耐药菌株（如MRSA、耐万古霉素肠球菌VRE）；
- 在哺乳动物感染模型中验证候选协同组合；
- 利用机器学习预测新组合（基于化学结构、靶点、转录组数据）；
- 探索组合疗法的耐药进化动力学。
参考信息
参考文献：Elisabetta Cacace, Vladislav Kim, Vallo Varik, et al. Systematic analysis of drug combinations against Gram-positive bacteria. Nature Microbiology, 28 September 2023.
DOI: 10.1038/s41564-023-01486-9