多重耐藥(MDR)細(xì)菌即所謂“超級(jí)細(xì)菌”(Superbug)的出現(xiàn),使人類面臨對(duì)MDR細(xì)菌感染無(wú)藥可治的窘境。同時(shí),由于細(xì)菌可以侵入動(dòng)物細(xì)胞并且在其中存活,被感染細(xì)胞的細(xì)菌成了“特洛伊木馬”,不僅保護(hù)細(xì)菌逃逸免疫清除和抗菌藥物殺傷,有助于細(xì)菌從最初感染部位向其他健康組織擴(kuò)散。傳統(tǒng)抗菌藥物很難對(duì)此類胞內(nèi)菌實(shí)現(xiàn)有效殺傷,導(dǎo)致臨床上病原菌呈現(xiàn)持續(xù)感染、反復(fù)發(fā)作等特征。為了更好地治療胞內(nèi)MDR細(xì)菌感染,迫切需要開(kāi)發(fā)新型抗菌藥物和治療策略。前期研究發(fā)現(xiàn)聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料(AIEgens)在具有很好的抗菌活性,但其作用機(jī)制尚不清楚,且缺乏治療胞內(nèi)感染研究。
近日,香港科技大學(xué)、深圳大學(xué)唐本忠院士團(tuán)隊(duì)與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)沈建忠院士團(tuán)隊(duì)朱奎教授合作以“Efficient Killing of Multidrug-Resistant Internalized Bacteria by AIEgens in Vivo”為題在Advanced Science發(fā)表最新研究進(jìn)展,揭示AIEgens單獨(dú)抗菌作用及其增強(qiáng)宿主細(xì)胞抗菌的分子機(jī)制。在前期工作的基礎(chǔ)上(Small Methods, 2020,2000046),選取作用于革蘭陽(yáng)性菌效果較好的TBPs(TBP-1和TBP-2)作為研究對(duì)象,發(fā)現(xiàn)TBPs靶向識(shí)別金黃色葡萄球菌細(xì)菌內(nèi)膜的磷脂酰甘油(PG)和心磷脂(CL)(圖1)。此外,在30天耐藥性連續(xù)誘導(dǎo)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)TBPs沒(méi)有產(chǎn)生耐藥性,遠(yuǎn)優(yōu)于陽(yáng)性對(duì)照藥物Oxacillin。這些結(jié)果表明TBPs作用靶點(diǎn)明確且不易產(chǎn)生耐藥性是較理想的抗菌先導(dǎo)化合物。
圖1. TBPs靶向識(shí)別細(xì)菌內(nèi)膜的磷脂分子
為進(jìn)一步探究TBPs對(duì)胞內(nèi)細(xì)菌的殺傷能力,作者首先進(jìn)行胞內(nèi)殺菌實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)TBPs呈現(xiàn)濃度依賴性地殺死胞內(nèi)菌。隨后以TBP-1為例進(jìn)行胞內(nèi)抗菌機(jī)制研究,發(fā)現(xiàn)TBPs能夠促進(jìn)線粒體ROS的釋放,升高細(xì)胞內(nèi)ROS水平,促進(jìn)細(xì)胞自噬,清除胞內(nèi)細(xì)菌(圖2)。此外,TBP-1能夠在溶酶體內(nèi)累積,提高溶酶體內(nèi)細(xì)菌的清除效率。小鼠腹膜炎感染模型表明TBPs能夠顯著地降低小鼠死亡率和臟器內(nèi)的細(xì)菌載量。整體來(lái)說(shuō),TBPs對(duì)小鼠的腹膜炎模型具有很好的治療效果,為治療細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌的新型抗菌藥物研發(fā)提供新思路。
圖2. TBP-1增強(qiáng)自噬促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)金黃色葡萄球菌的清除
綜上所述,作者發(fā)現(xiàn)TBPs不僅對(duì)能夠靶向胞外細(xì)菌膜上的PG和CL,促進(jìn)細(xì)菌ROS產(chǎn)生破壞細(xì)菌的膜結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到殺菌目的,還可以通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞自噬促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌的清除(圖3)。該研究揭示AIEgens抗菌作用的分子機(jī)制,豐富了宿主導(dǎo)向抗菌藥物開(kāi)發(fā)的藥源分子,為新型AIEgens的分子設(shè)計(jì)提供新思路。
圖3. TBPs抗菌示意圖
論文的第一作者為深圳大學(xué)李瑩副研究員與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生劉飛(共同第一作者),通訊作者為唐本忠院士與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)朱奎教授。本研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFC1600305)、國(guó)家自然科學(xué)基金(31772796, 22005195)等項(xiàng)目資助。
論文鏈接:http://doi.org/10.1002/advs.202001750
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