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银离子杀菌机制和与抗生素的协同效应

随着耐药问题日益严重和新型致病菌的出现,人们急需要扩展临床可用的抗生素和抗菌剂的“弹药库”,尤其针对难治的革兰氏阴性致病菌。

自古以来人们就知道银不仅仅只能作为装饰品。公元前400年时希波克拉底已经发现银可以促进伤口愈合和用来保存食物和水。19世纪晚期人们开始使用硝酸银滴眼液治疗新生儿结膜炎(这一疗法已经被抗生素取代)。今天,银被广泛用于伤口敷料和导管等来治疗或预防感染。尽管银的应用广泛,但银的抗菌特性的机理仍然迷雾重重。很多公司在宣传其含银敷料的抗菌机制时往往也无法准确解释。

波士顿大学的Jose Morone-Ramirez和其同事的一项研究可能发现了其中的奥秘,他们的研究报告发表在Science Translational Medicine杂志上,给我们揭示了一些银抗击细菌的机制。研究显示银可以破坏很多细菌细胞代谢过程,包括二硫键的形成、新陈代谢和铁平衡。这些改变可以导致活性氧自由基的产生和革兰氏阴性菌细胞膜通透性的增加,从而增强一些抗生素的抗菌能力或恢复耐药株对抗生素的敏感性。此外,银还可以使革兰氏阴性菌对一些革兰氏阳性菌抗生素如万古霉素产生敏感性,从而增加药物的抗菌谱。研究人员结合使用银和抗生素,观察其在体外对细菌存留细胞(Persisters cells,一种重要的耐药机制,对与慢性伤口的形成有重要意义,常存在于生物膜中)的杀灭作用,发现银可以增强药物的抗菌活性,阻止生物膜形成。这一研究证实银可以增强我们已有抗生素对革兰氏阴性菌的抗菌活性,扩展了我们的“弹药库”。

首先,银离子可以通过Fenton反应(Fenton’s reaction)将过氧化氢转化成羟自由基分子。自由基非常不稳定,能够与细胞组份发生反应,造成细胞损伤。过多的自由基与人类很多老年性疾病有关。然而,研究人员发现低浓度的银离子不会损伤人体细胞,但会对细菌产生巨大的杀伤。

使用可以示踪羟自由基的荧光染料,Morones-Ramirez博士用硝酸银对大肠埃希菌(E. coli)进行处理,发现羟自由基的含量明显增加。通过加入硫脲(羟自由基清道夫)或过表达超氧化物歧化酶来减少活性氧自由基,可以抑制银离子介导的细菌死亡,证实了氧自由基的产生对于银离子的杀菌活性很关键。

其次,蛋白质想要发挥正常功能,必须已正确的方式进行折叠,而这一过程有赖于二硫键的正常生成。研究人员发现银离子可以通过与巯基反应而破坏这一过程,从而影像细菌蛋白质的功能。

最有趣的发现是银可以使抗生素杀死已经耐药的细菌。研究人员把耐药的E.coli注入小鼠的膀胱或腹膜腔内,然后用一些列抗生素对小鼠进行治疗,单独应用抗生素或银离子都无法挽救小鼠,当结合使用时,细菌被杀灭了,就连万古霉素也具备了杀灭E.coli的能力。

留存细菌(Persisters)是耐药的休眠细菌细胞,在慢性感染和生物膜形成中发挥重要作用。研究人员发现银离子可以通过增加氧自由基的生成和细菌细胞膜通透性来杀灭留存细胞。表明银离子对于代谢活跃的和休眠的细菌均有良好的杀灭效果。同时,银离子与抗生素有协同效应,结合使用可以有效杀灭细菌。

生物膜广泛存在于泌尿道、肺、皮肤等的慢性感染中,对临床治疗带来巨大挑战。研究发现银离子和庆大霉素配合治疗,可以显著抑制生物膜的生成。

研究人员认为银离子使细菌胞膜的通透性增加,抗生素更易进入细菌而发挥作用,例如对于万古霉素来说是这样的。这一发现对于现在不断增加的耐药菌的困扰意义重大。但是不幸的是,自然界也在反击,现在已经出现了银离子耐药的细菌,包括绿脓杆菌和鼠伤寒沙门杆菌都出现了耐银子的菌株。因此,临床使用银离子制剂也要谨慎,切不可随意使用。

临床上多重耐药菌给治疗带来很大挑战,往往是院内感染地来源。该研究或许给我们指出了新的方向,如何更好地使用银离子,尤其是如何将银离子与抗生素结合使用,对于一些难治感染、慢性感染和难愈伤口治疗提出了新的思路。

银离子敷料目前在国内使用很广泛,由于其良好的抗感染作用而受到医生的青睐,但随着耐药菌的出现,提醒我们也要谨慎使用,或用一种更加稳妥和高效的方式来使用,即尽量使用低浓度的安全剂量,或与抗生素配合使用。

内容转载自@慢伤前沿公众号!

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