金黄色葡萄球菌的抗生素耐药性及其治疗方法
感染性疾病是全球人类死亡的第二重要原因；金黄色葡萄球菌（S. aureus）是一种非常常见的人类致病微生物，可引发多种传染病，例如皮肤和软组织感染，心内膜炎，骨髓炎，菌血症和致命性肺炎。此外，根据对抗生素的敏感性，金黄色葡萄球菌可分为对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌（MSSA）和对耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌（MRSA）。近几十年来，由于细菌的进化和抗生素的滥用，金黄色葡萄球菌的耐药性在世界范围内，MRSA的感染已逐渐增加，MRSA的感染率也在增加，并且针对MRSA的临床抗感染治疗变得更加困难。越来越多的证据表明，金黄色葡萄球菌的耐药机制非常复杂，尤其是对于对多种抗生素具有耐药性的MRSA。因此，及时了解MRSA的耐药性并从分子水平阐明其耐药机制对于金黄色葡萄球菌感染的治疗具有重要意义。大量研究人员认为，对金黄色葡萄球菌的分子特征进行分析，可以为设计有效的预防和治疗措施引起的医院感染提供基础。金黄色葡萄球菌进一步演变金黄色葡萄球菌。本文综述了MSSA和MRSA的研究现状，内在抗药性和获得性抗药性的详细机制，抗MRSA抗生素的先进研究以及新型的MRSA治疗策略。金黄色葡萄球菌（S. aureus）是医院和社区感染的主要病原体之一，可引起许多传染病，例如轻度皮肤和软组织感染，感染性心内膜炎，骨髓炎，菌血症和致命性肺炎。金黄色葡萄球菌于1880年由外科医生亚历山大·奥格斯顿（Alexander Ogston）从溃疡疮患者中首次发现。金黄色葡萄球菌属于金黄色葡萄球菌类。革兰氏染色阳性，直径约0.8μm，需氧或厌氧显微镜下排列在“一串葡萄”中；并在37°C和pH7.4下最佳生长。血琼脂平板上的菌落厚而有光泽，呈圆形，直径为1〜2 mm。它们大多数是溶血的，在血琼脂平板上的菌落周围形成透明的溶血环。此外，金黄色葡萄球菌不形成孢子或鞭毛，但具有胶囊，可以产生金黄色颜料并分解甘露醇。此外，还发现在金黄色葡萄球菌中血浆凝固酶，乳糖发酵和脱氧核糖核酸酶的检测呈阳性。
耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）
弗莱明（Fleming）在1940年代发现了青霉素，并开创了用于感染治疗的抗生素时代。当时，由金黄色葡萄球菌引起的传染病得到了很好的控制，但是随着青霉素在1950年代的广泛使用，耐青霉素的金黄色葡萄球菌出现在诊所中。耐青霉素的金黄色葡萄球菌能产生青霉素酶，能水解青霉素的β-内酰胺环，导致对青霉素的耐药性。后来，科学家开发了一种新的耐青霉素酶的半合成青霉素，称为甲氧西林，它对β-内酰胺酶的水解具有耐药性。于1959年应用于诊所后，甲氧西林有效控制了耐青霉素的金黄色葡萄球菌的感染。然而，在使用甲氧西林仅两年后，1961年，英国科学家Jevons报道了MRSA菌株的分离。这种耐药性是由编码青霉素结合蛋白2a或2'（PBP2a或PBP2'）（mecA）的基因产生的，该基因已整合到对甲氧西林敏感的金黄色葡萄球菌的染色体元件（SCCmec）中 。此外，MRSA已迅速成为在世界许多地方（包括欧洲，美国，北非，中东和东亚）发现的最常见的抗药性病原体。根据其原始来源，MRSA分为医院获得的MRSA（HA-MRSA）和社区获得的MRSA（CA-MRSA）。在中国，医院获得性MRSA的比例已达到50.4％。此外，根据美国疾病控制中心（CDC）的数据，MRSA感染的死亡率已超过获得性免疫缺陷综合症（AIDS），帕金森氏病和谋杀的死亡率。因此，对金黄色葡萄球菌分子特征的分析已成为全球公共卫生关注的焦点，可以帮助我们了解金黄色葡萄球菌的流行情况，监测金黄色葡萄球菌的进化，探索新的分子特征的金黄色葡萄球菌，和提供一种用于开发新的药物，以防止金黄色葡萄球菌（图1A）。
内在抗生素耐药性
金黄色葡萄球菌感染和多药耐药菌株的耐药率正在增加，使得临床抗感染治疗更加困难。内源性耐药机制主要包括三个方面（图1）。
外膜通透性
当细胞膜通透性降低时，细菌的能量代谢受到影响，因此药物吸收减少，导致耐药性。例如，金黄色葡萄球菌对氨基糖苷类的耐药性是由膜通透性的降低引起的，最终导致药物摄入的减少（图1B）。
外排系统
细菌的主动外排系统是1980年由Ball和McMurry在研究大肠杆菌对四环素的耐药性时发现的。之后，学者们对主动外排系统进行了许多实验，证实了主动外排系统是细菌的正常生理结构，并存在于敏感菌株中。当长时间被环境中的底物诱导时，外排系统编码基因被激活并表达，外排药物的能力大大增强，从而导致耐药性。活性药物外排系统在对多种药物的耐药性中发挥作用。金黄色葡萄球菌细胞膜上存在三种类型的多药泵蛋白：QacA，NorA和Smr。野口等认为QacA是MRSA中的重要因素。多药泵送蛋白都是质子驱动蛋白。也就是说，不是依靠ATP水解来释放能量，而是通过由H +在细胞膜两侧形成的电化学梯度进行材料交换。通常，这是一个可逆的过程，即H +从细胞外转移到细胞内，而细胞内有害物质（例如染料和抗菌药物）从细胞内部流到外部。Kristiansen等人的实验。也证明了主动外排系统在MRSA耐药性中的作用(图1C）。
β-内酰胺酶生产过多
β-内酰胺酶是一种催化各种β-内酰胺抗生素（包括碳青霉烯广谱抗生素等抗生素）水解的酶，由细菌染色体基因编码，并且可以转移。目前，研究表明，β-内酰胺类抗生素主要通过两种机制对细菌具有致死作用：首先，通过与青霉素结合蛋白（PBP，即细胞壁粘蛋白合酶）结合，抑制细胞壁粘蛋白的合成，破坏细胞壁，并导致细菌膨胀和裂解；其次，通过触发细菌的自溶酶活性，导致自溶和死亡。MRSA过度分泌β-内酰胺酶主要通过两种机制降低了抗生素的作用，这导致了MRSA耐药。首先是水解机制，即β-内酰胺酶水解并灭活β-内酰胺抗生素。第二个是夹捏的机制，即大量的β-内酰胺酶与细胞外抗生素快速牢固地结合，阻止了抗生素到达细胞内空间，因此抗生素无法到达靶位，最终导致MRSA对抗生素的耐药性（图1D）。
获得性抗生素耐药性
抵抗突变
金黄色葡萄球菌可通过改变目标DNA促旋酶或减少外膜蛋白的基因突变而变得耐药，从而减少药物积累。例如，对克林霉素和红霉素的耐药性原理是由核糖体RNA甲基化酶的修饰引起的。
耐药性基因的获得
获得性耐药性是一种质粒介导的耐药性。通过质粒介导的转导，转化和耐药基因的插入，可产生过量的β-内酰胺酶，导致细菌耐药性。MRSA耐药的机制主要是因为质粒或质粒介导的耐药基因传递可以扩展基因组，耐药基因可以在金黄色葡萄球菌和其他细菌之间转移。例如，MRSA可以从肠球菌获得抗药性质粒，从而进一步扩大和增强其抗药性。
生物膜介导的抵抗
细菌生物膜是由附着于基质表面的微生物种群组成的细胞外复合结构，其内部微生物被自身产生的高度水化的细胞外聚合物基质包围，这是细菌适应其生存的保护性生存方式周围环境。此外，自然界中的绝大多数细菌都以生物膜的形式存在，而细菌生物膜的最显著特征是它们的强粘附性和耐药性，使细菌能够抵抗宿主的免疫反应并逃避抗生素的杀灭。它们对抗菌药物的抵抗力可以提高到浮游生物的1000倍。目前，国内外抗生物膜治疗主要集中在新型抗菌药物的不断开发上，但临床医学中使用的抗生素和化学合成药物具有一定的毒性作用。生物膜细菌易于对这些常规药物产生耐药性，耐药菌株呈上升趋势。研究表明，中药和抗生素的联合应用具有降低药效的优势。
持久性细胞对抗生素的耐药性
持久性细胞是微生物群体中遗传同源但表型异质的一小部分细胞，生长缓慢或休眠并在高浓度抗生素下存活。早期研究表明，与抗生素耐药性不同，细菌滞留是细菌的生理状态，可暂时抵抗抗生素胁迫，并且不会导致基因型发生变化。但是，由于高通量测序技术的飞速发展，这一说法受到了挑战。当细菌遇到诸如抗生素的外部刺激时，大多数细菌会立即被杀死，但是一小部分细菌将通过阻止生长并保持不活动来抵抗这种压力。当外部压力消失时，少量细菌可以恢复正常生长。我们将这些细菌称为持久性细胞。持久性细胞的存在对彻底消除细菌感染和预防复发感染构成了许多障碍。细菌持久性细胞表现出对抗生素的耐受性，缓慢的生长以及在抗生素治疗后能够重新感染的能力。抗生素可以对细菌造成致命的破坏，但是持久性细胞可以通过减少细胞生长和代谢，甚至进入休眠状态来抵抗这种杀伤。细菌持久性是指代谢活动降低的状态，赋予同基因细菌亚群多药耐药性。持久性是表型变体，但不是突变体。现有研究结果表明，细菌持久性的机制很复杂，相关的信号传导途径包括毒素-抗毒素系统，能量代谢和蛋白质和核酸合成的细胞生理减少，DNA保护和修复系统，蛋白酶系统，翻译，外部抽水系统等。
常用抗生素的研究进展
MRSA是一种对青霉素，头孢菌素，氯霉素，林可霉素，氨基糖苷，四环素，大环内酯类，喹酞酮，磺酰胺和利福平具有抗药性的多药“超级细菌”，这在临床治疗中是非常困难的问题。此外，据报道，MRSA感染由于其高发病率和高死亡率而成为世界上主要的传染病之一，严重威胁人类健康并引起了全球医学界的关注。因此，迫切需要找到有效的药物来治疗耐多药细菌感染。我们在表1中列出了一些用于抗MRSA感染的药物，这些药物已在临床中使用，其中三个（即：万古霉素，达托霉素和利奈唑胺）表现突出。
万古霉素
万古霉素一直被认为是治疗严重MRSA感染的最佳药物，包括可引起严重的浸润性感染（例如肺炎和脓毒症）的HA-MRSA和CA-MRSA。万古霉素已被称为对抗革兰氏阳性球菌感染的最后一道防线。发现万古霉素的耐药机制主要是万古霉素通过肽聚糖前体小肽与细菌细胞壁的特异性结合，所述肽以D-丙氨酰-D-丙氨酸终止。这种结合会抑制细菌细胞壁肽聚糖的伸长和交联，从而抑制细胞壁合成，并最终导致细菌死亡。然而，金黄色葡萄球菌对万古霉素的耐药性每天都在增加，引起医学界的广泛关注。当前，大量研究人员通常将耐万古霉素的金黄色葡萄球菌分为三种：耐万古霉素的金黄色葡萄球菌（VRSA），耐万古霉素的金黄色葡萄球菌（VISA）和异源耐万古霉素的金黄色葡萄球菌（hetero-VRSA）。VRSA是指临床分离的金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度（MIC）万古霉素<32 mg/ L，并于2002年在美国首次报道。VISA表示金黄色葡萄球菌对万古霉素的MIC 为8-16 mg/L，1997年在日本分离出第一株，并吸引了医学界的关注。随后，美国，中国等地相继发现了多种VISA。异VRSA是指从临床标本中分离出的金黄色葡萄球菌的原代培养物。可以通过MH微肉汤稀释法或琼脂稀释法检测VRSA，万古霉素的MIC≤4 mg / L。
达托霉素
达托霉素是一种环化的脂肽药物，它是从玫瑰链霉菌的发酵液中提取的。它的作用机制是在存在钙离子的情况下破坏质膜的电势，但达托霉素不抑制脂磷壁酸。由于其独特的作用机理，达托霉素与其他抗生素没有交叉耐药性，可用于治疗由MRSA引起的皮肤软组织感染和血液感染，但不能用于MRSA诱导的肺炎，因为它的活性可以被肺泡表面活性剂抑制。大量证据表明达托霉素比万古霉素，利奈唑胺或奎奴普丁/达洛平具有更快的杀菌作用。此外，达托霉素具有在体外抵抗大多数临床革兰氏阳性细菌的作用。因此，达托霉素主要用于治疗许多耐药菌的感染，例如耐万古霉素的肠球菌，MRSA，糖肽敏感的金黄色葡萄球菌，凝固酶阴性的葡萄球菌和耐青霉素的肺炎链球菌。美国已批准静脉注射达托霉素用于治疗复杂的皮肤和软组织感染。对于剂型，达托霉素目前仅以注射剂形式获得，并且其口服剂型正在研究中。
利奈唑胺
利奈唑胺是一种新型的恶唑烷酮合成抗菌剂，可抑制肠球菌和大多数链球菌菌株。它主要用于控制由耐万古霉素的粪肠杆菌（如脓毒症和肺炎）引起的全身感染。利奈唑胺可与细菌中50S和30S核糖体亚基的细菌抑制50S和30S核糖体亚基的核糖体RNA的23S位点结合，从而阻止蛋白质合成。这种独特的作用机制消除了利奈唑胺与其他抗生素之间的交叉耐药性。据报道，利奈唑胺治疗的MRSA感染患者的存活率和临床治愈率显著高于万古霉素治疗的患者。根据大规模的临床研究，利奈唑胺的口服和注射剂型在MRSA的治疗中均有效，并且还对耐万古霉素的肠球菌，耐青霉素的肺炎球菌和耐大环内酯的抑菌链球菌。鉴于该药物对耐多药细菌的良好治疗效果，在2000年获得美国食品药品监督管理局（FDA）批准后已在临床上使用。2007年，利奈唑胺进入中国市场。由于它对大多数革兰氏阳性细菌具有很强抗菌作用，因此被认为是治疗MRSA的重要选择。
MRSA治疗的新治疗策略
MRSA具有多重耐药性，不仅对β-内酰胺类抗生素具有耐药性，而且对氨基糖苷类，喹诺酮类和大环内酯类等抗菌剂也具有耐药性。全身感染的死亡率超过50％，这已成为临床和社区抗感染治疗的全球性问题，而且难以治疗。同时，医院的ICU是MRSA的主要感染地点，很可能会引起爆发。因此，迫切需要许多抗MRSA的新药。表2列出了近年来新研究的抗MRSA药物。
凝集素抑制
凝集素是一种非免疫衍生的糖结合蛋白，能够使细胞凝集或沉淀糖结合物。据报道，凝集素不仅可以凝集红血球，还可以凝集各种细胞，例如病原体，免疫细胞和生殖细胞。目前，凝集素在医学领域的应用主要是对凝集素的特异性识别和粘附，这使得各种病原微生物能够结合并感染其受体细胞。例如，某些甘露糖凝集素可以显著影响HIV的毒性，从而可以开发出抗病毒药物。因此，有可能利用凝集素的特性来设计和开发新的临床药物，并从根本上阻止病原微生物与受体细胞的结合，从而预防大多数传染性疾病。
铁螯合
铁离子是包括细菌在内的大多数生物的必需营养素。研究表明，铁离子构成重要的生物酶（例如氧化还原酶）的催化中心，并参与各种生命活动，例如电子传输，抗氧化剂反应和核酸合成。病原菌的抗生素耐药性不断提高；因此，迫切需要新的抗菌药物。细菌耐药性的重要机制之一是降低外膜的通透性，从而阻碍药物分子进入细胞。为了避免这种机制介导的耐药性，一种方法是将抗生素分子附着到铁载体上，形成铁载体-抗生素结合物，并且该铁载体-抗生素结合物可以选择性地与细菌细胞膜表面相互作用。铁载体的外膜受体与该结合物相互作用。然后，结合物通过铁离子转运系统主动转运穿过细胞外膜。在这种情况下，与抗生素结合的铁载体可以与Fe 3+结合，生成的复合物（抗生素-铁载体-Fe 3+）进入单元格。最后，药物在细胞内释放，从而发挥抗菌作用。
噬菌体疗法
在发现之初，前苏联和东欧医学界曾使用噬菌体来治疗细菌感染。但是，随着抗生素时代的到来，人们逐渐忽略了对噬菌体的深入研究。近年来，由于耐药菌的全球感染率不断上升，使用抗生素治疗细菌感染面临着前所未有的挑战。出现了一系列耐药病原体，如金黄色葡萄球菌，铜绿假单胞菌，鲍曼不动杆菌，结核病，粪肠球菌尤其是MRSA，导致一些科学家和临床医生将注意力重新集中在噬菌体研究上，从而在该领域取得了巨大进展。大量实验证明，噬菌体可以有效提高被细菌感染的动物的存活率。与抗生素相比，噬菌体制剂具有特异性高，自我增殖快，开发时间短的优势。噬菌体疗法被认为是针对人类病原体（包括抗生素耐药菌株）最有前途的疗法之一。早在1921年，噬菌体就被用于治疗由葡萄球菌引起的皮肤感染。2007年，意大利研究人员证明，噬菌体Msa可通过建立小鼠静脉内注射模型来有效控制由金黄色葡萄球菌引起的致死性感染。随着耐药菌的增多，噬菌体优势已为越来越多的学者所认识。然而，多年来金黄色葡萄球菌噬菌体的生物学特性和相关动物研究表明，噬菌体的制备，储存和条件存在许多限制。与抗生素相似，细菌也可能对噬菌体具有耐药性。然而，自然界中噬菌体的多样性和变异性也为噬菌体控制的细菌提供了取之不尽的资源库。此外，对细菌基本构架具有破坏作用的噬菌体裂解酶可以弥补缺乏噬菌体的耐药性。而且，目前，噬菌体疗法在临床上仍不成熟。主要问题如下：（1）大多数噬菌体具有高度特异性，只能杀死一个或几个细菌亚群。（2）噬菌体疗法在特定的体外试验中显示有效，但并不意味着它同样有效体内 ；（3）只有当细菌达到一定密度时，噬菌体才开始增殖。噬菌体可能会过早接种或以不适当的剂量接种，并可能在其开始增殖之前被人体清除。因此，确定最佳接种时间和剂量将成为噬菌体治疗的主要困难。以上是噬菌体治疗中的常见问题。因此，在金黄色葡萄球菌治疗过程中也存在这些问题。
纳米粒子
纳米技术指的是纳米级物质的制备，研究和工业化，以及使用纳米级材料进行交叉研究和工业化的综合技术系统。研究表明，纳米技术可以应用于医学，医学，生物学，化学和信息技术领域。因此，它可以在无创微创医学中发挥重要作用。在医学领域，纳米颗粒增强了在人体中释放药物的能力。几层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后，它们可以主动搜索并攻击癌细胞或修复受损的组织。中国已经成功开发了新一代的纳米级抗菌药。粉状纳米颗粒的直径仅为25纳米，对诸如大肠杆菌和金黄色葡萄球菌等病原微生物具有很强的抑制和杀灭作用。纳米级抗菌药物具有许多特性，例如光谱，亲水性和环境保护，并且由于使用天然矿物质而不会产生耐药性。
金黄色葡萄球菌是一种在环境中普遍存在的细菌，在人的皮肤表面和上呼吸道粘膜中很常见。大约20％的人口是金黄色葡萄球菌的长期携带者，大多数人没有临床症状。然而，金黄色葡萄球菌仍然是人类的重要病原体。金黄色葡萄球菌可引起医院和社区的感染，并已成为全世界医院中的主要病原体。在1840年代，英国细菌学家弗莱明（Fleming）发现了青霉素，并在临床中将其用于控制青霉素。金黄色葡萄球菌感染。后来，各种抗菌药物不断涌现。但是，这项重大研究也为人类社会带来了隐患。抗生素的广泛使用导致细菌耐药性的发生率增加，首先是出现了多重耐药性菌株，例如MRSA，这已被视为临床上的重要问题，也引起了国内外研究专家的广泛关注。尽管近年来一些欧洲国家的MRSA感染死亡率下降了，但MRSA仍然是世界范围内严重公共卫生挑战。由于其易感染，高死亡率和多药耐药性的特点，MRSA已成为临床治疗的绊脚石。因此，如何有效预防和控制MRSA已成为现代研究的热点。多年来，科学技术日新月异，医学不断发展。人类在MRSA的致病因素研究中取得了杰出的成就。目前，万古霉素仍可能是治疗MRSA感染的最佳药物。然而，MRSA的多药耐药性大大增加了人类研究的难度。需要进一步的研究来不断研究MRSA引起感染的能力和MRSA的抗生素耐药性途径，并促进抗MRSA感染的新药物的开发。新药的开发为医生提供了更多的选择来治疗MRSA感染，为人类健康提供更大保护。但是，药物的疗效和安全性需要进一步临床研究。