“扰乱细菌铁稳态”——增效黏菌素杀菌的协同作用新机制

抗生素耐药性的广泛流行严重威胁公共卫生安全，急需新型策略遏制因为耐药性引起的现有抗生素效力不足的困局。和开发新的抗生素药物相比，联合用药策略提供了一种兼具经济与安全优势方案来提高现有抗生素的治疗效果和减少细菌耐药性产生【1】。以“最后防线药物”黏菌素为例，靶向细菌膜并促进氧化损伤的褪黑素【2】，破坏细菌细胞内金属稳态来打破对黏菌素的耐药性的PBT-2【3】和导致质子动力耗散和代谢扰动的含有异戊二烯黄酮类化合物【4】等均可以强化黏菌素对靶标病原菌的清除。

近日，来自华南农业大学的刘雅红团队在Science Advances杂志上发表了题为Natural flavonoids disrupt bacterial iron homeostasis to potentiate colistin efficacy的最新研究成果，他们从前期筛选出来的黏菌素增效佐剂中发现，具有儿茶酚型结构的黄酮类化合物可以通过扰乱肠杆菌科细菌的铁稳态，从而增强黏菌素的杀菌效果，为临床治疗中黏菌素的增效提供了可靠方案，并明确了细菌铁稳态可以作为调控细菌抗生素敏感性的重要靶点。

黏菌素具有快速杀灭耐药菌的疗效，但其体内功效一直不理想，这表明宿主体内的病原体可能对常规剂量的黏菌素有不同的反应。因此作者使用模拟宿主内体环境的培养体系进行黏菌素增效佐剂的筛选。其中作者发现7,8-二羟基黄酮，杨梅素和木犀草素可以有效提高黏菌素的杀菌能力（图1）。

图1.三种儿茶酚胺修饰的天然黄酮可能增效黏菌素对细菌的杀伤

与此同时作者从上述黄酮化合物的构效关系中发现，黄酮化合物的临位上羟基结构是导致增效黏菌素杀菌效果的关键因素。通过转录组学的GO富集结果显示具有儿茶酚型结构的黄酮化合物显著改变细菌胞内的铁离子摄取和铁稳态。后期实验也证实，通过敲除细菌铁元素摄取相关的基因tonB和feoB可以显著削弱具有儿茶酚型结构的黄酮化合物与黏菌素的协同作用。

为了进一步研究扰乱铁稳态如何增强黏菌素的杀菌效果，作者从基于RNA-seq分析的KEGG富集通路中推测协同作用效果可能与二元调控系统有关。其中铁响应型二元调控系统PmrA/B可能在其中扮演重要角色。后期实验也证实上述具有儿茶酚型结构的黄酮类化合物可以通过将细菌胞内高比例的Fe3+转化为Fe2+的形式扰动细菌胞内铁稳态，从而阻止PmrB对Fe3+的响应，并减少PmrA的磷酸化水平，进而抑制下游脂多糖修饰基因的表达水平。最终导致细菌膜上正电荷修饰减少，使更多的黏菌素可以有效的和细菌细胞膜结合，从而增强黏菌素的杀菌效果（图2）。

图2.儿茶酚胺修饰的天然黄酮增效黏菌素效力的机制解析

该研究不但发现具有儿茶酚型结构的黄酮类化合物是黏菌素的潜在增效佐剂，还提出了靶向细菌铁稳态作为开发新抗菌增效剂方案的创新性策略，为未来开发相应的药物组合提供了理论基础。

华南农业大学岭南现代农业科学与技术广东省实验室、兽医学院的刘雅红教授、孙坚教授、任昊副教授为本文的通讯作者，华南农业大学兽医学院博士生钟子星为本文的第一作者，Hackensack-Meridian健康研究中心的Barry Kreiswirth、Liang Chen研究员也参与了该研究。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg4205

制版人：十一

参考文献

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3. D. M. P. De Oliveira, L. Bohlmann, T. Conroy, F. E. Jen, A. Everest-Dass, K. A. Hansford, R. Bolisetti, I. M. El-Deeb, B. M. Forde, M. D. Phan, J. A. Lacey, A. Tan, T. Rivera-Hernandez, S. Brouwer, N. Keller, T. J. Kidd, A. J. Cork, M. J. Bauer, G. M. Cook, M. R. Davies, S. A. Beatson, D. L. Paterson, A. G. McEwan, J. Li, M. A. Schembri, M. A. T. Blaskovich, M. P. Jennings, C. A. McDevitt, M. von Itzstein, M. J. Walker, Repurposing a neurodegenerative disease drug to treat Gram-negative antibiotic-resistant bacterial sepsis.Sci Transl Med12, (2020).

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