阳离子碳硅烷树枝状大分子BD132及其与两性霉素B的协同抗念珠菌生物被膜活性研究

《Scientific Reports》：Antibiofilm activity of cationic carbosilane BD132 dendron and its synergistic effect with amphotericin B against Candida spp.

本研究针对念珠菌生物被膜耐药难题，开发了一种新型阳离子碳硅烷树枝状分子BD132。该分子通过外周铵基与分子伴侣4-苯基丁酸酯的协同作用，显著抑制白色念珠菌和光滑念珠菌生物被膜形成（MBIC低至8-32 mg/L），并能有效清除已形成生物被膜。BD132与两性霉素B联用呈现显著协同效应（FICI≤0.5），可将两性霉素B的有效浓度降低4-12倍。细胞毒性实验表明其活性浓度下对HeLa细胞无毒性，为研发低毒高效抗真菌药物提供了新策略。

　　

在微生物耐药性日益严重的全球健康危机中，念珠菌属真菌因其易形成生物被膜（Biofilm）而成为临床治疗的难点。生物被膜是微生物附着于生物或非生物表面后分泌胞外基质形成的结构化群落，其高密度细胞结构和物理屏障作用导致抗菌药物难以渗透，使得标准抗真菌疗法效果显著下降。尤其对于免疫缺陷患者或植入医疗器械相关感染，生物被膜相关的念珠菌感染常导致治疗失败和病情反复。更严峻的是，自2000年以来，除2015年获批的异康唑外，再无新结构类型的抗真菌药物问世，而念珠菌作为真核生物，其细胞结构与人类相似，进一步增加了药物选择性毒性的设计难度。

为突破这一困境，西班牙阿尔卡拉大学的研究团队在《Scientific Reports》发表研究，设计合成了一种新型阳离子碳硅烷树枝状分子BD132。该分子以第二代碳硅烷（CBS）为骨架，在末端修饰羟乙基取代的季铵盐基团，并在焦点位置连接具有抗炎、抗菌辅助活性的4-苯基丁酸酯（PBA）。这种结构设计既保留了阳离子 dendritic systems 的膜穿透能力，又通过羟基化修饰提升生物相容性。研究通过系统性实验证明，BD132单用即可有效抑制白色念珠菌（Candida albicans）和光滑念珠菌（Nakaseomyces glabratus）的生物被膜形成，并与经典抗真菌药两性霉素B（Amphotericin B）产生强协同效应，为应对真菌耐药提供了新思路。

研究采用的主要技术方法包括：树枝状分子的定向合成与核磁共振表征；基于96孔板的微量稀释法测定最小生物被膜抑制浓度（MBIC）和最小生物被膜清除浓度（MBEC）；刃天青（Resazurin）代谢活性检测与滴板法（Drop plate method）联用评估生物被膜活力；棋盘法（Checkerboard method）计算部分抑制浓度指数（FICI）评价协同作用；以及MTT法检测人宫颈癌细胞（HeLa）毒性。所有实验均使用标准菌株（C. albicans CECT 1002、N. glabratus CECT 1448），并在重复实验中验证可靠性。

BD132树枝状分子对念珠菌生物被膜的体外活性

BD132在抑制生物被膜形成方面表现优异，对光滑念珠菌和白色念珠菌的MBIC分别为8-16 mg/L和16-32 mg/L，其最小杀菌浓度（MFCB）与MBIC值重合，表明该浓度下可完全杀灭浮游菌。对于已形成的生物被膜，BD132在64 mg/L时即可显著破坏白色念珠菌生物被膜结构（MBDC），而完全清除生物被膜（MBEC）需256-512 mg/L。与前期研究的BDTL056分子相比，BD132通过羟乙基取代甲基的修饰，在保持抗菌活性的同时显著降低了细胞毒性。

BD132与两性霉素B的协同抗生物被膜作用

在抑制生物被膜形成实验中，BD132与两性霉素B联用对白色念珠菌的FICI为0.24-0.27，光滑念珠菌为0.24-0.30，均表现为协同作用（FICI≤0.5）。联用后两性霉素B的有效浓度从0.25 mg/L降至0.03 mg/L，BD132浓度从32 mg/L降至4 mg/L。在清除已形成生物被膜实验中，单用两性霉素B即使浓度高达32 mg/L仍无法清除生物被膜，而联用后仅需2 mg/L两性霉素B与8 mg/L BD132即可完全清除白色念珠菌生物被膜。这种协同效应可能源于树枝状分子破坏生物被膜基质，促进两性霉素B渗透至菌体细胞膜。

BD132的细胞毒性评价

毒性实验显示，BD132在16 mg/L以下浓度对HeLa细胞无毒性，32 mg/L时仅产生低毒性（活力降低<25%），而其抑制生物被膜形成的有效浓度（8-32 mg/L）均低于毒性阈值。即使对已形成生物被膜起效的64 mg/L浓度，细胞活力仍保持50%以上，显著优于前期高毒性阳离子树枝状分子。

本研究通过分子结构优化，成功开发出兼具高效抗生物被膜活性和低细胞毒性的BD132树枝状分子。其与两性霉素B的协同作用可大幅降低临床药物使用浓度，减少毒副作用和耐药风险。尤为重要的是，BD132在活性浓度下对哺乳动物细胞安全性良好，且其水溶性优势利于制剂开发。该研究为克服真菌生物被膜耐药提供了新策略，树枝状分子的可功能化设计特性也为后续药物开发提供了广阔空间。未来需进一步开展体内感染模型验证，推动其向临床应用转化。