鲍曼不动杆菌（Acinetobacter baumannii）多粘菌素耐药性中oprM基因的调控机制

《Journal of Infection and Public Health》：Regulatory Mechanism of the oprM gene in Colistin Resistance of Acinetobacter baumannii

Acinetobacter baumannii对碳青霉烯类抗生素的耐药机制研究通过生物信息学结合机器学习筛选出oprM和F3P16_RS16375两个候选基因，验证oprM基因敲除显著降低耐药性、抑制生物膜形成及减轻小鼠肺部感染炎症反应，为新型抗菌药物开发提供靶点。

　　在当今全球公共卫生领域，抗菌药物耐药性（AMR）已成为一个亟需解决的重大挑战。随着抗生素的广泛使用和滥用，多种病原体逐渐展现出对传统抗生素的耐药性，其中铜绿假单胞菌（*Pseudomonas aeruginosa*）和鲍曼不动杆菌（*Acinetobacter baumannii*）等革兰氏阴性菌的耐药性问题尤为突出。鲍曼不动杆菌因其高度的环境适应性和多重耐药特性，被列为临床感染中最危险的病原体之一，尤其在5岁以上的患者群体中，其导致的死亡率高达15.2%。近年来，该菌在非洲、拉丁美洲和中东等地区表现出超过50%的多重耐药率，进一步加剧了临床治疗的难度。

面对这一严峻形势，科学家们不断探索新的抗菌策略，尤其是在广谱抗生素效果有限的情况下，多粘菌素类药物（如多粘菌素E，即colistin）作为最后的治疗选择，重新受到关注。然而，随着多粘菌素类药物的临床应用，其耐药性也逐渐显现。尽管整体耐药率通常低于10%，但在某些地区，耐药率仍在持续上升。因此，理解鲍曼不动杆菌对多粘菌素的耐药机制，并寻找新的治疗靶点，成为当前研究的重点。

本研究聚焦于colistin耐药性，旨在识别与耐药相关的基因，并评估这些基因对耐药性、细菌生长和致病能力的影响。研究团队采用生物信息学与机器学习相结合的方法，从大规模转录组数据中筛选出潜在的耐药相关基因，并通过定量实时聚合酶链反应（qPCR）技术进行验证。最终，他们确定了两个关键基因：*oprM* 和 F3P16_RS16375。其中，*oprM* 基因的表达在诱导耐药的菌株中显著上调，提示其在colistin耐药性中可能发挥重要作用。

*oprM* 基因编码的外膜蛋白OprM是多重耐药细菌中广泛存在的外膜因子（OMF），作为RND（Resistance-Nodulation-Division）外排泵系统的重要组成部分，与MexA和MexB共同构成MexAB-OprM三元复合体，负责将多种抗菌药物排出细胞外。OprM不仅在抗菌药物的外排过程中起关键作用，还对维持外排泵结构的稳定性具有重要意义。本研究通过同源重组技术构建了*oprM*基因敲除的耐药菌株（COL-R-ΔoprM），并对其生物学特性进行了系统分析。结果表明，*oprM*基因的缺失显著降低了colistin的最小抑菌浓度（MIC），表明该基因在调节耐药性中起关键作用。此外，敲除*oprM*基因还影响了细菌的生物膜形成能力，表明其可能通过调控生物膜的形成来增强耐药性。

在体外实验中，研究团队发现，COL-R-ΔoprM菌株的生长速率相较于原始耐药菌株COL-R有所提高，说明*oprM*基因的缺失可能削弱了细菌在多粘菌素环境下的适应能力。同时，COL-R菌株在生物膜形成方面表现更为显著，而敲除*oprM*后，生物膜形成能力明显下降。这些结果进一步支持了*oprM*基因在耐药性形成中的重要性，同时也揭示了其在细菌生存策略中的多重功能。

为了更全面地评估*oprM*基因对细菌致病性的影响，研究团队建立了小鼠肺部感染模型，并观察了不同菌株在感染后的细菌负荷、炎症因子水平以及肺部组织病理变化。结果显示，在感染模型中，COL-R菌株导致的肺部细菌负荷显著高于标准菌株AT，而COL-R-ΔoprM菌株的肺部细菌负荷则明显降低，说明*oprM*基因的缺失可以削弱细菌在肺部的定植能力。此外，当给予colistin治疗后，COL-R-ΔoprM菌株感染的小鼠表现出更显著的治疗效果，其血清中的炎症因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6）水平显著下降，肺部组织损伤也有所缓解。相比之下，COL-R菌株在colistin治疗后未表现出明显改善，表明*oprM*基因的缺失可以恢复colistin对耐药菌株的治疗效果。

这些发现不仅加深了我们对鲍曼不动杆菌耐药机制的理解，也为开发针对colistin耐药菌株的新疗法提供了理论依据。*oprM*基因作为关键耐药相关基因，其表达水平的上调可能与细菌的耐药性增强有关。通过基因敲除，研究团队验证了该基因在维持耐药性中的作用，同时发现其对细菌生长、生物膜形成和致病能力的影响。这些结果表明，针对*oprM*基因的干预可能成为治疗colistin耐药性鲍曼不动杆菌感染的有效策略。

此外，研究还指出，外膜蛋白的表达变化是鲍曼不动杆菌耐药性形成的重要机制之一。例如，OmpA是该菌中最丰富的孔蛋白之一，其基因突变可能改变细菌对多种抗生素的敏感性。而CarO作为外膜蛋白中的第二重要成员，其缺失可能导致细菌对碳青霉烯类抗生素的耐药性增强。虽然这些研究主要集中在OmpA和CarO上，但本研究首次将关注点放在*oprM*基因，揭示了其在colistin耐药性中的独特作用。这不仅拓展了我们对鲍曼不动杆菌耐药机制的认识，也为未来的抗菌药物研发提供了新的方向。

值得注意的是，本研究采用了多种技术手段，包括生物信息学分析、机器学习算法和实验验证，以确保结果的准确性和可靠性。通过SVM-RFE和LASSO回归算法，研究团队筛选出与colistin耐药性相关的候选基因，并结合qPCR技术对这些基因的表达水平进行了验证。最终确定的两个候选基因，*oprM*和F3P16_RS16375，分别在不同实验条件下表现出不同的表达特征。其中，*oprM*基因的表达水平更为稳定，因此被选为后续研究的重点对象。

在实验设计方面，研究团队不仅关注基因表达的变化，还深入探讨了其对细菌生理特性和致病能力的影响。通过构建基因敲除突变株并进行体外和体内实验，他们发现*oprM*基因的缺失显著影响了细菌的生长速率、生物膜形成能力和在宿主中的定植能力。这些发现表明，*oprM*基因在鲍曼不动杆菌的生存和致病过程中起着关键作用。在体内实验中，COL-R-ΔoprM菌株感染的小鼠表现出更轻的肺部组织损伤，且炎症因子水平显著降低，进一步验证了该基因在细菌致病性中的重要性。

本研究的局限性在于，虽然通过实验室诱导的方法获得了耐药菌株，但这些菌株可能与临床实际感染的菌株存在差异。此外，由于实验资源的限制，研究团队仅对三个代表性菌株进行了多粘菌素MIC的测定，而其余55株临床分离株的MIC值未进行详细分析。未来的研究应结合临床样本，进一步验证*oprM*基因在不同菌株中的功能，并探索其与其他耐药相关基因之间的相互作用。此外，研究还应考虑不同环境因素对*oprM*基因表达的影响，以及该基因在不同感染模型中的表现。

综上所述，*oprM*基因在鲍曼不动杆菌的colistin耐药性中起着至关重要的作用。其表达水平的上调可能与细菌的耐药性增强密切相关，而其缺失则有助于恢复细菌对colistin的敏感性，并降低其在宿主中的致病能力。这些发现为治疗colistin耐药性鲍曼不动杆菌感染提供了新的思路，同时也为开发针对该基因的新型抗菌药物奠定了基础。未来的研究应进一步探索*oprM*基因的调控网络，以及其与其他耐药机制之间的关系，以期更全面地理解鲍曼不动杆菌的耐药特性，并为临床治疗提供更加有效的解决方案。