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该综述聚焦细菌感染治疗困境，探讨表型弹性（如耐受性、持续性、异质性耐药）、生物膜等细菌生存方式，以及宿主微环境（pH、血液成分等）与体外药敏试验差异对治疗的影响，展望新型药敏平台，为优化抗菌治疗提供方向。
细菌感染仍是全球重大健康问题，即便细菌在诊断试验中显示对抗生素敏感，治疗仍可能失败。本综述探讨治疗失败的多因素原因，包括表型弹性行为、细菌生存方式、宿主因素及诊断培养基与体内感染部位的环境差异等。
治疗失败相关术语界定
治疗失败指药物无法永久清除感染，其类别包括治疗期间药物未能清除感染的复发，以及治疗成功后原病原体再次出现的再发（源于休眠或隔离的原始感染重新激活的复发，或获得经典抗菌耐药性）。区分同一菌株的真实再发与同一物种新菌株的再感染具有挑战性，临床中很少进行纵向采样和基因分型。不同疾病专科使用的术语可能不同，但治疗耐药性感染会增加发病率和死亡率，还可能导致经典 AMR 问题恶化。
治疗耐药机制
传统上，AMR 分为固有耐药和获得性耐药，MIC 测定是指导临床治疗决策的金标准，但可能掩盖难治性表型，如耐受性、持续性和异质性耐药。这些表型由上游信号系统和应激反应调控，并受环境信号影响。
双组分系统（TCSs）对细菌适应环境至关重要，可直接响应抗生素暴露，也可通过环境应激源诱导关键全局调节因子的瞬时变化，导致细胞表面修饰、药物外排增加和生物膜形成等。例如，单核细胞增生李斯特菌的 TCS LisRK 通过调节青霉素结合蛋白表达和调节细胞包膜特性，赋予对氨苄青霉素的选择性抗生素耐受性；铜绿假单胞菌的 Gac-Rsm 双组分系统介导急性和慢性感染之间的表型转换。
毒素 - 抗毒素（TA）模块也与细菌持久性有关，如大肠杆菌中与青霉素持久性相关的 hipA7 等位基因，以及 RelE、MazF 毒素可诱导滞育细胞生成。TA 模块受 SOS 反应（DNA 损伤后促进修复）和严谨反应（营养缺乏时调整细胞行为）等应激反应调控，这些上游信号会导致细胞休眠。
下游表型
慢性感染常与微生物生物膜相关，生物膜由嵌入细胞外聚合物（EPS）中的细菌群落组成，EPS 中的带负电荷核酸可阻止带正电荷抗生素（如氨基糖苷类）渗透，多糖也可作为抗生素渗透的渗透屏障。生物膜内的细菌种群可通过减缓代谢过程暂时耐受高剂量抗生素，其中的休眠亚群因代谢活动减少，难以成为抗生素的有效靶点，停药后可恢复生长，导致复发或再发。此外，多微生物相互作用和细菌共生也会影响抗生素耐受性和耐药性，而 MIC 测试在浮游生长的单一物种中进行，未考虑宿主微环境。
外排泵在浮游种群和生物膜中均通过调节细胞内环境导致抗生素治疗失败和多重耐药，例如大肠杆菌滞育细胞因外排活动增加导致药物积累减少，链球菌属滞育细胞暴露于青霉素时外排泵基因上调。
胞内细菌群落（IBC）是细菌入侵形成的储存库，如尿路致病性大肠杆菌（UPEC）形成的 IBC，因尿路上皮的紧密屏障功能限制抗生素渗透，且深层储存库处于休眠状态，导致治疗困难。
细菌可分泌膜囊泡（MVs），其含有的货物可影响细菌生存，如携带 β- 内酰胺酶等抗生素降解酶，或作为诱饵降低环境抗生素浓度和靶细菌对抗生素的摄取。抗生素治疗引起的 SOS 反应可导致 MV 分泌增加，MV 货物还与生物膜形成有关。
L 型是正常有壁细菌的 transient、无细胞壁形态型，可抵抗靶向细胞壁的抗生素，在复发性尿路感染（rUTI）患者分离的革兰氏阴性菌中观察到 L 型转换，其维持需要渗透压稳定条件，活性氧（ROS）也会影响 L 型生长。
宿主微环境的作用
宿主的解剖结构、生理、代谢功能和细胞成分的波动可导致体内平衡失调，影响药物药代动力学 / 药效学（PK/PD），而这些因素通常未在体外诊断测试中体现。
血液中系统性给药的抗生素会与血细胞或血浆蛋白结合，降低循环中活性药物量，影响药效。红细胞含有的铁可促进细菌生长，含血清的培养基会触发金黄色葡萄球菌对达托霉素的耐受性。
pH 值的维持是体内平衡的重要组成部分，感染时局部 pH 的变化会影响细菌代谢和抗生素功能，而 MIC 测试未反映 pH 波动。例如，酸性 pH 可影响环丙沙星对大肠杆菌的敏感性，尿液 pH 影响抗生素对尿路感染的疗效。
除 pH 外，尿液中的盐和尿素成分可能影响尿路病原体的转录组及其对抗生素的反应，肠道微生物群也可能对抗生素进行加工和改变，模拟粘液的培养基可显示粘液环境对铜绿假单胞菌在囊性纤维化感染中的影响。
超越 MIC：更具生理学意义的抗菌药敏试验平台的挑战与进展
除金标准 MIC 外，临床还采用基于表型输出或基于组学的耐药性鉴定方法，但这些方法大多昂贵，且未模拟更生理的微环境。
改进浮游抗菌药敏试验的基本方法是用相关体液或其合成 equivalents 补充或完全替代用于 MIC 的标准细菌生长培养基，如使用模拟痰液的培养基可观察到脓肿分枝杆菌的抗菌药物敏感性降低，直接接种患者尿液的试验可能比标准 MIC 更频繁地检测到耐药性。
生物膜药敏试验方法包括在不同非生物基质上生长生物膜，如琼脂、塑料、玻璃或珠子，可静态或嵌入动态流动系统中。但生物膜药敏试验方法存在标准化挑战，且现有模型可能无法准确模拟体内慢性感染中的生物膜。
更复杂的感染模型包括微生态模型（包含正常感染中的营养和结构）、离体模型（使用从动物或人类切除的组织）、类器官 / 微组织模型（模拟器官的功能和结构）和体内模型（研究感染动物）。这些模型可培养生物膜，但存在协议不标准化、缺乏临床数据验证、成本高等问题。
临床相关性与结论
若测试平台无法充分模拟正确的感染微环境，可能难以准确预测临床结果。治疗失败率可作为诊断技术并非最佳的替代指标，如尿路感染的复发率很高，AST 方法对免疫功能低下患者、接受多种抗菌药物治疗的患者以及由多微生物群落引起的感染的治疗成功预测价值相对较低。
尽管传统测试与结果之间存在不一致，但比较传统测试与更先进方法的预测价值的研究罕见。例如，一项比较生物膜抗菌药敏试验与 MIC 在治疗囊性纤维化患者肺部恶化中的效用的随机对照临床试验显示，在肺部细菌负荷和临床结果方面无显著差异，可能是因为体外生物膜未准确模拟 CF 生物膜。
总之，模拟宿主微环境以实现更有意义的宿主 - 病原体 - 药物相互作用，对于推进治疗失败生物学的基础知识和增加急需的抗生素替代方案的研发至关重要。未来的抗菌药敏试验可能在于增加平台的复杂性和生理相关性，同时平衡高通量、即时检测（或接近即时检测）的时间线和可管理的医疗费用，但实现这种平衡并非易事，还需要临床研究和可靠数据支持新开发测试的最终临床实用性。
