基于新一代机制建模揭示不同耐药机制对美罗培南和环丙沙星联合用药的差异化响应

本研究针对铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)多重耐药难题，通过构建7种同源菌株模型，结合静态浓度时间-杀菌实验(SCTK)和机制数学模型(MBM)，首次量化了AmpC过表达、OprD孔蛋白缺失、MexAB-OprM外排泵上调等耐药机制对美罗培南(MER)和环丙沙星(CIP)单药及联用的动态影响。研究发现即使MIC相同，不同菌株的药效响应差异显著，而联用方案在72小时对5/7菌株显示协同杀菌作用。所开发的MBM模型对96%治疗方案具有预测力，为基于基因组特征的精准给药提供了新范式。

　　

铜绿假单胞菌作为医院获得性感染的主要病原体，其高死亡率与复杂的耐药机制密切相关。该菌可通过β-内酰胺酶(AmpC)过表达、孔蛋白(OprD)缺失、外排泵(MexAB-OprM)上调等途径对碳青霉烯类和氟喹诺酮类药物产生耐药性。传统基于最小抑菌浓度(MIC)的药代动力学/药效学(PK/PD)指标如%fT_>MIC
和fAUC/MIC存在明显局限：无法预测联合用药效果，且忽略不同耐药机制对药效的动态影响。随着全基因组测序技术的普及，亟需建立能整合耐药基因特征的预测模型，实现从"经验性用药"到"精准给药"的跨越。

针对这一科学难题，来自中国的研究团队在《International Journal of Antimicrobial Agents》发表创新性研究。该研究选取铜绿假单胞菌PAO1野生株及其6种同源突变株（包括单突变体PAΔAD、PAOD1、PAΔmexR和双突变体PAΔDMxR等），通过静态浓度时间-杀菌实验(SCTK)系统评估了美罗培南和环丙沙星单药及联用72小时的杀菌动力学。研究创新性地开发了新一代机制数学模型(MBM)，首次实现了不同耐药机制对药物响应差异的量化表征。

关键技术方法包括：

1. 构建涵盖3类主要耐药机制的同源菌株库
2. 开展标准化静态浓度时间-杀菌实验（n=292组）
3. 测定3×/5×MIC条件下的基线突变频率(MF)
4. 建立三室MBM模型（敏感/中间/耐药亚群）
5. 引入外排泵竞争性抑制的协同效应函数

【研究结果】
3.1 MIC与基线突变频率
双突变株PAΔDMxR对美罗培南的突变频率最高（1.33×10^-4
），显著高于野生株（6.06×10^-7
）。OprD缺失使美罗培南MIC升高8倍，而MexAB-OprM过表达导致环丙沙星MIC增加4倍。

3.2 SCTK单药治疗
美罗培南需4-8×MIC才能抑制72小时再生，且不同菌株响应差异显著：PAOD1ΔD仅需1×MIC，而PAΔAD需4×MIC。环丙沙星的fAUC/MIC需求同样呈现菌株特异性，野生株需384而突变株仅需96。

3.3 联合治疗
5/7菌株在联用方案中显示协同效应（≥2log₁₀
杀菌），尤其对PAΔAD等耐药株效果显著。仅PAΔmexR未显示72小时协同性，可能与外排泵过表达有关。

3.4 MBM建模
模型通过Fk_in
/Fk_out
参数量化耐药机制影响：OprD缺失使美罗培南内流降低76%（FOD1MER=0.24），AmpC过表达加速药物灭活（FADMER=2.86）。双突变效应呈乘积关系，成功预测96%治疗方案。

【结论与意义】
该研究首次证实：

1. 传统PK/PD指数无法反映相同MIC菌株的药效差异
2. 耐药机制通过改变药物胞内浓度（如OprD缺失减少内流，MexAB-OprM增加外排）而非仅影响MIC决定治疗效果
3. 联用方案通过外排泵竞争等机制克服部分耐药性
4. MBM模型实现从基因型到表型的精准预测

这项研究为抗生素精准用药提供了创新方法论，未来结合临床分离株的基因组数据，可望实现"测序即给药"的个体化治疗模式。模型框架可扩展至其他病原体-药物组合，对解决全球抗生素耐药危机具有重要价值。