N-乙酰半胱氨酸（NAC）抗铜绿假单胞菌生物膜形成及导尿管阻塞的双重功效：从机制探索到临床潜力

本研究针对铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）引发的导尿管相关尿路感染（CA-UTI）生物膜难题，系统评估了N-乙酰半胱氨酸（NAC）的抗菌与抗生物膜作用。通过体外模型和导尿管阻塞实验，发现NAC可显著降低细菌存活率（>4 log10）、抑制生物膜形成，并通过调控胶体力和表面结构改变阻断细菌聚集。研究首次证实非结晶性生物膜可导致导尿管阻塞，为临床抗生物膜策略提供了新思路。

　　

导尿管相关尿路感染（CA-UTI）是医院获得性感染的主要类型之一，其中铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）作为第三大病原体，因其独特的生物膜形成能力成为临床难题。传统抗生素难以穿透生物膜基质，且宿主免疫应答受限，导致治疗失败率高。更棘手的是，铜绿假单胞菌在尿路环境中形成的生物膜依赖胞外DNA（eDNA）而非藻酸盐，这种表型差异使得针对其他感染部位设计的抗生物膜策略可能失效。此外，尽管已知该菌可造成导尿管阻塞，但其非结晶性生物膜的阻塞机制长期被低估，临床亟需针对性解决方案。

悉尼大学等机构的研究团队从一例完全被铜绿假单胞菌生物膜阻塞的患者导尿管中获得灵感，通过体外实验系统评估了抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）的抗生物膜潜力。研究发现，NAC不仅能直接杀灭细菌（30mM处理1小时致死率>98%），还可通过改变细菌表面疏水性（接触角从28.8°降至11.2°）和酸基自由能（ΔG_agg AB从76.8降至31.3 mJ/m²），显著抑制细菌聚集和初始粘附。基因分析显示，NAC处理6小时即可使生物膜分散信号分子cAMP表达上调4倍，同时下调毒力因子基因（phzA1/phzG1表达减少2-4倍）。在模拟临床的玻璃膀胱模型中，NAC成功将导尿管细菌载量从10¹¹ CFU/mL降至10⁵ CFU/mL，并阻止了96小时内的管腔阻塞。这项发表于《Biofilm》的研究首次揭示了铜绿假单胞菌通过非结晶性生物膜导致导尿管阻塞的机制，为CA-UTI治疗提供了新型联合治疗靶点。

研究采用五大关键技术：1）流式细胞术结合CellRox/Sytox Green双染色评估NAC对活性氧（ROS）和膜完整性的影响；2）接触角测量和表面能分析揭示细菌聚集的物理化学机制；3）qRT-PCR检测生物膜相关基因（lecA/lecB等）表达；4）共聚焦显微镜观察活/死细菌三维分布；5）玻璃膀胱模型模拟导尿管阻塞过程（使用5株临床分离株）。

NAC的浓度依赖性杀菌效应
通过PI染色和流式分析，发现20-30mM NAC处理2小时可使膜损伤细菌增加2.2-2.5倍（p<0.01）。值得注意的是，杀菌作用与ROS无关——5mM NAC虽导致70%细菌死亡，但ROS阳性细胞<1%，提示存在锌螯合等其他机制。

生物膜动态调控
粘附实验显示，NAC使3株临床菌（PA62/92/94）的粘附量降低>5 log₁₀（p<0.01）。扫描电镜证实NAC处理后的细菌表面附属结构（如菌毛）消失，基质呈现"干裂"状。基因层面，编码蓝绿素的phzA1/phzG1表达显著受抑，而弹性蛋白酶和溶血素活性分别降低80%和100%（p<0.05）。

成熟生物膜的瓦解
对48小时预成型生物膜，30mM NAC单用即可使PA62/PA86活菌减少3-4 log₁₀（p<0.0001），与环丙沙星联用时可额外增加50%死生物量。共聚焦图像显示联合治疗组出现明显的基质清除效应。

导尿管阻塞的临床相关性验证
在96小时膀胱模型中，未经处理的导尿管被粘液样生物膜完全堵塞（细菌载量10¹¹ CFU/cm），而NAC处理组保持通畅。ICP-MS分析显示处理组导管Ca²⁺/K⁺含量降低10倍，印证了基质金属成分的改变。

这项研究突破了"铜绿假单胞菌不引起显著导管阻塞"的传统认知，证实其通过eDNA-rich生物膜实现物理性阻塞。NAC的多重作用机制——包括锌螯合、表面能调控和毒力因子抑制——使其成为理想的抗生物膜候选药物。尤其值得注意的是，酸性pH下的NAC（pH≈3.6）比中性pH制剂效果更佳，这为局部给药方案提供了依据。未来研究可探索NAC与抗生素的协同作用，特别是针对携带金属β-内酰胺酶的耐药菌株。从转化医学角度看，该成果为开发导管冲洗液或膀胱灌注疗法奠定了理论基础，有望解决CA-UTI治疗中"生物膜庇护所"这一核心难题。