Lon蛋白酶功能失调介导的交叉敏感性驱动替加环素耐药病原体的有效联合抗生素治疗

本研究针对全球日益严重的替加环素(tigecycline)耐药问题，创新性地揭示了耐药菌株对氨基糖苷类和呋喃妥因(nitrofurantoin)的交叉敏感性(collateral sensitivity)机制。研究人员通过实验进化获得耐药菌株，发现质子动力(PMF)改变和Lon蛋白酶突变分别介导了对氨基糖苷类和呋喃妥因的敏感性增强，并证实替加环素与呋喃妥因联用可有效清除携带tet(X4)基因的临床耐药菌。该研究为应对"最后防线"抗生素耐药提供了创新性联合治疗方案，具有重要临床转化价值。

　　

抗生素耐药性已成为全球公共卫生的重大威胁，其中被称为"最后防线"的替加环素是治疗多重耐药菌感染的关键药物。然而随着tet(X4)和tmexCD-toprJ等耐药基因的出现，替加环素的临床疗效正面临严峻挑战。面对这一困境，扬州大学江苏省动物重要疫病与人兽共患病防控协同创新中心的研究团队另辟蹊径，从细菌进化代价的角度出发，发现替加环素耐药菌竟会"自废武功"——在对一种抗生素产生耐药的同时，意外变得对其他抗生素更加敏感。这一发现为破解抗生素耐药困局提供了全新思路，相关成果发表在《Cell Reports》上。

研究人员采用实验进化、全基因组测序、膜电位检测等关键技术，结合小鼠腹膜炎和大蜡螟感染模型，系统研究了替加环素耐药菌的交叉敏感性现象。通过对临床菌株基因组数据库的挖掘分析，验证了关键靶点Lon蛋白酶的临床相关性。

Collateral sensitivity of tigecycline-resistant bacteria to aminoglycosides and nitrofurantoin

通过连续传代培养获得替加环素耐药菌株后，研究人员发现大肠杆菌EC25922和肠炎沙门氏菌SE13076的耐药株对氨基糖苷类抗生素和呋喃妥因敏感性显著增强。时间杀伤曲线显示，16倍MIC的呋喃妥因可在1小时内完全杀灭耐药菌。

Alteration of the proton motive force confers tigecycline resistance and enhances aminoglycoside susceptibility

深入机制研究发现，耐药菌通过增强外排泵活性和降低跨膜质子梯度(ΔpH)来抵抗替加环素，同时膜电位(Δψ)代偿性升高，这意外促进了依赖膜电位摄取的氨基糖苷类抗生素在菌体内的积累。

Lon dysfunction enhances the susceptibility of tigecycline-resistant bacteria to nitrofurantoin

全基因组测序揭示耐药菌普遍存在Lon蛋白酶突变。该突变导致SulA蛋白降解受阻，进而过度激活脂多糖(LPS)合成关键酶LpxC，在呋喃妥因作用下造成膜稳态崩溃。临床数据分析显示，54.22%的大肠杆菌和43.57%的沙门氏菌存在Lon突变，预示该发现具有广泛临床意义。

sulA overexpression promotes LPS biosynthesis and disrupts membrane homeostasis

进一步研究发现，SulA过表达会激活SoxS-LpxC通路，导致LPS过度合成。呋喃妥因刺激下，耐药菌外膜通透性增加，Mg²⁺和Ca²⁺流失，最终引发细胞膜破裂。电镜观察直观展示了呋喃妥因导致的耐药菌膜结构损伤。

Tigecycline plus nitrofurantoin mitigates the development of antibiotic resistance

值得注意的是，这种交叉敏感性是双向的——对呋喃妥因耐药的菌株会重新变得对替加环素敏感。更令人振奋的是，两药联用能显著延缓耐药性进化，其防突变浓度(MPC)远低于单药治疗。

Combination of tigecycline and nitrofurantoin manages infections by tigecycline-resistant bacteria

动物实验证实，替加环素(1 mg/kg)联合呋喃妥因(4 mg/kg)可有效治疗耐药菌引起的腹膜炎，显著降低脏器细菌载量。在皮肤伤口感染模型中，联合治疗使tet(X4)阳性菌的创面愈合率提高3倍，炎症因子水平显著降低。

Tigecycline plus nitrofurantoin is effective against tet(X4)-carrying pathogens

转录组分析揭示，两药联用能激活细菌氧化磷酸化和TCA循环等代谢途径，使细菌处于更易被杀灭的代谢活跃状态。这种协同作用对携带tmexCD-toprJ的耐药菌同样有效。

这项研究开创性地利用细菌进化代价设计联合用药策略，证实替加环素与呋喃妥因联用既能克服现有耐药问题，又能预防新耐药性产生。特别是发现临床常见的Lon突变可作为预测呋喃妥因疗效的生物标志物，为个性化抗菌治疗提供了新依据。该成果不仅为治疗耐药菌感染提供了即时的解决方案，更为抗生素的合理使用开辟了新范式，对遏制全球抗生素耐药危机具有深远意义。