细菌感染的高发率和严重病例的死亡率对全球健康构成了威胁。[1],[2] 细菌的生活方式直接决定了它们的致病潜力，主要包括两种状态：自由浮动的浮游细胞和表面相关的生物膜聚集体。[3],[4] 生物膜的形成通常被认为是持续感染的主要因素，严重限制了抗生素的渗透，并使细菌对传统抗菌剂产生强大的抗性。[5],[6],[7] 此外，感染部位的高酸度、缺氧和营养缺乏促进了免疫抑制性的生物膜微环境（BME），这削弱了宿主的局部防御能力，导致持续性和反复感染。[8],[9] 因此，开发无需抗生素的疗法，直接针对病原体、破坏生物膜屏障、重新编程免疫细胞并增强宿主防御能力，对于治疗细菌感染和预防复发具有重大潜力。在不引发耐药性的情况下实现这三项功能仍然是一个关键的未满足的临床需求。
近年来，细菌环状二核苷酸（CDNs）已成为基本生理过程的广泛调节因子，[10],[11] 使得合成/降解CDNs的酶或CDNs受体成为下一代抗菌策略的有吸引力的靶点。[12],[13],[14],[15] 在核苷酸调节过程中，大多数毒力特征对细菌生存并非必需，因此理论上这些靶点比传统抗生素疗法更不容易产生耐药性。[16],[17] 在CDNs中，环二腺苷单磷酸（c-di-AMP）是一种在多种人类病原体中普遍存在的保守第二信使，[18],[19],[20],[21],[22] 它在细菌增殖和宿主入侵过程中调节关键生理过程，包括细胞壁稳态、渗透压稳态、DNA修复和生物膜形成。[23],[24],[25],[26] 值得注意的是，c-di-AMP调节渗透压平衡和跨膜溶质运输。[27],[28],[29] 通过调节膜电位和离子流动，它增强了细菌对渗透压应激和抗菌剂的抵抗力，同时调节细菌代谢、毒力因子表达和生物膜结构。[30],[31],[32] 这些功能确保了细菌在环境变化下的生存，尤其是在恶劣的宿主微环境中，这对抗菌治疗带来了很大困难。[33] 因此，c-di-AMP调节的代谢途径和信号网络已成为有前景的治疗靶点。然而，调节c-di-AMP信号的转化潜力尚未得到充分探索。
越来越多的证据表明，铜死亡是一种由细胞内铜过载引发的细胞死亡，它会破坏线粒体代谢并诱导蛋白质毒性应激。[34],[35] 机制上，铜与三羧酸（TCA）循环中的脂质化成分结合，导致线粒体功能障碍和蛋白质聚集，从而在细胞中引发铜死亡，在细菌中引发类似铜死亡的死亡。[36] 这些事件可能导致细菌裂解和抗原释放，在感染组织中可能促进树突状细胞（DCs）的成熟和记忆细胞的激活。[37],[38] 这种级联反应可以增强急性免疫反应和持久的免疫记忆，显著增强宿主对反复病原体挑战的防御能力。
然而，这种免疫治疗机制依赖于足够的细胞内铜离子积累，[39] 这一过程受到细菌细胞膜完整性和外排系统的物理屏障的严重限制。受到c-di-AMP在细菌生理学中核心作用的启发，我们提出通过药理学抑制c-di-AMP来增加细胞壁和膜的通透性，可以触发细菌的铜死亡并抑制生物膜的形成。因此，关键在于实现c-di-AMP抑制剂和铜离子之间的协同作用，以最大化抗菌效果，同时最小化全身毒性。
作为概念验证，我们提出了一个无抗生素的治疗平台，将c-di-AMP途径抑制和细菌铜死亡转化为自我放大的抗菌级联反应。通过基于结构的虚拟筛选和体外验证，我们从天然多酚库中鉴定出茶黄素3,3'-二没食子酸酯（TF3）作为对c-di-AMP合成酶具有高亲和力的代表性抑制剂。为了提高其抗菌效率和稳定性，我们通过Cu-酚配位作用设计了TF3-Cu纳米颗粒（TF3-Cu NPs），创建了一个响应生物膜环境的纳米系统，能够同步将c-di-AMP合成酶抑制和铜离子传递到细菌感染部位。在遇到酸性生物膜环境时，TF3-Cu NPs会发生解体，TF3会破坏c-di-AMP介导的细胞壁和膜完整性，同时释放的铜离子在细胞内积累，通过破坏三羧酸循环引发类似铜死亡的细菌死亡。这种双机制作用不仅能够根除浮游和生物膜中的病原体，还能通过释放抗原促进树突状细胞成熟并建立持久的记忆B细胞反应，从而实现对抗金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的持久保护（图1）。总体而言，这项工作确立了c-di-AMP合成酶作为临床可行的抗菌靶点，并提出了一种颠覆性的策略，将细菌信号传导的脆弱性转化为治疗优势，为持续性和反复性细菌感染提供了有希望的解决方案。
