超越胃部：将枸橼酸铋钾药物再利用作为对抗多重耐药脓肿分枝杆菌的新策略

《Journal of Microbiology, Immunology and Infection》：Beyond the Stomach: Repurposing Bismuth Tripotassium Dicitrate as a Novel Strategy Against Multidrug-Resistant Mycobacterium abscessus

　　

背景/目的：脓肿分枝杆菌（*Mycobacterium abscessus*）是一种快速生长的非结核分枝杆菌（nontuberculous mycobacterium，NTM），以广泛的抗生素耐药性为特征，给临床管理带来巨大挑战。本研究旨在从FDA批准药物文库中识别可被再利用的潜在抗菌药物，以对抗脓肿分枝杆菌感染。方法：研究人员首先对2680种FDA批准药物进行高通量筛选（high-throughput screen），以鉴定对脓肿分枝杆菌具有抗菌活性的化合物。随后，通过基于刃天青的最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration，MIC）测定和MTT细胞毒性测定，分别使用多重耐药（multidrug-resistant，MDR）脓肿分枝杆菌临床分离株和多种人类细胞，对初筛阳性化合物进行进一步评估。此外，利用棋盘格法（checkerboard assay）评估阳性化合物与传统抗生素的相互作用。结果：初筛鉴定出39种具有抗脓肿分枝杆菌活性的非抗生素化合物。其中，8种化合物基于MIC和细胞毒性谱显示出良好的治疗指数。在这些化合物中，枸橼酸铋钾（bismuth tripotassium dicitrate，BTD）成为最有前景的候选药物，展现出对多重耐药临床分离株的强效活性、对多种人类细胞系的极低细胞毒性，以及与克拉霉素（clarithromycin）和红霉素（erythromycin）的显著协同作用。结论：BTD对脓肿分枝杆菌具有强效活性，并具有良好的安全性和协同性。这些发现支持其被再利用为治疗脓肿分枝杆菌感染的新型疗法的潜力。

**论文解读：《超越胃部：将枸橼酸铋钾药物再利用作为对抗多重耐药脓肿分枝杆菌的新策略》**

**研究背景与问题**

脓肿分枝杆菌（*Mycobacterium abscessus*）是一种快速生长的非结核分枝杆菌（NTM），在自然界中广泛存在，被视为机会性病原体，与全球范围内的肺部感染日益相关。该菌以其对大多数抗生素的内在耐药性而闻名，这种耐药性源于其不可渗透的细胞包膜、活跃的外排机制以及抗生素修饰酶等多种因素的综合作用，极大地限制了治疗选择。当前针对脓肿分枝杆菌感染的标准化治疗方案通常涉及阿米卡星、大环内酯类药物以及二线或三线药物的联合疗法。然而，治疗失败和反复感染仍然常见，尤其是在伴有基础疾病的患者中。这些临床挑战使得脓肿分枝杆菌被贴上了“无法治愈的噩梦”的标签，凸显了对新型治疗策略的迫切需求。尽管需求迫切，但抗生素开发在过去几十年中停滞不前，主要受制于高昂的开发成本、漫长的周期以及制药公司有限的财政激励。许多新批准的抗生素仅是现有类别的结构衍生物，使其更容易受现有耐药机制的影响。应对这一问题的新兴策略之一是将已显示出抗菌活性的FDA批准的非抗生素药物进行再利用。该方法具有缩短开发时间和降低成本、以及利用与传统抗生素结构不同的化合物以规避现有耐药机制的优势。

**本研究内容与结论**

本研究采用基于刃天青的生长抑制测定法，对包含2680种化合物的FDA批准药物文库进行筛选，以鉴定对脓肿分枝杆菌具有活性的化合物。初筛后，对表现出抗菌活性的非抗生素药物进一步通过基于刃天青的MIC测定和细胞毒性评估进行评价。随后，选定候选药物测试其对多重耐药临床分离株的活性，以及对源自脓肿分枝杆菌感染部位的人类细胞系的细胞毒性。该筛选工作确定了一种主要用于治疗消化性溃疡和胃食管反流病的药物——枸橼酸铋钾（BTD），作为脓肿分枝杆菌的有效抑制剂。此外，BTD对所有临床分离株均表现出抗菌活性，未观察到耐药性，并且与脓肿分枝杆菌一线药物克拉霉素具有协同效应。这些发现支持BTD作为对抗这一难治病原体的有前景的治疗候选药物。该研究发表在《Journal of Microbiology, Immunology and Infection》。

**主要关键技术方法**

研究人员主要采用了基于刃天青的高通量筛选（HTS）测定法，以监测细菌活力，对2680种FDA批准药物进行初筛。阳性化合物通过基于刃天青的MIC测定法进行抗菌效力定量。利用MTT测定法在HCT116、A549和HaCaT人类细胞系中评估化合物细胞毒性。采用棋盘格法评估BTD与传统抗生素之间的药物相互作用。时间-杀菌曲线用于表征杀菌动力学。所有临床分离株来自2016至2023年台湾大学医学院附设医院（NTUH），抗菌药物敏感性通过Sensititre? RAPMYCO2测定板确定。

**研究结果**

**3.1 筛选FDA批准药物鉴定出针对脓肿分枝杆菌的选择性非抗生素药物**

通过基于刃天青的生长抑制测定法对包含2153种非抗生素药物和527种抗生素的FDA批准药物文库进行筛选。在48小时处理后，76种抗生素和46种非抗生素化合物表现出显著抗菌活性。经冗余排除后，对42种非抗生素阳性化合物进行MIC测定和HCT116细胞细胞毒性检测。根据MIC ≤ 4 mg/L且选择性指数（SI）≥ 1的标准，选出8种化合物。其中，BTD在HCT116、A549和HaCaT细胞中均表现出最高的SI（>135），且对多重耐药临床分离株保留活性，成为最有前景的候选药物。

**3.2 含铋药物对脓肿分枝杆菌具有抗菌活性**

鉴于铋是BTD的主要活性组分，研究人员进一步测试了另外三种含铋药物：次水杨酸铋、没食子酸铋和枸橼酸铋钾。所有三种化合物均对脓肿分枝杆菌标准株ATCC 19977显示出强效抗菌活性，MIC值与BTD相当，且在10%血清中活性稳定。细胞毒性测定显示，除没食子酸铋和枸橼酸铋钾在部分细胞系中CC₅₀较低外，所有含铋药物均未在HCT116细胞中检测到明确的CC₅₀，表明铋作为药理学活性核心具有开发潜力。

**3.3 BTD对临床脓肿分枝杆菌分离株具有活性**

为评估BTD对脓肿分枝杆菌已建立的耐药机制的效力，研究人员检测了来自NTUH的2016至2023年多重耐药临床分离株的敏感性。所有分离株至少对三类抗生素耐药。BTD对所有测试分离株均表现出强效活性，MIC₉₀为4 mg/L，MIC₅₀为2 mg/L，突出了其治疗多重耐药脓肿分枝杆菌感染的潜力。

**3.4 BTD表现出与阿米卡星相当的杀菌动力学**

时间-杀菌实验结果表明，BTD表现出浓度依赖性杀菌活性。在8 mg/L浓度下，BTD的杀菌效果与一线临床药物阿米卡星相当。

**3.5 BTD与克拉霉素对脓肿分枝杆菌表现出协同活性**

棋盘格法结果显示，BTD与克拉霉素对脓肿分枝杆菌标准株ATCC 19977具有协同抗菌活性，而与其他测试抗生素（如阿米卡星、环丙沙星等）则表现为无关作用。进一步研究发现，BTD与其他靶向核糖体的抗生素（克林霉素、氯霉素、红霉素、利奈唑胺和四环素）也表现出协同或相加作用，甚至使单独使用无效的克林霉素和氯霉素恢复活性。这表明BTD与核糖体靶向药物联合使用可能是一种有前景的治疗策略。

**讨论总结与结论**

鉴于脓肿分枝杆菌临床分离株的固有和获得性耐药，发现新型化学结构至关重要。本研究筛选FDA批准药物文库，鉴定出非抗生素药物BTD，其对脓肿分枝杆菌具有强效抗分枝杆菌活性且无显著细胞毒性。重要的是，未观察到多重耐药临床分离株对BTD存在交叉耐药性，表明该策略可有效识别新的抗菌化学支架以克服细菌耐药机制。研究指出，索法酮、溴新斯的明和赛洛唑啉等药物在本研究初筛中活性不高，与先前研究存在差异，可能源于所用方法的敏感性不同（本研究使用更敏感的刃天青法）。此外，9-顺式视黄酸、全反式视黄酸和匹莫齐特在初筛中表现阳性但后续MIC实验未确认，可能因它们在水环境中自聚集形成胶体颗粒导致假阳性。BTD的低生物利用度虽限制其系统性应用，但可考虑通过雾化吸入等局部给药方式，利用其与克拉霉素的协同作用增强标准方案疗效。研究也发现，其他含铋化合物同样具有活性，铋可通过多种机制（如破坏细胞膜、抑制ATP酶等）发挥抗菌作用。本研究存在一定局限性：药物文库化合物数量有限；所有临床分离株均来自单一中心（NTUH），样本量较小，可能影响结果的普适性。

研究人员得出结论：BTD对脓肿分枝杆菌具有强效活性，并具有良好的安全性和协同性。这些发现支持其被再利用为治疗脓肿分枝杆菌感染的新型疗法的潜力。所有作者声明不存在利益冲突。本研究得到台湾科技部资助（项目编号：113-2320-B-002-033-MY3 和 113-2622-B-002-011）。