口服抗生素对尿道致病性大肠杆菌胞内群体及膀胱细胞炎症反应的比较疗效

《European Journal of Clinical Microbiology & Infectious Diseases》：Comparative efficacy of oral antibiotics against intracellular populations of uropathogenic Escherichia coli and bladder cell inflammatory response

　　

由尿道致病性大肠杆菌（UPEC）引起的复发性尿路感染的易感风险包括：胞内细菌群落（IBCs）的形成，其作为膀胱上皮细胞内细菌持续存在的储库；以及促炎介质持续升高，干扰伤口愈合。研究人员在体外膀胱上皮细胞感染模型中研究了口服药物（呋喃妥因、多西环素和吉泊达星）清除胞内细菌及影响促炎信号传导的功效。研究结果表明，宿主对UPEC感染的炎症反应存在可变且菌株依赖性差异，且作用机制不同的口服抗生素对促炎介质（TNFα和PTGS2）的表达及清除胞内细菌的功效具有差异性影响。

尿路致病性大肠杆菌（uropathogenic Escherichia coli, UPEC）是尿路感染（UTI）最常见的病原体，占感染总数的70%以上。UTI在女性中高度流行，绝经后女性复发风险显著增加。UPEC通常定植于胃肠道，可沿尿道逆行至膀胱，侵入膀胱浅层上皮细胞（BECs），形成具有生物膜样结构的胞内细菌群落（IBCs）。IBCs已在绝经后复发性UTI患者膀胱活检组织的各层中被发现，被认为是膀胱内细菌持续存在并导致复发的储库。此外，上皮细胞的固有促炎反应可能促进细菌在膀胱组织中的持续存在。小鼠再感染模型显示，自发消退的小鼠在感染后24小时其Tnf（TNF-α）和Ptgs2（COX-2）表达较未消退小鼠显著降低；而未消退小鼠中两者的持续升高与伤口愈合延迟有关。Ptgs2编码环氧化酶2（COX-2），可产生炎症脂质前列腺素E2，而使用COX-2抑制剂（SC-236）可预防这种愈合延迟。因此，既能有效减少IBCs又能消退促炎反应的小分子治疗药物有望限制UTI复发。然而，目前尚不清楚抗生素在多大程度上影响IBC形成及后续促炎信号通路。这项初步研究旨在比较三种机制不同的口服碳青霉烯替代抗生素——呋喃妥因、多西环素和吉泊达星，对UPEC的胞内杀菌活性及膀胱细胞促炎反应的影响。

研究人员选用人膀胱上皮细胞系5637（HTB9）作为体外感染模型。UPEC菌株包括来自肾盂肾炎患者的CFT073、来自膀胱炎患者的UTI89，以及来自绝经后复发性UTI患者并在此前研究中被发现能形成强IBCs的产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）临床菌株NB021。主要技术方法包括：采用细胞内时间-杀菌试验，以感染复数（MOI）15感染细胞2小时，经450 μg/mL阿米卡星去除胞外菌后，加入20 μg/mL呋喃妥因、16 μg/mL多西环素或20 μg/mL吉泊达星，在特定时间点裂解细胞并进行菌落计数（CFU）；采用热灭活UTI89刺激膀胱细胞，并以1 μM地塞米松作为阳性对照，以排除杀菌活性对宿主免疫反应的混杂影响；通过qRT-PCR检测Tnf和Ptgs2的mRNA相对表达量，以评估抗生素对促炎介质表达的影响。

口服抗生素表现出差异性的胞内杀菌活性：在MOI 15感染2小时、阿米卡星去除胞外菌后，用抗生素处理10小时，所有三种抗生素均较无抗生素对照显著降低胞内细菌载量。与呋喃妥因和吉泊达星相比，多西环素仅产生适度的胞内杀菌效果：在NB021感染的细胞中，多西环素仅降低0.40 log₁₀倍，而呋喃妥因和吉泊达星分别降低2.3和1.7 log₁₀倍；在UTI89感染的细胞中，多西环素降低0.81 log₁₀倍，而呋喃妥因和吉泊达星分别降低2.1和2.3 log₁₀倍。三种抗生素对CFT073和UTI89的胞内清除效果基本相同，但呋喃妥因例外。所有菌株根据最低抑菌浓度（MIC）判定均对研究抗生素敏感，提示胞内清除效果可能具有菌株依赖性。

感染过程中菌株依赖性及抗生素介导的差异性促炎反应：在无抗生素处理的基线（T0）时，UTI89感染诱导的Tnf表达水平较NB021感染高（平均4 log₂倍），而两菌株诱导的Ptgs2表达水平相似。呋喃妥因和吉泊达星处理并不降低UTI89感染诱导的Tnf和Ptgs2表达；但在NB021感染的膀胱细胞中，处理4小时后Ptgs2表达降低（平均降低1.6和1.9 log₂倍）。为排除细菌被杀灭对宿主免疫反应的混杂影响，研究人员用热灭活的UTI89刺激膀胱细胞，发现呋喃妥因和吉泊达星同样降低Ptgs2表达（平均较1 μM地塞米松降低0.97 log₂倍），其中吉泊达星对Ptgs2的降低作用优于地塞米松，提示其抗炎作用独立于直接抗菌活性。在所有实验条件下，Tnf表达均未受到明显抑制。

讨论部分指出，该研究显示抗生素介导的胞内细菌清除可能因感染菌株的不同而存在差异。多西环素尽管在体外药敏试验中显示敏感，但对UTI89和NB021的胞内杀菌效果弱于呋喃妥因和吉泊达星，这与既往关于多西环素对胞内革兰阴性病原体（如贝氏柯克斯体）清除效果较差的研究结果一致，可能与其在细胞内的生物利用度相对不利有关。吉泊达星对UPEC胞内IBCs的活性此前尚未被评估，本研究首次观察到其与呋喃妥因相当的显著胞内杀菌活性。此外，抗生素对Ptgs2表达的选择性抑制可能是有利特征，因为治疗结束时Ptgs2持续升高与伤口愈合延迟及细菌持续存在相关。未来研究应在蛋白质水平通过ELISA或流式细胞术验证细胞因子表达，并在体内模型中评估抗生素对UPEC感染膀胱中Ptgs2表达和PGE2产生的影响及其与复发风险的关系。本研究的局限性包括：仅测试了少数UPEC菌株，且实验重复次数较少，无法进行统计分析。未来需要纳入更多来自复发性UTI患者的临床分离株，并使用原代膀胱上皮细胞以及体内模型来进一步验证。

总体而言，本研究考察了呋喃妥因、吉泊达星和多西环素清除UPEC胞内群体以减少后续复发潜在储库的功效。数据显示，感染期间膀胱上皮细胞反应可能具有菌株依赖性，且部分抗生素能够抑制与伤口愈合延迟和细菌持续存在相关的Ptgs2（COX-2）表达。这些发现提示，选择治疗非复杂性UTI的抗生素时，除传统的杀菌活性外，还应考虑其抗炎作用，以促进膀胱组织急性感染的消退和伤口愈合，因此值得进一步深入研究。