分枝杆菌生物被膜发育调控与抗生素耐药菌防控新措施研发.pdf

目前，已知的分枝杆菌属有 170 多种，是分枝杆菌科中唯一的属。该属的微生物在引起人类疾病的能力方面呈现多样化。分枝杆菌属包括人类病原体(结核分枝杆菌复合菌群和麻风分枝杆菌)和被称为非结核分枝杆菌(non-tuberculosis mycobacteria，NTM)的环境微生物。分枝杆菌的一个常见致病因素是生物被膜的形成。细菌生物被膜通常被定义为表面附着的细菌群落，也被认为是被包裹的微生物细胞的共享空间，包括各种胞外聚合物基质(extracellular polymeric substances，EPS)，如多糖、蛋白质、淀粉样蛋白、脂类和胞外 DNA(extracellular DNA，EDNA)，以及膜小泡和类腐殖质微生物衍生的难降解物质。基质的组装和动力学主要由第二信使、信号分子或小 RNA 协调。完全破译细菌如何为基质提供结构，从而促进细胞外反应并从中受益，仍然是未来生物被膜研究的挑战。本文介绍了生物被膜五步发育模型和生物被膜形成的新模型，分析了生物被膜的致病性，与噬菌体、宿主免疫细胞的互作，同时解析了分枝杆菌生物被膜关键基因及调控网络，分枝杆菌生物被膜与耐药性，以期为临床上治疗由生物被膜引起的疾病提供基础。关键词:分枝杆菌；生物被膜；抗菌素耐药性 Regulation of Mycobacterium biofilm development and novel measures against antibiotics resistance Abulimiti Abudukadier1,Qi-ao Zhang1,Peibo Li2,Jianping Xie1,2 1.School of Life Sciences,Institute of Modern Biopharmaceuticals,Southwest University,Chongqing 400715,China 2.Chongqing Public Health Medical Center,Chongqing 400036,China Abstract:Currently,there are over 170 recognized species of Mycobacterium,the only genus in the family Mycobacteriaceae.Organisms belonging to this genus are quite diverse with respect to their ability to cause disease in humans.The Mycobacterium genus includes human pathogens(Mycobacterium tuberculosis complex and Mycobacterium leprae)and environmental microorganisms known as non-tuberculosis mycobacteria(NTM).A common pathogenic factor of Mycobacterium is the formation of biofilms.Bacterial biofilms are usually defined as bacterial communities attached to 第1期 阿卜力米提阿卜杜喀迪尔等:分枝杆菌生物被膜发育调控与抗生素耐药菌防控新措施研发 35 the surface,and are also considered as shared spaces of encapsulated microbial cells,including various extracellular polymeric substrates(EPS),such as polysaccharides,proteins,amyloid proteins,lipids,and extracellular DNA(EDNA),as well as membrane vesicles and humic like microorganisms derived refractory substances.The assembly and dynamics of the matrix are mainly coordinated by second messengers,signaling molecules,or small RNAs.Fully deciphering how bacteria provide structure for the matrix,thereby promoting extracellular reactions and benefiting from them,remains a challenge for future biofilm research.This review introduces a five step development model for biofilms and a new model for biofilm formation,analyses the pathogenicity of biofilms,their interactions with bacteriophages and host immune cells,and the key genes and regulatory networks of mycobacterial biofilms,as well as mycobacterial biofilms and drug resistance,in order to provide a basis for clinical treatment of diseases caused by biofilms.Keywords:Mycobacteria;biofilm;antibiotic resistance 分枝杆菌(Mycobacterium)是一大类细胞壁中富含脂质的革兰氏阳性细菌，分枝杆菌属隶属于放线菌目(Actinomycetes)分枝杆菌科(Mycobacteriaceae)。目前已发现分枝杆菌属有 200 多种，其中致病型分枝杆菌比较少，大多数分枝杆菌是与人类感染无关的环境微生物。分枝杆菌属中的结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)、牛结核分枝杆菌(My-cobacterium bovis)、田鼠分枝杆菌(Mycobacterium microti)和非洲分枝杆菌(Mycobacterium africanum)等因生物学特性接近又被称为结核分枝杆菌复合群，它们是导致人类结核病的主要病原菌。分枝杆菌属中除结核分枝杆菌复合群和麻风分枝杆菌以外的分枝 杆 菌 统 称 为 非 结 核 分 枝 杆 菌(nontuberculous mycobacteria,NTM)。随着分枝杆菌种类不断增加的同时，由 NTM 引起的感染在全球范围内也在增加。从临床标本中分离出的分枝杆菌并进行准确鉴定，对于此类感染性疾病的诊疗具有重要的指导意义1。分枝杆菌作为一种慢性感染病原体，其生物被膜(biofilm，BF)的形成在其感染中起着重要的作用。分枝杆菌生物被膜可以抵御宿主免疫系统的攻击，使细菌对抗传统药物的能力增强，并且能够增强细菌的生存能力，从而导致治疗难度的增加和慢性感染的持续。此外，生物被膜也可以促进细菌的侵袭性和毒性，使其在宿主细胞内形成索状结构，从而导致细菌更难以被清除。生物被膜的形成与结核分枝杆菌毒力和耐药性的关系在结核分枝杆菌感染肺的过程中也得到了证实2。生物被膜内的分枝杆菌能够在肺泡泡沫细胞和巨噬细胞内长期存活。这些细菌能够隐蔽地居住在生物被膜中，并在宿主体内形成新的感染灶，从而降低传统抗结核药物的疗效，并使得治疗时间延长。因此，生物被膜与分枝杆菌感染的关系非常密切，其研究对预防和治疗分枝杆菌感染具有重要的意义。在实验室体外实验中，细菌通常作为单细胞悬浮液进行研究，称为浮游培养物，然而在自然界中，多数细菌主要作为一个菌落存在，包裹在自身产生的称为生物被膜的细胞外基质中。与浮游细菌细胞相比，生物被膜中的细菌细胞表现出非常不同的表型特性3。细菌生物被膜的形成需要协作、分化和分工以捕获和共享营养等资源。生物被膜是现代生物医学领域的一个重要研究方向，涉及微生物学、免疫学、生物化学、药物学等多个学科领域，其相关研究取得了许多重要的成果。本文主要综述了分枝杆菌生物被膜形成、功能、宿主互作和调控网络等方面的研究进展。1 分枝杆菌生物被膜 生物被膜是指微生物在生长过程中附着于生物材料或人体组织表面，由自身产生的大量胞外基质(extracellular polymeric substances，EPS)包裹的具有特定结构的细菌群体，是微生物在生长过程中为了适应生存环境而形成的一种非游离状态菌细胞的独特形式4。在过去的 40 年里，微生物学家将细菌归类为在自然界中显示两种生命形式。在一种情况下，细菌表现为单一的、独立的、自由漂浮的细胞；在另一种情况下，细菌以微生物聚集体的形式组织起 来。结核分枝杆菌、耻垢分枝杆菌(Mycolicibacterium smegmatis)等多种分枝杆菌已被证明可在体外培养 36 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 时形成生物被膜5，分枝杆菌生物被膜已成为研究分枝杆菌的热门领域6。分枝杆菌代表了一个生长缓慢的细菌大家族，包括致病的结核分枝杆菌，以及被用作研究致病型分枝杆菌基因调控机制的模式生物耻垢分枝杆菌等7。分枝杆菌形成的生物被膜被包裹在细菌产生的胞外聚合物基质中8,9。一般来说，生物被膜基质主要由多糖、脂类、黏附蛋白和分泌的胞外 DNA 组成(图 1)。然而，基质的分子组成在不同细菌物种之间存在显著差异10。细菌可以根据环境和时间的变化调控基因表达，例如编码电子传递链末端氢醌氧化酶基因 cyoA 的表达水平会随着生物被膜中溶氧量的变化而变化，这种环境变化引起的基因异质性表达有助于细菌在宿主体内存活11。在不同的环境中，异质菌群总是比同质菌群表现出更强的适应能力。除了多糖，分枝杆菌生物被膜中还含有多种蛋白质。其中，外膜蛋白(outer membrane proteins,OMPs)是最为重要的一类。OMPs 主要分布在生物被膜的外层，具有多种功能，如调节物质的进出、维持细胞形态和稳定性等。OMPs 还能够与宿主细胞相互作用，从而影响分枝杆菌的致病性和耐药性。此外，OMPs 与生物被膜电子供体和受体、氧化还原梯度、溶氧量、pH 值等的差异有关12。也有研究表明，无机盐的缺乏会影响细胞壁的脂肪酸组成，进而改变了菌株滑动和形成生物被膜的能力13。目前尚不清楚不同生物膜系统中各 EPS 组分的功能是否相似。图 1 生物被膜的成分 Fig.1 Components of a biofilm 2 分枝杆菌生物被膜发育过程“生物被膜”一词对于非专业人士来说，仍然有些含糊。关于现在所说的“生物被膜”的一些最早的提法起源于废水处理、海洋污染和牙齿微生物学，“膜”一词通常被用来描述在固体表面上形成的生物层，从宏观观察或物理接触来看，它似乎是覆盖在相当大的表面上的连续层，特别是在生物废水处理和海洋污垢方面。这表明存在一种固体表面，在该表面上散布着一层微生物细胞以片状、薄或多层模式定植14。然而，最近非表面附着的大量聚集的细菌也被认为是生物被膜1416。同样，非表面聚集相关的生物被膜在临床中得到承认，慢性生物被膜感染进一步分为表面相关感染和非表面相关感染。表面相关性感染通常是因为植入医疗器械而发生的感染，而非表面相关感染则包括宿主粘液纤毛清除受损的呼吸道感染(囊性纤维症患者在粘性呼吸道粘液中)或持续性软组织感染，这些感染与糖尿病和易导致无法愈合伤口的下肢血管形成障碍等并发症有关17。传统观念认为生物被膜的形成是由 5个步骤完成。而近年来提出的新模型认为，它包含了生物被膜生命的 3 个主要步骤：聚集与附着、生长和积累以及解体与散布，该模型被认为代表了更广泛的生物被膜系统18。生物被膜的形成取决于组成生物被膜的微生物种类和环境因素。细菌细胞壁的粘附素介导细菌最初附着于介质表面，一旦附着，细菌就开始合成细胞外基质，通常由糖肽、DNA 和其他分子组成。这些细胞外基质一方面附着于介质表面，另一方面将细菌包裹在其中，作为一层天然的物理屏障，保护其中的细菌免受侵害。分枝杆菌细胞不可逆转地附着后，会有一段生长期，导致与胞外多糖基质形成微集落。在这一阶段，细胞间的信号和细胞表面的相互作用在生物被膜的发展中起着至关重要的作用，并帮助微生物向表面扩散。分枝杆菌生物被膜的形成受分枝菌酸、细胞壁脂质、铁离子、纤维素和肽聚糖的影响，还依赖于水中 Ca2+、Mg2+和 Zn2+离子等营养成分。最初的生物被膜形成模型是基于绿脓杆菌 第1期 阿卜力米提阿卜杜喀迪尔等:分枝杆菌生物被膜发育调控与抗生素耐药菌防控新措施研发 37 (Pseudomonas aeruginosa)的研究。该模型认为，生物被膜的形成是一个循环过程，以特定的 5 个阶段渐进式发生(图 2)。这一过程是由单个浮游细胞在接触物体表面后启动的，包括可逆附着、不可逆附着、生物被膜成熟(成熟 I 和成熟 II)，最后是散布等发育步骤19,20。在可逆附着过程中，细菌通过细胞极或通过鞭毛附着到底物上，然后纵向附着向不可逆附着的转变，此时细菌的鞭毛翻转率降低、鞭毛基因表达减少、产生生物被膜基质成分，附着的细胞也会显示出耐药的特点21。生物被膜成熟阶段的特征是出现了几个厚的细胞团，并嵌入生物被膜基质(成熟 I 阶段)，然后完全成熟发育成微集落(成熟 II 阶段)19,20。最后的散布阶段伴随着基质成分的减少和降解，散布的细胞具有运动性，相对于生物被膜细胞表现出更高的药物敏感性。目前这一生物被膜模型的缺陷在于没有考虑到在临床或环境中经常观察到的非表面附着聚集体。在有底物、氧气和接触分泌物的情况下，单个生物被膜或聚集体的微环境存在巨大差异2224，这使得对来自不同环境的生物被膜的评价变得更加复杂。对此，Karin 等18提出了一个更新的、更全面的模型，描述了生物被膜形成中的 3 个主要的基本事件：聚集、生长和解聚(图 3)。该模型被认为可以用来描述生物被膜形成的大多数不同场景，包括体外、原位和体内，涵盖了生物被膜聚合发展的不同可能性和途径。3 生物被膜的致病性及与噬菌体、宿主免疫细胞的互作 当细菌成功地在宿主体内形成生物被膜时，感染通常是很难被治愈，并在低度炎症的持续下发展为慢性状态。最近的研究结果表明，细菌在急性和慢性感染中的差异是由于代谢活动而不是聚集25。分枝杆菌生物被膜是其致病性的重要因素之一。生物被膜能够保护菌体免受宿主免疫系统的攻击，从而增强其致病性；能够与宿主细胞相互作用，影响宿主细胞的功能和代谢；影响分枝杆菌耐药性、降低细胞外酶的活性等。图 2 生物被膜形成机制 Fig.2 The mechanism of biofilm formation 该模型展示生物被膜的形成是一个循环过程，以特定 5 个阶段渐进式发生，包括可逆附着、不可逆附着、生物被膜成熟(成熟 I 和成熟 II)，最后是散布。38 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 图 3 生物被膜生命循环 Fig.3 The life cycle of biofilm 该示意图展示了生物被膜形成的新模型，包括生物被膜形成中独立于表面和单细胞浮游细菌启动的 3 个主要事件，因此涵盖了体外、原位和体内系统。与传统的 5 步模型不同，此模型考虑了不同的生境、条件和微环境以及可能的新细胞涌入。传统上，噬菌体-细菌动力学研究是在浮游培养环境中进行的，没有考虑空间组织和异质性26。然而，意识到细菌主要生活在具有不同活动的结构化群落中，这引发了人们对解决环境中噬菌体和细菌之间的相互作用的显著兴趣。空间结构的细菌群落研究涉及微生物生态及其相互作用，这其中又包括有机颗粒在微观尺度上代谢活性提高、物种演替、生物被膜的更大和更复杂的群落的组装等方面27。分枝杆菌噬菌体SWU1基因gp67可以改变分枝杆菌细胞壁成分，从而改变菌落行为和生物被膜的形成28。此外，与生物被膜相关的细胞表现出单独或在生物被膜外不可能实现的特征和活动，通常被称为应急特性。这些新出现的特性包括酶、长期的细胞-细胞相互作用、建立营养物质、pH 和产氧微生境的梯度以及高度的异质性3。面对压力条件，细菌通常会改变其生长模式，形成生物被膜29，这是浮游细菌表面的微生物细胞的附着和功能群落30。细菌生物被膜被认为是对抗压力的一种自然防御31。一般认为生物被膜为细菌提供“避难所”，抵御噬菌体和捕食细菌，生物被膜在感染期间的保护作用的研究较多。但是，Vidakovic 等32发现霍乱弧菌生物被膜在白细胞附近形成高浓度的毒素，以便杀伤免疫细胞。这一发现颠覆了传统观点，细菌形成的生物被膜不仅是抵御入侵的“避难所”，更是攻克免疫细胞的“军事基地”(图 4)。4 分枝杆菌生物被膜调控网络及关键 基因 生物被膜的形成受到严格的调控。分枝杆菌具有独特的细胞壁结构；然而，其生物被膜形成的潜在调节机制在很大程度上仍不清楚。分枝杆菌厚厚的细胞壁含有独特的长链分枝杆酸，这些分枝菌酸通过酯键与阿拉伯半乳糖共价连接3335。有趣的是，这些特定的分枝菌酸被发现是致病和非致病分枝杆菌生物被膜的成分3638。目前已经发现有多个基因通过调节细胞壁脂的代谢来影响分枝杆菌生物被膜 图 4 生物被膜杀死免疫细胞 Fig.4 The biofilm kills immune cells 第1期 阿卜力米提阿卜杜喀迪尔等:分枝杆菌生物被膜发育调控与抗生素耐药菌防控新措施研发 39 的形成，例如防止错误折叠，促进在压力条件下产生的未折叠多肽的重折叠和正确组装的 groEL138、参与还原 S-亚硝基的谷胱甘肽的 mscR 和参与真菌硫醇生物合成的 mshC39，以及编码一种广泛调节脱脂蛋白表达的核蛋白 lsr240。此外，Wang 等41发现编码包含 PIN 域的毒素蛋白 VapC43 的 Rv2872 基因改变了耻垢分枝杆菌生物被膜的形态和功能。生物被膜的形成和解构是一个非常复杂的过程，涉及到多种因素和调控网络，包括了信号分子、第二信使、转录因子、养分和其他环境因素等。其中，养分的可获得性通常被认为是调节因素之一。例如，枯草芽孢杆菌对谷氨酰胺的限制减缓了生物被膜的生长42；MFS 转运蛋白与生物被膜的形成和毒力有关43；耻垢分枝杆菌 VWA 蛋白 MSMEG_3641 参与细菌生物被膜的形成，并能影响细菌在巨噬细胞内的侵袭和存活，促进了对生物被膜形成机制的理解44；此外还发现许多蛋白如多聚磷酸酶 1(polyphosphate kinase 1)45、PE3146等参与到分枝杆菌生物被膜的形成和持久性。细菌生物被膜的形成是一个程序化的过程，生物被膜发育的不同阶段基因的表达不同，转录因子在形成生物被膜的过程中发挥至关重要的调控作用。结核分枝杆菌基因组中大约有 200 个编码转录因子的基因，目前已经报道的参与调控分枝杆菌生物被膜形成的转录因子数量相对有限。在鼠疫耶尔森菌(Yersinia pestis)中，转录因子 RovM 负调控 hmsHFRS操纵子，在营养有限的条件下抑制-GlcNAc 的产生和生物被膜的形成47。在格登链球菌中，一种精氨酸依赖的调节因子 ArcR 通过调节精氨酸的生物合成或分解代谢所需的基因来正向控制生物被膜的形成48。近年来，也有报道称环-二-鸟苷酸(c-di-GMP)参与了控制细菌生物被膜的形成49,50。例如，高 c-di-GMP 浓度有利于绿脓杆菌、大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌等几种细菌的生物被膜的形成51。此外，细菌中的群体感应系统通过感应环境中的化学信号分子来调节生物被膜的生长52。虽然糖是生物被膜的一种成分53，但在分枝杆菌中，糖代谢和生物被膜形成之间的联系仍然不清楚。更有趣的是，除了类核相关蛋白 Lsr2 外，目前还没有报道其他的转录因子参与调节分枝杆菌生物被膜的形成54,55。从 GEO 数据库中下载了分枝杆菌生物被膜相关的数据集 GSE70718、GSE165352，利用 R 语言分析基因表达差异性，结果发现结核分枝杆菌生物被膜中下调明显的几个基因都与烃类的氧化还原有关，上调显著的几个基因功能不清楚；而脓肿分枝杆菌生物被膜中差异明显的几个基因相关功能还不清楚(图 5，图 6)。相较于浮游培养的结核分枝杆菌，在形成生物膜的结核分枝杆菌中 Rv0331、Rv2034、alkB、Rv2913c、rubA 等基因显著下调；Rv2557、tgs1、ald、Rv1739 等基因显著上调。其中，Rv0331 功能未知，可能编码脱氢酶/还原酶,转录组分析鉴定的 mRNA：在高温下上调，饥饿 24 小时后上调56；Rv2034 参与转录调控，编码 ArsR 抑制蛋白57；alkB 被认为与脂肪酸代谢有关，AlkB 催化从正辛烷和还原的红霉素生成辛醇和氧化红霉素，也羟基化脂肪酸在 位置，可能编码可能的跨膜烷烃 1-单加氧酶 AlkB58。Rv2913 水解特定的 D-氨基酸,可能编码 D-氨基酸氨基水解酶(D-氨基酸水解酶)57；RubA 参与烃类羟基化系统，该系统将电子从 NADH 转移到红素氧还蛋白(rubbredoxin)然后通过红素氧还蛋白转移到烷烃1-单加氧酶59；Rv2557 基因可能是参与了细菌在宿主内的持久性60。tgs1(Rv3130c)参与合成三酰基甘油，编码三酰基甘油合成酶(二酰基甘油酰基转移酶)，该酶脂代谢途径重要的合成酶之一61。ald(Rv2780)可能在细胞壁合成中起作用，因为 l-丙氨酸是肽聚糖层的重要组成部分。编码分泌型 l-丙氨酸脱氢酶Ald(40 kDa 抗原)(TB43)，该酶功能类别属于中间代谢和呼吸62。Rv1739 参与细胞壁和细胞过程中硫酸盐跨膜运输，负责底物跨膜的易位63。相较于浮游培养的脓肿分枝杆菌，在形成生物膜的脓肿分枝杆菌 中MAB_1360c、MAB_1358c、MAB_1742、MAB_2041c、MAB_2042 等基因显著下调，且功能均未知；MAB_1067、MAB_1042c、MAB_0659、Mabsc(ng)277、MAB_0669 等基因显著上调，且功能均未知。总之，生物被膜的形成是一个高度调控的过程，需要多种内外因素的协同作用。通过进一步理解这些调控因素的作用机制和调控网络的相互关系，人们可以更好地探索生物被膜的形成和防治方法。40 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 图 5 结核分枝杆菌生物被膜和游离细菌中基因表达差异分析 Fig.5 Analysis of gene expression difference between Mycobacterium tuberculosis biofilm and free bacteria A：结核分枝杆菌生物被膜中基因表达差异火山图。蓝色点为下调表达的基因，红色点为上调表达的基因，灰色点为无显著变化的基因，P=0.01；Rv0331、Rv2034、alkB、Rv2913c、rubA 等基因显著下调；Rv2557、tgs1、ald、Rv1739 等基因显著上调。B：结核分枝杆菌生物被膜中基因表达差异热图。绿色为对照组(浮游培养)，黄色为生物被膜。第1期 阿卜力米提阿卜杜喀迪尔等:分枝杆菌生物被膜发育调控与抗生素耐药菌防控新措施研发 41 图 6 脓肿分枝杆菌生物被膜和游离细菌中基因表达差异分析 Fig.6 Analysis of gene expression difference between Mycobacterium abscess biofilm and free bacteria A：脓肿分枝杆菌生物被膜中基因表达差异火山图。蓝色点为下调表达的基因，红色点为上调表达的基因，灰色点为无显著变化的基因，P=0.01；MAB_1360c、MAB_1358c、MAB_1742、MAB_2041c、MAB_2042c 等基因显著下调；MAB_1067、MAB_1042c、MAB_0659、Mabsc(ng)277、MAB_0669 等基因显著上调。B：脓肿分枝杆菌生物被膜中基因表达差异热图。绿色为对照组(浮游培养)，黄色为生物被膜。42 Hereditas(Beijing)2024 第 46 卷 5 分枝杆菌生物被膜与细菌耐药性及防治措施 很多研究表明，分枝杆菌生物被膜对环境侵袭和消毒剂的抵抗力比浮游细菌更强。自从这个概念出现以来，生物被膜就被认为是人类感染的一个特别重要的致病因素64。虽然急性感染主要由浮游细菌引起，但慢性疾病的发病机制与生物被膜的形成也密切相关。此外，导管或假体等生物材料在现代医学中的日益重要性也促进了生物被膜及其调控机制在人类疾病中的重要性65,66。分枝杆菌作为一种常见的多重耐药菌，其耐药性主要与生物被膜有关。生物被膜能够限制抗生素的进入，从而减少抗生素的效果。生物被膜的形成是细菌耐药的重要因素。它提供了许多细菌物种的保护，以对抗通常对浮游状态下的相同细菌具有活性的抗生素6769。这种抗性涉及不同的机制(渗透性、代谢状态、抗性基因的激活、持留细胞)70,71。形成生物被膜的微生物对抗生素、消毒剂和杀菌剂的耐药性可能导致治疗失败。临床表明，必须从物理上根除生物被膜才能解决感染问题72。已有研究发现，分枝杆菌生物被膜在体外对消毒剂或抗生素，包括阿米卡星和克拉霉素具有耐药性。例如，即使最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration，MIC)表明脓肿分枝杆菌分离株对阿米卡星和克拉霉素敏感，这些药物在被测试的最高浓度的生物被膜中也只有最低限度的活性73,74。Muoz-Egea 等75发现，在 4 种快速生长的分枝杆菌中，MIC 和最低生物被膜根除浓度(mini-mum biofilm eradicate concentration，MBEC)之间的差异，在接触环丙沙星的粘液分枝杆菌中不到 100倍，在暴露于克拉霉素的脓肿分枝杆菌和周围分枝杆菌中大于 100,000 倍；与克拉霉素或阿米卡星相比，环丙沙星是对这些生物被膜最有效的抗生素。在这些研究中，当在生物被膜发育的早期阶段添加抗生素时，对生物被膜的处理更有效，可能是因为细胞的表型不完全适应生物被膜的生长。此外，生物被膜还能够降低细胞外酶的活性和生物被膜对不同抗菌剂的渗透性，从而减少抗生素的降解和代谢76。其他机制，包括抗药性基因的激活，例如在许多种类的分枝杆菌中发现的可诱导的甲基酶77已经被推断其存在，但仍未得到证实。针对生物被膜的防控也成为了当前医学上的研究热点之一。防治生物被膜感染需要从多个方面入手，通过综合采取多个手段，可以更有效地降低生物被膜的形成和感染的风险。6 结语与展望 肺结核病难治疗，肺外结核病更难治疗，结核分枝杆菌生物被膜可能是根本原因。需要更多的研究来分析结核分枝杆菌生物膜在肺外结核发病机制中的作用。分枝杆菌生物被膜成为了一个临床治疗的特定领域，并呈现出了独特的特征。分枝杆菌生物被膜在环境卫生和临床治疗中的重要性毋庸置疑。在临床上，对生物被膜的了解对于许多由分枝杆菌感染引起的疾病的正确治疗至关重要，特别是与生物材料相关的疾病，因为形成生物被膜使分枝杆菌对常用的抗生素治疗和其他治疗手段产生了很强的耐药性。目前在感染组织无法完全清除的情况下，需要用新的策略来对付分枝杆菌的这种“武装形式”。在未来，生物被膜的研究仍将面临多方面的挑战。人们需要更全面认识生物被膜结构和组成，生物被膜调控机制和调控网络，其形成和解聚的规律，从而寻找更高效的生物被膜清除和防治策略，指导药物释放、组织修复、人工器官等。关于分枝杆菌生物被膜的研究为这一极其重要的挑战提供了一个新的视角，对结核分枝杆菌生物被膜的进一步研究可能会在未来几年改变这一实体的治疗策略。参考文献(References)：1 Forbes BA.Mycobacterial taxonomy.J Clin Microbiol,2017,55(2):380383.2 Chakraborty P,Bajeli S,Kaushal D,Radotra BD,Kumar A.Biofilm formation in the lung contributes to virulence and drug tolerance of Mycobacterium tuberculosis.Nat Commun,2021,12(1):1606.3 Flemming HC,Wingender J,Szewzyk U,Steinberg P,Rice SA,Kjelleberg S.Biofilms:an emergent form of bacterial life.Nat Rev Microbiol,2016,14(9):563575.4 Aung TT,Yam JKH,Lin SM,Salleh SM,Givskov M,Liu 第1期 阿卜力米提阿卜杜喀迪尔等:分枝杆菌生物被膜发育调控与抗生素耐药菌防控新措施研发 43 SP,Lwin NC,Yang L,Beuerman RW.Biofilms of 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