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抗生素的過度使用導致抗生素耐藥（ABR）細菌出現，細菌耐藥性是一個嚴重的醫學問題，臨床上部分多重耐藥菌已無新的抗生素可使用。臨床上，耐藥細菌性角膜炎治療非常棘手，目前仍然缺乏有效藥物。
日前，復旦大學附屬眼耳鼻喉科醫院主任醫師洪佳旭和蘇州大學教授何耀、研究員王后禹等在《先進材料》發表論文，闡釋了利用反義寡核苷酸（ASO，一類與靶基因結合而抑制該基因表達，在基因水平進行調控的分子藥物）通過三磷酸腺苷（ATP）結合糖轉運蛋白，選擇性治療人源性耐藥細菌策略。該策略可以特異性和有效地殺死幾乎100%的抗生素耐藥細菌，對細菌性角膜炎和眼內炎均有明顯療效。這將ASO技術擴大到了哺乳動物細胞以外的細菌中。
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應對耐藥抗生素的“特洛伊木馬”策略。受訪者供圖
耐藥細菌難題
近年來，CRISPR-Cas療法、工程毒素、抗菌肽開始被用作抗菌藥物，然而由于其免疫原性、脫靶等潛在風險限制了這些抗菌劑的轉化應用。
開發原創性基因治療工具是解決此難題的新路徑。也更有利于彌補現有傳統抗感染藥物的不足從而提升患者的預后。利用ASO療法能夠直接調控基因表達，被認為是繼小分子藥物和蛋白質類藥物之后的新一類藥物開發熱點方向。ASO可以靶向特定的細菌基因，并通過堿基互補配對的方式抑制其轉錄，從而顯著擴大了可用的治療靶點，在抗生素耐藥細菌中也同樣如此，從而能成為基因治療的首選藥物。
“但需要注意的是，ASO雖然能夠有效抑制細菌代謝的基礎酶類及致病基因，但其受限于遞送工具、細菌穿透性、細菌壁電荷極性排斥等問題。”洪佳旭補充說，“因此，ASO轉染效率仍然較低，難以達到臨床使用的需要。”
“木馬”策略
在古希臘神話中，希臘聯軍圍困特洛伊城卻久攻不下，于是假裝撤退并留下巨大的木馬，特洛伊守軍把木馬運進城中作為戰利品。木馬中躲藏的希臘士兵打開城門，導致特洛伊淪陷。后人常用“特洛伊木馬”來比喻在敵方埋下伏兵里應外合的活動。
早在上世紀80年代，科學家就提出應對耐藥抗生素的“特洛伊木馬”策略。即將抗生素與鐵載體結合，從而通過細菌的鐵轉運系統將抗生素轉運到細菌細胞內。但目前還沒有研究利用“特洛伊木馬”策略將ASO選擇性轉運到細菌細胞中。
在這項最新研究中，研究團隊利用細菌特異性ATP結合盒（ABC）糖轉運體，通過將ASO搭便車到一個糖苷連接的葡萄糖聚合物（GP）上，由葡萄糖聚合物和反義多核酸（asPNA）修飾納米顆粒組成的治療藥物，被選擇性地內化到人類來源的多重耐藥大腸桿菌和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌中，并且顯示出更高的攝取率（51.6%），遠超傳統對照組14%的效率。
“這一策略可以特異性地，有效殺死幾乎100%的抗生素耐藥細菌。”洪佳旭介紹說。“此外，該治療策略對細菌性角膜炎和眼內炎均有明顯療效。”
形成“科研協作閉環”
此外，基于團隊開發的基因治療與納米材料創新融合遞送平臺，研究團隊進行了“特洛伊”-生物發光探針對深處組織內天然細菌進行生物發光成像及光熱治療的臨床前研究，首次將生物發光探針遞送進細菌內部，實現活體細菌實時檢測，實現高特異性和高靈敏度的近紅外成像。該成像系統能夠對從細菌性眼內炎患者收集的含有十種病原體的人玻璃體進行體外生物發光成像，并對深層組織中的病原體進行光熱治療。
上述研究成果也被該團隊以《利用ATP結合盒糖轉運蛋白實現深部組織自然源性細菌的生物發光成像》為題，發表于《自然通訊》。該論文同樣用一種糖轉運蛋白，開發了高效的體內生物發光成像系統：“特洛伊”-生物發光成像探針，將熒光素酶和熒光素選擇性遞送到細菌細胞中，直接消耗細菌內部的ATP。
洪佳旭團隊旨在建立一個前沿、系統的角膜病生物治療平臺。這是一個系統工程，需要圍繞角膜病生物治療的關鍵臨床問題，在之前病毒性角膜炎的CRISPR基因編輯療法獲得臨床試驗批準的基礎上，繼續深究角膜病生物治療的難點與痛點，緊扣原創性基因治療技術優化、臨床試驗等前沿研究熱點，在眼科耐藥菌的創新基因診療中再獲突破。
“洪佳旭團隊從臨床發現問題，再回到實驗室和我們合作，通過創新材料解決耐藥菌問題，這是種非常有效的科研協作閉環模式，將在未來臨床應用中展現更大可能性。”何耀說。