國內外感染傷口細菌生物膜處理方式的研究進展

譚覃　徐征　高尚謙

摘 要：細菌生物膜是感染傷口遷延不愈，手術及局部給藥治療效果不佳的主要原因之一。目前臨床上普遍使用的處理傷口細菌生物膜的方法有局部機械清創法、負壓療法、局部藥物等，雖具有一定的治療效果，但細菌生物膜仍是目前臨床治療慢性感染的棘手問題。近年來，國內外學者提出了一些新的治療方法及理念，如光動力學治療、低能量光療、乙酸及抗菌肽等的使用，本文綜述了國內外感染傷口細菌生物膜處理的研究進展，以期為目前生物膜的臨床治療與護理帶來啟發。

關鍵詞：細菌生物膜；感染傷口；光動力學治療；低能量光療；抗菌肽

中圖分類號：R472 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2018.22.013

文章編號：1006-1959（2018）22-0043-04

Advances in the Treatment of Bacterial Biofilm in Infected Wound at Home and Abroad

Department of general surgery ward 3，Peking University First Hospital，Beijing 100034，China

（Peking University First Hospital，Beijing 100034，China）

Abstract：Bacterial biofilm is one of the main reasons for the unhealing of infection wound， the poor effect of operation and local administration.At present， the methods of treating bacterial biofilm in clinic are local mechanical debridement， negative pressure therapy， local medicine and so on. Although it has certain therapeutic effect， bacterial biofilm is still a thorny problem in clinical treatment of chronic infection.In recent years， scholars at home and abroad have put forward some new treatment methods and ideas， such as photodynamic therapy， low-energy phototherapy， acetic acid and antimicrobial peptides， etc.This article reviews the research progress of bacterial biofilm treatment in infected wounds at home and abroad in order to bring inspiration to the clinical treatment and nursing of biofilm.

Key words：Bacterial biofilm；Infected wound；Photodynamic therapy；Low energy phototherapy； Antimicrobial peptide

傷口細菌生物膜（bacterial biofilm）因其獨特的組織結構，對抗生素以及其它一些抗菌物質有著極強的耐藥性[1]。美國疾控中心數據表明，65%～80%的傷口感染都與細菌生物膜有關[2]。而細菌生物膜也成為了感染傷口遷延不愈，手術及局部給藥治療效果不佳的主要原因之一。目前臨床上普遍用來處理傷口細菌生物膜的方法包括局部機械清創法，破壞菌膜、生物工程替代療法、負壓療法、局部藥物等治療方法，以上方法雖均具有一定的治療效果，但細菌生物膜仍是目前臨床治療慢性感染的棘手問題。近年來，國內外醫學專家通過對細菌生物膜產生的機制和其對傷口愈合的不利影響，以及如何消除傷口生物膜的方法進行了研究，并提出了一些新的治療方法及理念，這些會對目前生物膜的臨床治療與護理帶來啟發，現綜述如下。

1細菌生物膜產生的機制及特性

細菌生物膜是微生物有組織生長的聚集體，指細菌不可逆的附著于一個惰性或活性的實體表面，進而繁殖、分化，并分泌一些多糖（EPS）基質，將菌體群落包裹其中而形成的細菌聚集體膜狀物。單個生物膜可由一種或多種不同的微生物組成，包括細菌，還包括真菌、病毒、蛋白質、細胞外DNA等多種成分[3]。

生物膜的形成是一個動態[4]的過程，主要分以下3個階段：微生物附著于創面，EPS的分泌和菌落的形成，以及菌落細胞的成熟與傳播。當生物膜內環境變化導致細菌無法適應時，細菌可分泌胞外水解酶水解胞外多糖，使膜內細菌得以脫離生物膜成為游走態細菌，此即生物膜發展的最終步驟即細菌細胞的分散（主動或被動），主動或被動分離。當條件適合時，游走態細菌可再次黏附于物體表面，重復上述過程再形成新的生物膜[5]。

生物膜的特性由其自身黏附結構和化學成分所決定，其內有運輸營養和代謝產物的孔道，使得生物膜內的多樣微生物產生群體效應。通過該效應，生物膜內的細菌可相互配合以完成自身所需要的一切生命活動[6]。細菌一旦在傷口表面定植并形成生物膜，便會對機體的免疫系統和抗菌劑治療形成抵抗[7]。相關文獻和研究表明，細菌形成生物膜后可降低吞噬細胞對細菌的吞噬能力，使創面長時間停留在炎癥階段，加之細菌的大量繁殖及其分泌的毒性因子，阻滯愈合進程。

2傷口生物膜處理方式

2.1乙酸 既往研究提示，建立酸性環境，是控制細菌生長的重要方法之一[8]。近年來，有機酸在抗菌及酸性環境的構建方面起著重要的作用，它具有更廣譜的抑制病原體生長代謝及破壞微生物的作用。有機酸能夠以未解離的酸性化合物的形式自由通過細菌的膜性結構，酸性物質在細菌胞內發生解離，釋放氫離子，游離的氫離子逐步累積，使細胞內pH值下降，導致細胞內蛋白降解、膜性結構及DNA結構損壞，從而達到抗菌的效果[9]。Nostro A[10]及Bjarnsholt T等[11]研究發現，乙酸作為有機酸，與同為有機酸的乳酸以及無機酸類的鹽酸相比，其在抗細菌生物膜的能力和對細菌的清除率方面均占有很大優勢。乙酸的抗細菌生物膜形成及清除已形成細菌生物膜的作用，給臨床治療細菌生物膜及慢性感染帶來了希望，但由于乙酸應用于生物膜治療的方法是在近兩年才逐漸開始應用于臨床，目前還缺乏足夠的文獻和臨床研究數據支持。未來針對乙酸應用于生物膜的作用及機制可做進一步研究，或許能為生物膜的臨床治療帶來極大改觀。

2.2光動力學治療 光動力學治療（photodynamic therapy，PDT）廣義上是指利用光動力效應進行疾病診斷和治療的一種新技術[12]。對生物膜的治療，其具體過程是利用特定波長的激光照射使組織吸收的光敏劑受到激發，而激發態的光敏劑又把能量傳遞給周圍的氧，生成活性很強的單態氧，單態氧和相鄰的生物大分子發生氧化反應，產生細胞毒性作用，進而導致細胞受損乃至死亡[13]。PDT已經被提倡作為常規使用的抗微生物劑的替代物，特別是用于治療牙周炎以抑制口腔斑塊生物膜[14]。Di Poto A等[15]將光動力與抗生素進行聯合應用，結果顯示PDT與萬古霉素聯合使用可能是一種用于滅活粘附于醫學植入物表面的葡萄球菌生物膜的有效方法。Clayton和Harrison又進行了實驗，研究顯示一名慢性靜脈性腿部潰瘍的患者，細菌培養為MRSA，其對高錳酸鉀，硝酸銀等抑菌敷料治療均無效[16]。他們對此患者的腿部潰瘍進行兩周一次的PDT（5-ALA光敏劑和633 nm紅光源）治療。患者在為期4周的治療中，耐受性良好，且沒有出現不適反應，潰瘍面積則明顯縮小。PDT作為處理局部感染傷口的治療方法已成為近十年來的一個重要研究領域[17]，并且人們還在嘗試用PDT治療生物膜相關的多種疾病。然而，目前仍需要進行大量的工作以便建立安全有效的劑量范圍，以圖在有效殺死生物膜內微生物的同時而不損傷周圍的正常組織。

2.3益生菌 近幾十年來，實驗證明益生菌在預防及治療諸如急性病毒性胃腸炎、小兒抗生素相關性腹瀉、兒童過敏性疾病、早產兒壞死性小腸結腸炎、炎性腸病和手術后腸炎中有效[18]。此外，益生菌的潛在應用也在不斷擴大，在多種口腔疾病，如齲齒，牙周病和口腔惡臭，以及泌尿生殖和感染傷口方面也有相關研究。慢性感染性傷口生物膜的形成可能與皮膚表面生物群落的改變有關[18]。因此，可以改善皮膚菌群的益生菌制劑可以成為局部預防和治療難愈傷口的潛在有效療法。作為可以改善皮膚菌群的益生菌制劑是用來局部預防和治療難愈傷口的潛在有效療法。目前，關于益生菌如何作用于傷口中生物膜來預防傷口感染的相關研究仍缺乏數據，僅有的幾項研究主要是針對參與組成生物膜的兩種主要細菌，即銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌的體外研究，該領域的研究尚處于初級階段。

Valde'z JC等[19]人評估了益生菌植物乳桿菌抑制銅綠假單胞菌致病的能力。他們分別在銅綠假單胞菌感染后第3、4、5、7、9 d，使用燒傷模型測試植物乳桿菌的體內活性，通過分析皮膚、肝臟和脾臟的標本，證實第5、10、 15 d后植物乳桿菌對銅綠假單胞菌的定植有抑制作用，而且益生菌的培養物和培養濾液（酸濾液和中和酸濾液）均能在體外抑制銅綠假單胞菌彈性蛋白酶的產生。這些結果表明，植物乳桿菌和/或其代謝物可被認為是治療被銅綠假單胞菌感染的局部燒傷部位的潛在新藥。Walencka E等[20]人評估了3種嗜酸乳桿菌菌株對粘附于生物膜中的金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌的影響，證明了益生菌衍生的表面活性劑降低細菌沉積速率和生物膜發育但是不影響正常細胞生長。他們還對發酵酵母及其培養濾液進行研究，用來評估二者是否對金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌生長有抑制作用。結果表明，發酵酵母分泌的化合物不僅抑制了幾種金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌菌株的生長而且抑制了生物膜的形成[21]。

雖然體外研究和臨床試驗數據已經顯示益生菌（如乳酸桿菌）在口腔及傷口感染等方面的積極作用，目前仍缺乏大量研究證實益生菌制劑對生物膜的確切治療作用。但是，綜合目前的研究，益生菌制劑仍是針對生物膜治療的潛在突破點。

2.4抗菌肽 抗菌肽（antimicrobial peptides，AMPS）是一類廣泛存在于自然界生物體中的小肽類物質，它是機體先天性免疫系統的重要組成部分[22，23]。 通常由12～100個氨基酸組成，大部分帶有正電荷，可消滅細菌細胞內的多種物質，所以陽離子AMPS被認為是高效對抗許多人類病原體的新型抗微生物制劑，包括多藥耐藥銅綠假單胞菌（銅綠假單胞菌），耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA），萬古霉素耐藥性糞腸球菌和肺炎克雷伯氏菌（肺炎克雷伯菌）等[24]。AMPS的抗生素活性取決于不同的肽性質，包括所帶的正電荷、疏水性、二級結構（β抗螺旋或β旋折疊）和芳族氨基酸殘基（特別是色氨酸）的存在[25-27]。大多數AMP所帶的正電荷，有助于與帶負電荷的細菌膜相互作用[27]，來預防細菌生物膜的形成。

目前AMPS分為天然的和人工合成的兩大類，盡管大量研究已經證實了天然AMPS在多重耐藥病原體感染的情況下仍然具有有效抗細菌生物膜的活性，但是天然AMPS定量分離困難，并且價格昂貴。因此，人們在開發具有改進性能的合成AMPS方面做了很多努力。到目前為止，AMPS的醫療用途幾乎完全限于局部應用，AMPS的系統治療應用受限于其穩定性，遞送和毒性等復雜問題[28-30]。最近，AMPS和常規抗生素的組合被認為是防止生物膜形成或分解成熟生物膜的新策略，兩者協同的抗菌作用使得只需分別使用小劑量的AMPS和抗生素，這樣細菌耐藥性的發展和毒副作用的可能會大大降低[31]。

盡管目前由于對宿主細胞的毒性，生物利用度低，生產成本高，生理條件下的穩定性和活性降低等原因推遲了AMPS的廣泛臨床應用，但已經過臨床試驗的幾種AMPS或AMPS相關試劑均顯示出一定效果。因此，AMPS是一種發展前景很大的抗菌膜劑，在將來可能成為持久性的抗生物膜感染的治療方法。

2.5低能量光療 低能量光療（low-level laser therapy，LLLT）是利用單色窄譜波長為600～1000 nm的可見光或近紅外光進行照射，通過促進或增強生物體內的光化學反應而發揮多種作用的方法[32]。已有研究證實LLLT可通過減少炎性滲出、促進膠原形成等作用減輕局部炎癥反應，促進燒傷創面的愈合[33]。多項研究證實，LLLT的積極作用取決于包括波長（nm）、能量劑量（J/cm2）和強度（W/cm2）在內的光參數。在細胞和生物化學水平上，有研究顯示LLLT可以刺激氧化磷酸化，減輕炎癥反應和改善細胞代謝[34]。低劑量（0.05～10 J/cm2）的LLLT可刺激細胞活性，尤其是近紅外激光能夠增強成纖維細胞的生長和增殖，對傷口愈合有巨大的幫助[35，36]。目前的研究集中在應用LLLT促進傷口愈合，僅有少數研究關注了LLLT對感染傷口的作用[37]。盡管目前尚缺乏標準的治療方法，但仍能從Bornstein E等[38]人的臨床試驗研究中獲得有價值的信息，即低能量的光療能夠達到殺死真菌的作用。

在數據庫中檢索LLLT和生物膜相關的文獻，僅能檢索到少量近7年的文獻，表明該領域還處在興起階段，相關研究或將在不久的將來為生物膜治療提供有價值的建議。

3總結與展望

傷口細菌生物膜是傷口感染后患者感染遷延不愈和死亡的重要原因，也是全球衛生系統的重要經濟負擔之一。目前國內關于使用新方法去處理傷口生物膜的研究很少，通過梳理和學習國內外文獻，可給我們未來的研究帶來了新的思路和方向，隨著研究的不斷深入、科研方法的不斷優化，處理傷口生物膜的方法也在不斷的更新，雖然新的方法如乙酸、光動力學治療（PDT）、益生菌、抗菌肽（AMP）、低能量光療（LLLT）等還需要經過大量的研究以及臨床數據才能被廣泛的應用于臨床上治療傷口生物膜，因此，給科研人員在傷口生物膜的處理上提供新的研究方向。

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收稿日期：2018-8-31；修回日期：2018-9-16

編輯/肖婷婷