发现真菌性脑膜炎耐药机制——
他们为治疗疾病筑一道防线
□冯丽妃 隋福毅
字数：2463
2024-11-06
版名：文化
“我给你一个B计划吧，不然毕不了业怎么办？”
“延毕就延毕，我不要B计划，只做A计划。”
回忆起2016年做真菌性脑膜炎研究之初的情形，中国科学院微生物研究所（以下简称微生物所）研究员王琳淇仍清楚地记得和学生陈磊之间的那次对话。
因为研究课题难，做导师的王琳淇“替学生考虑”，想让陈磊做个简单的课题先毕业，但陈磊本着团队一贯坚持的“宁要伟大的失败，也不要廉价的成功”的原则，坚持挑战难题。果然，因为这项研究，陈磊的博士学位证书晚拿了两年。
好在经过7年多“长跑”，他们终于拨云见日，发现了真菌性脑膜炎的耐药机制，找到了潜在的针对性治疗策略。1月16日，相关研究成果发表于《自然-微生物》。
“这项研究极大推动了领域的发展，在这些重要发现的基础上，将有可能开展转化和临床研究。”该刊一位审稿人说。
揭示大脑内的“拔河比赛”
真菌性脑膜炎是最危险的一类真菌感染疾病，感染致死率达40%以上。新生隐球菌作为真菌性脑膜炎的头号病原体，不仅会感染免疫缺陷患者，还容易感染老年群体以及有基础疾病的群体，每年在全球导致约18万人死亡。
但应对这一真菌的手段极为有限，杀菌类药物仅有两性霉素B，感染病死率、临床治疗失败率和复发感染率高。
其致病机制究竟是什么？复发率为何居高不下？
2016年，王琳淇带领团队尝试回答这一医学难题。他们系统评价了约340种代谢物对两性霉素B杀菌效果的影响，出乎意料地发现葡萄糖竟然是关键影响因子。
人脑的葡萄糖浓度在各个器官中是最高的，用以提供能量。研究团队在人脑脊液中去除并重新加入葡萄糖，发现葡萄糖会显著诱导新生隐球菌对两性霉素B的耐受能力。
“这背后的机制就像一场微型的‘拔河比赛’。”王琳淇解释说，两性霉素B主要通过结合真菌细胞膜中的麦角固醇对细胞进行“打孔”，从而杀死细胞。葡萄糖就像“啦啦队”，当外界葡萄糖浓度很高时，会让真菌转录调控蛋白Mig1进入细胞核，促使真菌细胞产生更多的肌醇磷酸化神经酰胺（IPC），在细胞膜上与两性霉素B“拔河”，以争夺麦角固醇。
“ IPC 与麦角固醇的亲和力更高，在拔河中‘力气’更大，导致两性霉素B不能与麦角固醇有效结合，从而无法杀伤真菌细胞，导致耐药的发生。”他说。
基于此，研究团队首次证明了宿主体内存在表型耐药。耐药通常是由遗传突变导致的，使病原体对药物产生抗性。表型耐药与遗传突变无关，而是由条件或环境变化激发的。20多年来，科学家已经在体外条件下证实了真菌表型耐药的存在，但未能找到体内真菌表型耐药存在的关键证据。
“我们的研究表明，受体内宿主因素诱导的表型耐药影响，一旦停止用药，存活的真菌细胞会进一步繁殖，导致治疗失败、复发感染。”论文第一作者、微生物所博士后陈磊说，宿主因素诱导的体内表型耐药在真菌中或普遍存在，这将有助于启发科学界关注这一领域，并推动应对真菌表型耐药的药物研发。
让耐药真菌不再“死灰复燃”
由于其耐药性，新生隐球菌被世界卫生组织列入“优先真菌病原体名录”的最高优先级之一。发现其致病机制只是第一步，如果想降低脑部新生隐球菌对药物的耐受水平，就需要干预大脑内的“拔河比赛”。
王琳淇与团队将目标锁定在能够抑制IPC合成酶的药物——金担子素A。这种药物能够与两性霉素B形成合力，限制 IPC 争夺麦角固醇，从而有效消除葡萄糖诱导的真菌表型耐药。
小鼠实验表明，金担子素A与两性霉素B联用，对于真菌性脑膜炎的治愈率明显优于临床推荐的两性霉素B-氟胞嘧啶治疗策略。当治疗周期为7天时，如果使用临床推荐的治疗方案，实验小鼠的大脑中仍会被检测出残存的隐球菌。而采用新的治疗方案后，70%的小鼠大脑中的隐球菌会被完全清除。
“两性霉素B一直被认为是治疗隐球菌性脑膜炎的最后一道防线，但这道防线可能会被真菌的表型耐药突破。我们的研究筑牢了这道防线，可以让真菌不再‘死灰复燃’。”王琳淇说。
王琳淇表示，真菌和人类一样，都属于真核生物，有很多关键的分子机器高度相似，因此很多对真菌有作用的药物也会对人体产生细胞毒性。金担子素A的一个优势是其靶点只存在于真菌中，不存在于人体内，具有良好的宿主安全性。
但金担子素A目前仅对少数真菌有效，临床应用并不广泛，新研究有助于为该药物提供更大的用武之地。
开辟真菌耐药研究“新赛道”
隐球菌性脑膜炎进程中葡萄糖诱导的表型耐药机制的揭示，意味着王琳淇团队在国际上开辟出真菌体内表型耐药研究的“新赛道”。
相关技术方法没有可参考的失例，王琳淇和团队只能通过自主研发解决问题。为了去除人脑脊液样本中的葡萄糖，他们开发出了原位酶解方法；通常只有部分细胞会对药物产生耐药表征，他们就与北京大学教授白凡合作，开发了异质性的单细胞评测手段；将大分子药物递送到大脑十分困难，他们就与西南大学教授李翀团队合作，建立了脑靶向脂质体包裹递送机制。
目前，研究团队正在尝试把新的药物联用策略推进至临床，以期降低真菌性脑膜炎的病死率。“当前，真菌病风险监测和药物研发迫在眉睫。”王琳淇说，相对于病毒和细菌研究，全球真菌研究起步较晚，20世纪90年代中期才开始规模化研究，因此真菌研究领域底子薄，很多基本规律仍不清楚。
然而，全球真菌感染疾病种类和死亡人数正在增加。目前，全球每年因真菌病死亡的人数达160万—250万，与30年前相比提高了一个数量级。我国有关部门2006年颁布的《人间传染的病原微生物名录》中包含59种真菌病原体，2023年达到151种，增加了92种。
究其原因，王琳淇表示，全球变暖是一个重要影响因素。真菌喜欢在比较潮湿、阴冷的条件下生长，但全球变暖导致更多真菌能够适应人体体温。
在此背景下，世界卫生组织在2022年首次发布威胁人类健康的“真菌病原体清单”，以此呼吁全球提高对真菌感染防控和解决方案的重视。
“环境来源的高风险真菌是近来数量异常增加的新真菌病原体的主要源头，开展对该类真菌的前瞻性监测和主动防控，将帮助我们提前发现超过50%的潜在新真菌病原体并给出有效的临床防控方案。”王琳淇说。
王琳淇说，目前微生物所真菌学与创新技术研究室正在酝酿“真菌暗病原计划”，前瞻性评价环境真菌的感染风险、建立针对性防控方案，以有效抵御未来新病原真菌产生的重大风险。
（据《中国科学报》，有删节）
“延毕就延毕，我不要B计划，只做A计划。”
回忆起2016年做真菌性脑膜炎研究之初的情形，中国科学院微生物研究所（以下简称微生物所）研究员王琳淇仍清楚地记得和学生陈磊之间的那次对话。
因为研究课题难，做导师的王琳淇“替学生考虑”，想让陈磊做个简单的课题先毕业，但陈磊本着团队一贯坚持的“宁要伟大的失败，也不要廉价的成功”的原则，坚持挑战难题。果然，因为这项研究，陈磊的博士学位证书晚拿了两年。
好在经过7年多“长跑”，他们终于拨云见日，发现了真菌性脑膜炎的耐药机制，找到了潜在的针对性治疗策略。1月16日，相关研究成果发表于《自然-微生物》。
“这项研究极大推动了领域的发展，在这些重要发现的基础上，将有可能开展转化和临床研究。”该刊一位审稿人说。
揭示大脑内的“拔河比赛”
真菌性脑膜炎是最危险的一类真菌感染疾病，感染致死率达40%以上。新生隐球菌作为真菌性脑膜炎的头号病原体，不仅会感染免疫缺陷患者，还容易感染老年群体以及有基础疾病的群体，每年在全球导致约18万人死亡。
但应对这一真菌的手段极为有限，杀菌类药物仅有两性霉素B，感染病死率、临床治疗失败率和复发感染率高。
其致病机制究竟是什么？复发率为何居高不下？
2016年，王琳淇带领团队尝试回答这一医学难题。他们系统评价了约340种代谢物对两性霉素B杀菌效果的影响，出乎意料地发现葡萄糖竟然是关键影响因子。
人脑的葡萄糖浓度在各个器官中是最高的，用以提供能量。研究团队在人脑脊液中去除并重新加入葡萄糖，发现葡萄糖会显著诱导新生隐球菌对两性霉素B的耐受能力。
“这背后的机制就像一场微型的‘拔河比赛’。”王琳淇解释说，两性霉素B主要通过结合真菌细胞膜中的麦角固醇对细胞进行“打孔”，从而杀死细胞。葡萄糖就像“啦啦队”，当外界葡萄糖浓度很高时，会让真菌转录调控蛋白Mig1进入细胞核，促使真菌细胞产生更多的肌醇磷酸化神经酰胺（IPC），在细胞膜上与两性霉素B“拔河”，以争夺麦角固醇。
“ IPC 与麦角固醇的亲和力更高，在拔河中‘力气’更大，导致两性霉素B不能与麦角固醇有效结合，从而无法杀伤真菌细胞，导致耐药的发生。”他说。
基于此，研究团队首次证明了宿主体内存在表型耐药。耐药通常是由遗传突变导致的，使病原体对药物产生抗性。表型耐药与遗传突变无关，而是由条件或环境变化激发的。20多年来，科学家已经在体外条件下证实了真菌表型耐药的存在，但未能找到体内真菌表型耐药存在的关键证据。
“我们的研究表明，受体内宿主因素诱导的表型耐药影响，一旦停止用药，存活的真菌细胞会进一步繁殖，导致治疗失败、复发感染。”论文第一作者、微生物所博士后陈磊说，宿主因素诱导的体内表型耐药在真菌中或普遍存在，这将有助于启发科学界关注这一领域，并推动应对真菌表型耐药的药物研发。
让耐药真菌不再“死灰复燃”
由于其耐药性，新生隐球菌被世界卫生组织列入“优先真菌病原体名录”的最高优先级之一。发现其致病机制只是第一步，如果想降低脑部新生隐球菌对药物的耐受水平，就需要干预大脑内的“拔河比赛”。
王琳淇与团队将目标锁定在能够抑制IPC合成酶的药物——金担子素A。这种药物能够与两性霉素B形成合力，限制 IPC 争夺麦角固醇，从而有效消除葡萄糖诱导的真菌表型耐药。
小鼠实验表明，金担子素A与两性霉素B联用，对于真菌性脑膜炎的治愈率明显优于临床推荐的两性霉素B-氟胞嘧啶治疗策略。当治疗周期为7天时，如果使用临床推荐的治疗方案，实验小鼠的大脑中仍会被检测出残存的隐球菌。而采用新的治疗方案后，70%的小鼠大脑中的隐球菌会被完全清除。
“两性霉素B一直被认为是治疗隐球菌性脑膜炎的最后一道防线，但这道防线可能会被真菌的表型耐药突破。我们的研究筑牢了这道防线，可以让真菌不再‘死灰复燃’。”王琳淇说。
王琳淇表示，真菌和人类一样，都属于真核生物，有很多关键的分子机器高度相似，因此很多对真菌有作用的药物也会对人体产生细胞毒性。金担子素A的一个优势是其靶点只存在于真菌中，不存在于人体内，具有良好的宿主安全性。
但金担子素A目前仅对少数真菌有效，临床应用并不广泛，新研究有助于为该药物提供更大的用武之地。
开辟真菌耐药研究“新赛道”
隐球菌性脑膜炎进程中葡萄糖诱导的表型耐药机制的揭示，意味着王琳淇团队在国际上开辟出真菌体内表型耐药研究的“新赛道”。
相关技术方法没有可参考的失例，王琳淇和团队只能通过自主研发解决问题。为了去除人脑脊液样本中的葡萄糖，他们开发出了原位酶解方法；通常只有部分细胞会对药物产生耐药表征，他们就与北京大学教授白凡合作，开发了异质性的单细胞评测手段；将大分子药物递送到大脑十分困难，他们就与西南大学教授李翀团队合作，建立了脑靶向脂质体包裹递送机制。
目前，研究团队正在尝试把新的药物联用策略推进至临床，以期降低真菌性脑膜炎的病死率。“当前，真菌病风险监测和药物研发迫在眉睫。”王琳淇说，相对于病毒和细菌研究，全球真菌研究起步较晚，20世纪90年代中期才开始规模化研究，因此真菌研究领域底子薄，很多基本规律仍不清楚。
然而，全球真菌感染疾病种类和死亡人数正在增加。目前，全球每年因真菌病死亡的人数达160万—250万，与30年前相比提高了一个数量级。我国有关部门2006年颁布的《人间传染的病原微生物名录》中包含59种真菌病原体，2023年达到151种，增加了92种。
究其原因，王琳淇表示，全球变暖是一个重要影响因素。真菌喜欢在比较潮湿、阴冷的条件下生长，但全球变暖导致更多真菌能够适应人体体温。
在此背景下，世界卫生组织在2022年首次发布威胁人类健康的“真菌病原体清单”，以此呼吁全球提高对真菌感染防控和解决方案的重视。
“环境来源的高风险真菌是近来数量异常增加的新真菌病原体的主要源头，开展对该类真菌的前瞻性监测和主动防控，将帮助我们提前发现超过50%的潜在新真菌病原体并给出有效的临床防控方案。”王琳淇说。
王琳淇说，目前微生物所真菌学与创新技术研究室正在酝酿“真菌暗病原计划”，前瞻性评价环境真菌的感染风险、建立针对性防控方案，以有效抵御未来新病原真菌产生的重大风险。
（据《中国科学报》，有删节）
