当细菌“遭遇”抗菌药物，为避免被杀灭，细菌会用到两种策略：耐受（tolerance）或者抗药（即耐药，resistance）。这两种策略的机制完全不同。耐药性的机制有很多：例如，细菌产生突变，使得抗生素结合靶点被改变——减少药物结合；或者使得外排泵的表达上调——增加药物外排。耐药突变导致药物要想起效，就得达到更大的用量，最低抑菌浓度（minimum inhibitory concentration，MIC）值明显增高。MIC是指抑制微生物生长所需的最低药物浓度。而另一种策略——耐受性，也能帮助细菌在暴露于抗菌药物的情况下得以存活，但其机制却完全不同于耐药：细菌处于休眠状态，不生长或只是缓慢生长，几乎停止了所有生命活动，此时抗菌药物靶点没有活性，药物尽管可以与相应靶点结合，但无法杀伤细菌。由于“耐受”与“耐药”的机制不同，因此被认为是毫无关系的两种现象。然而，以色列耶路撒冷希伯来大学的Irit Levin-Reisman等2017年2月刊登在《科学》杂志上的研究发现：耐受是耐药的“前奏”！

细菌通过基因突变或者获取外部的DNA来获得耐药性。所有耐药性机制归根结底都是阻止抗菌药物结合到细菌靶点上。另一方面，细菌中有一个休眠亚群，也就是滞留菌（persisters），能耐受所有现有抗菌药物的攻击。很多慢性感染之所以迁延难愈，主要是由于滞留菌。而抗菌药物治疗筛选出了那些产生耐受菌的能力更强的突变菌株。近年的多项研究显示，在间歇性暴露于抗生素的条件下，细菌很快进化出了耐受性、出现了滞留菌。例如，当大肠杆菌每天间歇性暴露于氨苄西林时，很快获得了能延长其迟缓期的突变，从而变得耐受。迟缓期是细菌进入指数生长期前的一个阶段。细菌进化出的耐受性突变不会让它们变得耐药：它们只要处于迟缓期就能在抗生素中存活，而一旦它们恢复生长，就会被氨苄西林消灭，MIC值不会有什么改变。

在以色列的这项研究中，Levin-Reisman等探讨了耐受和耐药间潜在的联系。文章的通讯作者Nathalie Q. Balaban曾于2014年在《自然》杂志发表研究，那次他的团队发现：在致死剂量氨苄西林的作用下，那些迟缓期延长（意味着花更长时间才重新开始生长）的突变菌能够得以存活。在Balaban和Levin-Reisman等开展的这项新研究中，他们往添加了大剂量氨苄西林的新鲜培养基中接种了大肠杆菌（Escherichia coli），接种时，这些菌处于稳定期。在培养基上，大多数细菌开始生长，这部分细菌迅速被抗菌药物杀灭。少数存活下来的细菌在被研究人员洗脱下来后，被暴露于亚抑制剂量的氨苄西林中。这些细菌生长到了稳定期，在经过数轮的氨苄西林“轰炸”后，耐药突变出现了。Levin-Reisman等的这项研究中，氨苄西林的用量为50μg/ml，相当于临床治疗剂量，在细菌生长过程中，氨苄西林维持在一定的残留水平。这实际上模仿了临床上抗菌药物应用的场景：先用大剂量，随后减量，应用数个疗程。这种条件下其实很容易筛选出耐受突变，能够在抗菌药物起始打击中存活下来，为随后耐药菌的出现和存活创造有利条件。

果然，在Levin-Reisman等让3个不同菌种的大肠杆菌每天间歇性地暴露于氨苄西林后，耐药菌出现了。而且，当研究人员追踪突变出现的轨迹时发现，在耐药性出现前，先出现的是耐受性：在3~4个周期的抗生素暴露后，大多数细菌表现出了生长迟缓，迟缓期延长，表明出现了耐受性；7~17个周期后，MIC增高——14个培养皿中，11个的MIC值大幅增高，比原始菌株MIC值高出了至少7倍。

全基因组测序发现，耐药突变出现在ampC基因启动子中，这种基因负责编码β-内酰胺酶，在野生型大肠杆菌中不表达，耐受性增加的突变菌也不表达；当该酶过度表达会造成对氨苄西林的耐药。

耐药菌的出现通常需要多个基因和蛋白的参与。例如，铜绿假单胞菌只有在其本身存在多重耐药外排泵时才会发展出对氟喹诺酮类耐药的突变。这种外排泵能够降低细菌内氟喹诺酮的浓度，让部分耐药突变菌得以存活，方便了后续完全耐药菌（即抗菌药物的2个结合靶点都失活）的发展。

回到Levin-Reisman等的这项研究，在出现耐药性之前先出现了迟缓期延长，提示这是细菌在累积突变，让自己在耐受性突变的基础上，演化出耐药性突变。全基因组测序证实了这点：研究人员发现，耐药菌除了在ampC基因上携带耐药性突变外，在负责介导耐受性的基因上也存在突变。当对耐受菌株和野生型菌株同时开展进化实验时，研究人员发现：在耐受性突变存在的前提下，更快地发展出了耐药突变。

耐受-耐药间的这种联系告诉我们，用药物清除耐受菌非常重要，要么研发新药、要么联合用药，以便阻止耐药菌的进化。另一方面，抗菌药物用量要保持在高水平，仅达到抑制细菌生长的药物浓度是不够的，要一直高于该浓度，以便打破耐受-耐药循环，阻止耐药菌的扩增。

Levin-Reisman等在完全耐药菌中发现了ampC启动子上的2个突变位点，这其实早已在临床分离株中被发现——在2003年的《感染药物化疗》（Antimicrob. Agents Chemother）杂志上，中国台湾大学医学院附属医院的L. K. Siu等就有报道。然而，多年过去，临床上对分离株的常规检测仍停留在MIC，而忽略了耐受性的检测，与耐药仅一字之差、一步之遥的耐受借此悄悄潜伏、积聚突变。

从耐受到耐药，细菌一步步把“进化”这部大戏推向高潮。而每天，在地球上的每个角落，同样的戏码都在上演，不只局限于大肠杆菌、也不只局限于氨苄西林。未来，我们需要重视耐受性的检测，以及针对耐受的治疗，以减少耐药性出现的机会。

（作者：白蕊）

参考文献：Science 2017;355:826-830

Science 2017;355:796