超級細菌崛起：糖尿病如何助長抗生素抗藥性的演化

科學家發現，糖尿病患者較易發生抗生素抗藥性感染。金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是一種常見且危險的細菌，它能在糖尿病患者的高糖環境中大量繁殖，使得抗藥性突變菌種迅速占據主導地位。這一令人擔憂的發現凸顯了制定更完善感染控制策略的迫切需求。

抗生素是對抗細菌感染的重要藥物，能有效針對並消滅細菌。然而，近年來隨著抗藥性細菌不斷演化和擴散，抗生素的有效性逐漸降低。其中，金黃色葡萄球菌是最令人擔憂的「元兇」之一，它是導致抗生素抗藥性感染及相關死亡的主要原因。這種細菌在糖尿病患者中尤為常見，糖尿病是一種慢性疾病，會破壞血糖控制機制，削弱免疫系統，使感染更難治癒。

北卡羅來納大學醫學院的研究人員布萊恩・康隆（Brian Conlon）博士和蘭斯・瑟洛（Lance Thurlow）博士發現，糖尿病患者也更容易感染抗藥性金黃色葡萄球菌。他們的研究成果於今日（2月12日）發表在《科學進展》（Science Advances）期刊上。該研究揭示，糖尿病患者的微生物環境會促進抗藥性細菌突變。研究結果還提出了針對這一脆弱群體對抗抗生素抗藥性的潛在策略。

微生物學與免疫學系副教授康隆表示：「我們發現，在糖尿病疾病模型中，抗生素抗藥性的出現速度比非糖尿病模型快得多。細菌與糖尿病之間的這種相互作用，可能是我們所見到的抗生素抗藥性迅速演化和擴散的主要推動因素。」

糖尿病會影響身體控制葡萄糖的能力，常常導致血液中葡萄糖過量積累。金黃色葡萄球菌以這些高糖水平為食，使其能夠更快地繁殖。而且，由於糖尿病還會削弱免疫系統破壞細胞和控制感染的能力，這種細菌可以不受限制地生長。

隨著糖尿病感染中細菌數量的增加，產生抗藥性的可能性也隨之增加。隨機突變會出現，一些突變菌種會對抗生素等外部壓力產生抗藥性。一旦抗藥性突變菌種在糖尿病感染中出現，它就會迅速占據主導地位，利用過量的葡萄糖推動其快速生長。

微生物學與免疫學助理教授瑟洛指出：「金黃色葡萄球菌特別適合利用糖尿病環境。一旦發生抗藥性突變，就有過量的葡萄糖，而免疫系統又無法清除突變菌種，它會在幾天內占據整個細菌群體。」

長期以來，擅長研究抗生素治療失敗的康隆和研究糖尿病中金黃色葡萄球菌致病機制的瑟洛，一直對比較有糖尿病和無糖尿病模型中抗生素的有效性感興趣。利用他們在微生物學與免疫學系的資源，研究人員將各自的實驗室聯合起來，在糖尿病小鼠金黃色葡萄球菌感染模型中進行抗生素研究。

首先，研究團隊建立了皮膚和軟組織細菌感染的小鼠模型。這些小鼠模型被分為兩組：一半的小鼠被給予一種能選擇性殺死胰腺細胞的化合物，使其患上糖尿病；另一半則未給予該化合物。然後，研究人員用金黃色葡萄球菌感染糖尿病和非糖尿病小鼠模型，並用利福平（一種抗藥性演化速度較快的抗生素）進行治療。

感染五天後，到了觀察結果的時候。康隆和瑟洛很快注意到，利福平在糖尿病模型中幾乎沒有效果。於是，他們取了一些樣本進行研究。研究人員驚訝地發現，細菌已經進化出對利福平的抗藥性，感染部位存在超過一億個抗利福平的細菌。而在非糖尿病模型中，則沒有發現抗利福平的細菌。

更令人驚訝的是，突變菌種在短短四天內就占據了整個感染部位。隨後，他們像之前一樣用金黃色葡萄球菌感染糖尿病和非糖尿病模型，但這次補充了已知數量的抗利福平細菌。同樣，這些細菌迅速占據了糖尿病感染部位，但在利福平治療四天後，在非糖尿病模型中僅占細菌群體的一小部分。

他們的新發現給康隆和瑟洛帶來了許多問題，但他們確信，糖尿病患者中抗生素抗藥性的演化可能會給整個人群帶來麻煩。抗藥性細菌的傳播方式與其他細菌和病毒一樣，通過空氣、門把手和我們食用的食物在人與人之間傳播，因此預防這類感染成為首要任務。

那麼，如何預防呢？康隆和瑟洛的實驗室研究表明，降低糖尿病模型中的血糖水平（通過注射胰島素）可以剝奪細菌的「燃料」，控制細菌數量，降低抗藥性突變發生的機率。他們的研究結果表明，通過使用胰島素控制血糖可能是預防抗生素抗藥性的關鍵。

康隆表示：「抗藥性及其傳播不僅與藥物處方有關，還與服用抗生素者的健康狀況有關。因此，控制血糖變得非常重要。當我們給小鼠注射胰島素時，能夠使它們的血糖恢復正常，並且不會出現抗藥性細菌的快速繁殖。」

未來展望：擴大研究範圍

目前，康隆和瑟洛正在擴大研究範圍，研究人類（無論是否患有糖尿病）中抗藥性的演化，以及其他令人關注的抗藥性細菌，包括糞腸球菌（Enterococcus faecalis）、銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）和化膿性鏈球菌（Streptococcus pyogenes）。認識到宿主在抗生素抗藥性演化中所起的重要作用，研究人員計劃在接受化療的患者和近期器官移植受者中進行類似研究，以確定這些人群是否也容易發生抗藥性感染。

參考文獻：《糖尿病加劇抗生素抗藥性的出現和擴散》，2025年2月12日，《科學進展》。