《Canadian Journal of Microbiology》：Inhibition of Shiga toxin-producing
Escherichia coli O157:H7 attachment to human intestinal cells by single or combined lytic bacteriophages
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本文推荐一项针对产志贺毒素大肠杆菌（STEC）O157:H7感染防控的研究。针对临床缺乏安全有效抗生素、细菌黏附是感染关键步骤的难题，研究人员探究了四种裂解性噬菌体（T5、T1、rV5、T4）单用及联用（鸡尾酒疗法）对STEC在人肠道上皮细胞（Caco2/T84）上黏附的抑制作用。结果表明，噬菌体干预（尤其鸡尾酒疗法）可显著降低STEC附着2-3 log10CFU/mL，为预防和治疗人类STEC感染提供了具有潜力的新型生物防治策略。
产志贺毒素大肠杆菌（Shiga toxin-producing Escherichia coli, STEC），尤其是其明星菌株O157:H7，是全球范围内引起食源性疾病的重要病原体。这种细菌的危害不仅在于导致肠胃不适，更在于它产生的志贺毒素（Shiga toxins, Stx）可能引发危及生命的并发症，如溶血性尿毒综合征（Hemolytic-uremic syndrome, HUS），这是儿童急性肾衰竭的主要原因之一。更令人棘手的是，STEC感染的治疗目前陷入困境：许多常用的抗生素，特别是氟喹诺酮类，会激活细菌的SOS应激反应，反而诱导携带stx基因的温和噬菌体进入裂解周期，导致毒素大量产生和释放，加剧病情。因此，临床上对STEC感染主要采取支持治疗，缺乏直接有效的抗菌手段。寻找一种既能有效清除病原体，又不会触发毒素风暴的替代疗法，成为迫切的临床需求。
在此背景下，噬菌体疗法重新进入研究者的视野。噬菌体是专一感染细菌的病毒，其中严格裂解性（lytic）噬菌体能够“劫持”细菌的复制机器，快速复制后裂解细菌释放子代，这个过程不依赖于宿主的SOS系统。此前，研究团队已证实从牛粪便等环境中分离出的几种裂解性噬菌体，在液体培养基和牛肉基质中对多种STEC O157:H7菌株具有优异的杀灭效果。然而，STEC在人体内的致病始于其通过“肠上皮细胞脱落位点”（locus of enterocyte effacement, LEE）致病岛编码的产物，紧密黏附在肠道上皮细胞上，形成“附着-脱落”（attaching and effacing, A/E）损伤。因此，一个关键问题悬而未决：这些在体外培养皿中表现神勇的噬菌体“战士”，能否在模拟人体肠道环境的细胞模型中，有效阻止STEC迈出这致病的第一步——黏附？
为回答这一问题，来自卡尔加里大学的研究人员Akeel Faizal和Yan Dong Niu在《Canadian Journal of Microbiology》上发表了一项研究，系统评估了四种裂解性噬菌体单用及联用，在预防STEC O157:H7黏附人肠道上皮细胞方面的功效。他们的发现为噬菌体作为STEC感染的预防和治疗剂提供了有力的体外证据。
为开展研究，作者主要采用了以下几个关键技术方法：首先，利用两种易受STEC黏附的人肠道上皮细胞系——结直肠腺癌来源的Caco2细胞和移植性癌来源的T84细胞，作为人体肠道环境的体外模型。其次，选用源自污染碎牛肉引起人类爆发的STEC O157:H7标准菌株EDL933作为研究对象。再者，评估了四种裂解性噬菌体：三种源自阿尔伯塔省饲养场牛的肌尾病毒（AKFV33/T5、AHP24/T1、AHP24S/rV5）和一种源自安大略省河流的长尾病毒（wV7/T4），并设置了三种高效的鸡尾酒组合。最后，通过标准化的细菌黏附定量测定实验，比较了噬菌体在细菌接种前1小时预处理（预防模型）或与细菌同时接种（治疗模型）两种给药方式的功效，通过菌落计数（log10CFU/mL）量化黏附及未黏附的细菌数量，并进行统计学分析。
研究结果丰富且具有启发性：
1. 定性及定量STEC EDL933在Caco2和T84细胞上的黏附测定
研究首先证实了STEC EDL933能够有效黏附于两种细胞系，且黏附到Caco2细胞上的数量显著多于T84细胞（P< 0.001），这为后续比较噬菌体在不同细胞环境下的功效提供了基础。
2. 肠道细胞预先暴露于单个裂解性噬菌体后，噬菌体对STEC EDL933黏附的功效
四种噬菌体单独使用时，在无细胞的培养基对照中均能极显著降低STEC数量（减少4-7 log10）。更重要的是，在细胞存在的情况下，于细菌接种前1小时加入单个噬菌体，能使黏附到Caco2和T84细胞上的STEC减少约2-3 log10CFU/mL（P< 0.0001），同时未黏附的细菌数量也大幅减少。例如，T1噬菌体使黏附菌减少约3 log，而未黏附菌减少约5 log。
3. 肠道细胞预先暴露于裂解性噬菌体鸡尾酒后，对STEC EDL933的功效
噬菌体鸡尾酒（三种或四种组合）同样展现出强大效力。在细胞模型中，预先用鸡尾酒处理，可使STEC黏附减少约2-3 log。值得注意的是，四噬菌体鸡尾酒（T5+T1+rV5+T4）在降低STEC对T84细胞的黏附方面，显著优于单独的T4和T1噬菌体处理（P< 0.0001）。
4. 噬菌体处理与细菌接种同时进行时，裂解性噬菌体鸡尾酒对STEC EDL933的功效
为了模拟治疗场景，研究人员测试了噬菌体与细菌同时加入的效果。结果发现，同时处理（使用三噬菌体或四噬菌体鸡尾酒）也能显著减少STEC黏附2-3 log，其效果与提前1小时预处理没有显著差异（P> 0.05）。这表明噬菌体能够快速发挥作用，无需长时间的预孵育。
5. Caco2与T84细胞比较及单个与鸡尾酒噬菌体抗STEC EDL933黏附功效对比
综合分析显示，噬菌体（无论是单用还是联用）在两种细胞系上的抗黏附功效没有总体差异。但具体来看，在Caco2细胞上，T1噬菌体表现最佳，而三噬菌体鸡尾酒（不含rV5）效果最优；在T84细胞上，rV5和T5噬菌体表现更好，而四噬菌体鸡尾酒效果最佳。此外，鸡尾酒疗法处理后的细菌，其菌落形态变异（一种潜在的耐药性指示）似乎少于单独噬菌体处理，暗示鸡尾酒疗法可能有助于减少耐药性的出现。
6. 预先暴露与同时暴露的噬菌体功效对比
数据直接比较证实，噬菌体（无论是单用还是联用）在预防STEC黏附方面，预先处理与同时处理同样有效，这强化了其同时具备预防和治疗潜力的结论。
7. 噬菌体处理诱导STEC EDL933菌落形态变异
一个有趣的观察是，经噬菌体处理的STEC菌落会出现不规则、小型或大型圆形等形态变异，而未经处理的对照组菌落形态正常。这种变异可能与噬菌体施加的选择压力有关。
研究结论与讨论部分深刻阐述了本工作的意义。该研究首次在模拟人体肠道上皮细胞的环境中，系统评估了特定裂解性噬菌体及其鸡尾酒组合阻止STEC O157:H7致病关键步骤——细胞黏附的效果。主要结论是：单个噬菌体及其鸡尾酒均能显著（2-3 log减少）抑制STEC黏附到Caco2和T84细胞上；鸡尾酒疗法在某些情况下展现出优于单一噬菌体的协同效应，并可能减缓耐药性发展；更重要的是，噬菌体在与细菌接触时即可快速生效，无需长时间预孵育，这为其作为治疗剂（而不仅仅是预防剂）的应用提供了可能。
这项研究的意义是多方面的。首先，它直接将噬菌体疗法的评估推进到了更贴近人体感染生理环境的下游阶段——宿主细胞界面，弥补了先前研究多集中于液体培养基或食物基质的不足。其次，结果证明了噬菌体，特别是鸡尾酒疗法，在对抗STEC感染方面具有预防和治疗的双重潜力。从公共卫生角度看，在已知STEC暴露风险时（如疫情暴发），噬菌体鸡尾酒可作为预防措施；对于已感染的个体，早期口服噬菌体制剂（如耐酸胶囊）可能通过迅速降低肠道细菌载量，阻止其定植和后续毒素产生，从而预防严重的HUS。最后，与可能诱发毒素释放的抗生素相比，裂解性噬菌体提供了一种特异性高、对肠道共生菌群影响小、且不依赖于细菌SOS反应的新型抗菌策略，为应对STEC这一持续存在的公共卫生威胁开辟了有希望的新途径。当然，噬菌体与肠道细胞、细菌三者间复杂的相互作用机制，以及如何优化给药方案以实现临床转化，仍需未来更深入的研究。
