《Infection》：Exploring the next “phage” of treating non-tuberculous mycobacterial infections
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非结核分枝杆菌（NTM）因对传统抗生素耐药且具有引发持续性感染的能力，构成了严重的临床威胁。随着抗菌素耐药性（AMR）成为最重大的全球健康挑战之一，分枝杆菌噬菌体（MPs）——一类特异性靶向分枝杆菌属的病毒——正成为一种极具前景的治疗补充或替代方案。本综述探讨
非结核分枝杆菌（NTM）因对传统抗生素耐药且具有引发持续性感染的能力，构成了严重的临床威胁。随着抗菌素耐药性（AMR）成为最重大的全球健康挑战之一，分枝杆菌噬菌体（MPs）——一类特异性靶向分枝杆菌属的病毒——正成为一种极具前景的治疗补充或替代方案。本综述探讨了MPs的生物学特征、作用机制及临床应用潜力，重点关注其在NTM感染治疗中的应用。基于体外研究、动物模型及人类同情用药病例的数据，研究人员强调了MPs的分枝杆菌杀灭效力，及其与抗生素治疗联用的潜在价值。然而，要将MPs转化为临床治疗手段，仍需解决若干关键挑战，包括宿主范围有限、宿主免疫应答干扰、MP耐药及细胞内递送屏障等。建立MP库、标准化监管流程并推进获批临床试验，对于MP疗法顺利融入医疗体系至关重要。通过协调科学、监管与临床多方努力，基于MP的疗法有望在对抗耐药NTM感染中发挥重要作用。
引言
分枝杆菌是一类革兰阳性、无鞭毛、不产芽孢的杆状细菌，宽度通常为0.2–0.6 μm，长度为1.0–10 μm。迄今全球已鉴定出超过200种公认的分枝杆菌物种。该属成员表现出显著的多样性，部分物种具有高度致病性，可在人与动物中引发疾病（如结核分枝杆菌），另一些则为机会性病原体。分枝杆菌可在有氧与厌氧条件下生长，部分物种呈微需氧特性。其菌落形态因种而异，可表现为粗糙或光滑，色素从白色、粉色、黄色至橙色不等，且色素形成依赖光照（光产色与暗产色）。分枝杆菌的一个标志性特征是独特的细胞壁组成，脂质含量极高，约占菌体干重的40%–60%。这种富含脂质的细胞壁结构显著增强了其抵抗力，并帮助其逃避抗菌药物的作用。分枝杆菌细胞壁包含多种关键糖脂，如麻风分枝杆菌的酚糖脂、鸟分枝杆菌复合群（MAC）与结核分枝杆菌的糖肽脂，以及堪萨斯分枝杆菌与结核分枝杆菌的含酰化海藻糖的脂寡糖。分枝杆菌细胞壁是一道坚固的防御屏障，因其不透性导致许多抗生素失效。结构上，细胞壁由三层组成：内层为肽聚糖层，中层为由高度分支的阿拉伯半乳聚糖多糖构成，外层富含长链分枝菌酸。此外，外膜还含有惰性蜡质、脂质及松散结合的糖磷脂，外层由多糖和蛋白质构成，形成一种碳水化合物-脂质屏障，限制了亲水性化合物（如抗生素和去污剂）的通透性。该屏障不仅促进细菌存活，还通过帮助分枝杆菌逃避免疫应答，在致病过程中发挥关键作用。
非结核分枝杆菌（NTM）是指不属于结核分枝杆菌复合群（MTBC）、麻风分枝杆菌或麻风分枝杆菌种的微生物。NTM常见于水、土壤、灰尘和生物膜等环境来源，是机会性病原体，可在免疫力低下或有基础疾病（如肺部疾病、免疫功能受损或接受医疗干预）的人群中引发多种感染。尽管全球广泛分布，但NTM的分离率与感染情况在地理上存在显著差异，不同地区的优势菌种与环境偏好各不相同。总体而言，鸟分枝杆菌复合群（MAC）是全球范围内分离率最高的类群，在西欧国家，MAC之后依次为戈登分枝杆菌（多为无致病性）与蟾蜍分枝杆菌；在美国，最常见的NTM依次为MAC成员、堪萨斯分枝杆菌与脓肿分枝杆菌。
虽然NTM感染的症状与结核病相似，但通常对经典的结核分枝杆菌药物治疗方案无反应。NTM疾病的治疗通常复杂且可选药物有限，常伴随不良反应，且疗程漫长（有时需持续数月到数年）。即便初始治疗有效，仍有许多患者因治疗不充分或再次感染而复发（初始治疗完成后6–12个月内复发率为10%–60%）。因此，研究人员一直在探索替代治疗方法，除疫苗与新型抗菌肽的研究外，噬菌体疗法因个案中的积极结果近年来备受关注。
分枝杆菌噬菌体概述
噬菌体是能够特异性感染并裂解细菌的病毒，是地球上丰度最高的生物实体之一，估计生物圈内约有1031个颗粒。噬菌体具有高度的宿主特异性，通常仅靶向特定的细菌物种或菌株。虽然在抗生素被发现并广泛应用后，西方国家的噬菌体临床开发一度停滞，但在前苏联及其加盟共和国（如格鲁吉亚）仍持续开展针对感染性疾病的噬菌体疗法研究。
噬菌体的长度通常在30至500 nm之间，几乎存在于所有有细菌的环境中。结构上，它们由一个包裹遗传物质（DNA或RNA，可为单链或双链）的二十面体头部（衣壳）组成，多数噬菌体具有三种基本结构形式之一：带尾的二十面体头部、无尾的二十面体头部或丝状形式。
噬菌体具有多种生命周期，最著名的是裂解周期与溶原周期。在裂解周期中，噬菌体吸附于宿主表面后将遗传物质注入宿主细胞，劫持宿主的蛋白质合成机制，复制并组装新的噬菌体颗粒，最终裂解宿主并释放出数十至数百个子代噬菌体。在溶原周期中，噬菌体基因组整合入宿主染色体形成原噬菌体，处于休眠状态，并随宿主DNA复制被动增殖，环境信号可触发其转为裂解复制。兼具两种周期的噬菌体称为温和噬菌体。此外还有两种较罕见的生命周期：假性溶原周期与慢性周期。在假性溶原周期中，噬菌体基因组既不进入裂解也不进入溶原周期，而是以非活性形式滞留在宿主细胞内，不整合入宿主机制，也不复制，直到条件适宜时转为裂解或溶原周期。慢性周期指噬菌体长期感染宿主，子代噬菌体持续产生但不引起细胞裂解，或不对称地传递给子代细胞。
分枝杆菌噬菌体（MP）特指仅感染分枝杆菌属的噬菌体。近年来MP的发现与表征工作得益于“科学教育联盟噬菌体猎人推进基因组与进化科学（SEA-PHAGES）”计划的推动，这是一项由Graham Hatfull与霍华德·休斯医学研究所于2008年启动的合作性本科生研究项目。截至2026年4月29日，放线菌噬菌体数据库记录已分离并收录了15141种MP，其中2794种已完成全基因组测序。这些噬菌体已从10种不同的分枝杆菌物种、共26个已登记菌株中分离得到，包括耻垢分枝杆菌、脓肿分枝杆菌、爱知分枝杆菌、金色分枝杆菌、鸟分枝杆菌、龟分枝杆菌、新星分枝杆菌、不产色分枝杆菌、草分枝杆菌与结核分枝杆菌。其中，耻垢分枝杆菌（尤其是mc2155株）是最常用的MP分离宿主，因为它是一种非致病性、生长快速的分枝杆菌，与其他致病分枝杆菌具有许多遗传与生物学共性。目前已表征的所有MP均为有尾的双链DNA噬菌体，尚未发现单链DNA或RNA型MP。形态学上，它们分为两个科：长尾病毒科（Siphoviridae），具有长而柔软的无收缩尾；肌尾病毒科（Myoviridae），具有可收缩的尾。值得注意的是，所有肌尾病毒科MP均属于单一基因组群，即Cluster C，其平均基因组长度为155858 bp。MP可进行裂解周期或溶原周期（通常为温和噬菌体）。MP的结构特征多样：多数具有等轴衣壳（直径40–80 nm），部分呈长形头部，长宽比在2.5:1至4:1之间；尾长约为135 nm至超过350 nm。基因组方面，MP具有基因密集、非编码区少、模块化或马赛克基因组结构、病毒粒子结构基因（尤其是长尾病毒科）保守的共线性、小开放阅读框比例高，以及大量功能未知或仅预测未验证的基因等特征。
治疗潜力、应用与病例研究
由于致病性分枝杆菌的抗生素耐药率不断上升，迫切需要替代治疗策略。MP疗法提供了一种有前景的解决方案，利用特异性感染并裂解分枝杆菌细胞的噬菌体发挥作用。多项体外研究表明，MP不仅能裂解其分离宿主（通常为耻垢分枝杆菌），还能降低多种其他分枝杆菌的浓度，包括鸟分枝杆菌、副结核分枝杆菌（MAP）、结核分枝杆菌、脓肿分枝杆菌、溃疡分枝杆菌、海分枝杆菌、瘰疬分枝杆菌、龟分枝杆菌与偶发分枝杆菌。
MP与抗生素联用在体外环境中表现出更强的抗分枝杆菌效果，例如MP与利福平联用对抗耻垢分枝杆菌，或与利福布汀、亚胺培南、贝达喹啉、氯法齐明、替加环素、阿米卡星、美罗培南联用对抗脓肿分枝杆菌。部分研究发现，尽管噬菌体-抗生素协同作用（PAS）可快速降低NTM滴度，但由于单次给药测试与短期监测的限制，潜在的复发机制（如噬菌体耐受、粗糙型突变体清除不全及药代动力学不佳）可能影响持续疗效。虽然这些体外实验凸显了PAS联用的潜力，但仍需重复给药与长期监测研究来证实其持久根除效果。总体而言，这些研究表明MP可与抗生素协同作用，有望纳入NTM感染的治疗方案。但需注意，某些抗生素（如利福平）可能抑制噬菌体颗粒的产生，从而产生拮抗作用。
感染动物模型研究进一步支持了MP对多种分枝杆菌病原体的疗效。在小鼠模型中，MP治疗对结核分枝杆菌、溃疡分枝杆菌、脓肿分枝杆菌与鸟分枝杆菌感染均取得积极疗效；在牛模型中，MP可有效防控副结核分枝杆菌并消除粪便排菌；在斑马鱼模型中，MP与抗生素联用可增强耐药脓肿分枝杆菌的清除效果。
除体外与动物研究外，数例临床报告证实了MP疗法在人类分枝杆菌感染治疗中的潜力。首例有记录的MP治疗病例及首例工程化噬菌体用于人类分枝杆菌感染治疗的案例由Dedrick及其同事完成。该病例对一名感染脓肿分枝杆菌马赛利ense亚种的15岁患者，在双侧肺移植术后采用三种噬菌体组成的鸡尾酒疗法（包括经BRED技术敲除repressor基因的工程化裂解性噬菌体BPs与ZoeJ，以及野生型Muddy噬菌体），每12小时通过局部与静脉注射给药，持续至少32周，患者临床症状显著改善。这一案例不仅是MP疗法的重要里程碑，也为工程化噬菌体应用于人类疾病提供了依据。此后，其他研究也报道了MP疗法在多种患者中的积极结果，包括26岁脓肿分枝杆菌感染者、10例脓肿分枝杆菌、龟分枝杆菌或MAC感染者，以及一例4岁脓肿分枝杆菌中耳炎患儿，给药途径涵盖静脉、局部、胸腔冲洗与雾化吸入。
然而，MP疗法并非总是成功。Dedrick团队报告的另一例同情用药中，对一名81岁脓肿分枝杆菌马赛利ense亚种相关肺病的患者使用了与上述相同的三种MP鸡尾酒静脉给药。治疗首月痰菌浓度下降10倍且无不良反应，但两个月后细菌水平反弹。值得注意的是，即使在治疗六个月后，分离菌株仍对其中两种噬菌体敏感，提示疗效下降可能与宿主免疫应答、药代动力学、病灶穿透不足、疗程或剂量方案有关，而非细菌产生噬菌体耐药。此外，儿童患者的治疗成功率似乎更高，具体原因尚不明确。
MP疗法的潜力不仅限于NTM，也适用于结核分枝杆菌相关疾病。尽管尚无噬菌体治疗肺结核的人类病例报告，但多项体外与体内研究已证实MP对耐多药（MDR）与广泛耐药（XDR）结核分枝杆菌的有效性。Guerrero-Bustamante等人的体外研究显示，五种MP组成的鸡尾酒可降低噬菌体耐药的出现风险，并高效杀灭多种测试的结核分枝杆菌菌株，且不影响抗生素疗效，对异烟肼耐药与敏感株均有感染能力。噬菌体D29与DS6A可在体外高效裂解结核分枝杆菌；DS6A静脉注射可有效降低人源化小鼠器官内的结核分枝杆菌负荷，并减少豚鼠脾脏病变。这些实验数据预示着MP疗法未来可能作为协同联合疗法的一部分，用于对抗耐多药结核病。
挑战与局限性
尽管越来越多的证据支持MP作为抗致病性分枝杆菌的有效治疗剂，但仍存在若干限制亟待解决。首要问题是MP疗法仍处于实验阶段，公众认知度低，临床整合有限。
噬菌体疗法的一个主要风险是，若未按标准规范操作，纯化噬菌体溶液中残留的细菌细胞碎片杂质（内毒素）可能引发宿主生理反应。MP溶液必须经过高度纯化并去除内毒素，才能确保临床用药安全，否则
