核心提示：铜绿假单胞菌是一种条件性病原体，是医院感染的一个相对常见的病原体，特别是在免疫功能低下的患者中，铜绿假单胞菌引起的肺炎与高死亡率有关。铜绿假单胞菌感染很难用抗生素治疗，因为外膜通透性低，而且存在大量的内在和获得性耐药机制，包括染色体突变和移动耐药基因。
尽管抗生素治疗和耐药性之间的这种联系是直接和直观的，但感染期间抗生素治疗的进化反应的驱动因素仍然不清楚。这一领域的一个关键挑战是了解宿主免疫如何影响抗药性。虽然人们普遍认为免疫反应与抗生素协同作用以抑制细菌感染，但免疫对抗生素进化反应的影响在很大程度上还没有被探索。对感染期间耐药性演变的理解在很大程度上来自对与囊性纤维化和结核病等疾病相关的长期慢性感染患者的纵向采样。然而，导致AMR大部分负担的短期急性感染的耐药性驱动因素，如条件性和共生病原体在医院获得的感染，仍然知之甚少。铜绿假单胞菌是一种条件性病原体，是医院感染的一个相对常见的病原体，特别是在免疫功能低下的患者中，铜绿假单胞菌引起的肺炎与高死亡率有关。铜绿假单胞菌感染很难用抗生素治疗，因为外膜通透性低，而且存在大量的内在和获得性耐药机制，包括染色体突变和移动耐药基因。
宿主免疫能够在抗生素治疗开始之前将病原体密度降低至少1个数量级。抗生素对细菌的毒性在低细菌细胞密度时最大，这表明早期(即第1-2天)免疫介导的抑制细菌种群密度可能增加了美罗培南和粘菌素治疗(第3-4天)的疗效。美罗培南和粘菌素的联合治疗有助于成功抑制初始感染，但由于美罗培南耐药突变株的成功生长，假单胞菌种群恢复，突显了铜绿假单胞菌对临床重要的碳青霉烯类抗生素产生突变耐药性的能力。
理论上，免疫介导的细菌种群密度抑制很可能已经限制了对抗生素治疗的进化反应。首先，减少人口密度必然减少了美罗培南-粘菌素治疗时存在的抗生素耐药突变株的绝对数量。在抗生素治疗前降低病原体密度也可能通过增加耐药细胞对抗生素的有效暴露而降低耐药突变株成功生长的可能性，这一效果可能对导致耐药性小幅增加的突变(如wbpM)特别重要。虽然这些限制因素无法阻止抗生素耐药性的演变，但有充分的理由认为，宿主免疫减少了在抗生素治疗后能够成功生长的耐药突变株的数量。反过来，这可能会(I)增加抗生素治疗和假单胞菌种群可检测到的恢复之间的滞后时间，(II)减少恢复后种群中的多样性耐药突变株。
耐药性进化模型的关键原则之一是，适应成本在抗生素治疗后产生针对耐药性的选择，导致耐药性丧失。在这种情况下，宽松的抗生素压力导致高耐药性/低适应性OprD突变体的下降，以及使外排泵失活的突变的传播。质粒的拷贝数在处理后也有所下降，这为选择非突变的质粒拷贝数提供了很好的证据。质粒拷贝数的变异是由于质粒复制和分离的内在变异性引起的，这表明质粒拷贝数的改变可能是感染期间对抗生素治疗的一种非常普遍的、被低估的进化反应。虽然这些例子突出了选择驱动抗性丧失的能力，但重要的是，由于高适合度wbpM突变体的稳定性，美罗培南在第二波感染期间保持了耐药性。我们的结果表明，宿主免疫反应最终抑制了第二波感染，从而限制了wbpM向前传播的可能性。这些结果表明，选择和宿主免疫相互作用，推动了治疗后抗性的丧失。
未来工作的一个重要挑战将是更深入地研究免疫和耐药性之间的相互作用。首先，抗生素和宿主免疫效应物之间的化学相互作用(即协同作用或拮抗作用)可能调节抗生素治疗的疗效及其相关的选择压力。在这种情况下，粘菌素已被证明可以抑制炎症反应，这表明持续的粘菌素治疗可能延迟了对第二波感染的抑制。抗生素耐药突变也会改变对宿主抗菌肽(AMPs)的耐药性，这表明免疫可能在耐药突变株的适应性中发挥重要作用。例如，对宿主AMP的抗性增加可能是我们观察到的突变体成功的原因之一。一个相关的挑战将是了解微生物群落在耐药性动态中的作用。细菌种类之间的竞争是常见的，这表明肺部微生物群可能在第二波感染期间限制了耐美罗培南铜绿假单胞菌。同时，微生物群对抗性具有间接影响，例如宿主免疫调节，这可能促进或阻止耐药突变株的生长。
病原菌通常栖息在人体的多个部位，这有可能在宿主内产生抗生素暴露的变异和由此产生的选择压力。虽然铜绿假单胞菌最初被认为是一种机会性呼吸道病原体，但这种细菌也能够定植于肠道。抗生素治疗对肠道微生物群有深远的影响，这表明肠道很可能是耐药进化的“热点”。然而，我们在肠道中没有发现美罗培南治疗的临床或进化反应的证据，这可以解释为美罗培南在厌氧条件下对肠道腔的透过性差以及美罗培南的低毒性。鉴于此，我们的数据表明，肠道为铜绿假单胞菌提供了抵抗抗生素治疗的有效避难所。然而，肠道定植在铜绿假单胞菌感染生物学中的重要性仍不清楚。一方面，肠道定植可能只是一个死胡同。或者，不受抗生素治疗的肠道感染可以作为一个储存库，在新的位置(即肺、血流)或在新的宿主中建立感染。希望未来的研究将通过估计肠道种群对铜绿假单胞菌传播的重要性来解决这个问题。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-22814-9
