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【摘要】 慢性鼻-鼻窦炎是耳鼻喉科的常见病，其发生为多因性，其中细菌生物膜在其发病机制中起重要的作用。本文对细菌生物膜的概念、致病机制及其与慢性鼻及鼻窦炎发病的关系做一综述。
【关键词】 细菌生物膜；鼻窦炎(Sinusitis)
近年来研究认为慢性鼻及鼻窦炎(Chronicrhinosinusitis，CRS)的发生为多因性，已知的病因包括变态反应、真菌感染、功能因素等，而细菌生物膜与CRS发病密切相关是近几年研究的重点和热点。本文现将细菌生物膜与CRS发病机制的相关性及治疗做一综述。
1 细菌生物膜的历史背景及概念
细菌生物膜（Bacteria1 Biofilm，BBF）是细菌在生长过程中为适应生存环境而形成的一种与浮游态细菌相对应的存在形式。1987年Costenont等［1］证明细菌在实体表面具有黏附性，而这种黏附性及结合的牢固程度与细菌的生化特征及惰性物体表面的理化特性有密切关系，于是提出BBF假说，随后利用激光共聚焦显微镜可观察到BBF由很多微菌落(microcolonies)组成，在这些微菌落内细菌发育成功能不同的有组织群体，微菌落可由单一菌种或多种微生物组成。1991年加拿大学者在研究生物膜结构的项目中，应用激光共聚焦扫描显微镜技术首次发现了BBF的三维结构，细菌在BBF中只占不足1/3，其余的部分均是细菌分泌的黏性物质［2］。2003年Costercon等提出BBF的定义：细菌自行集合的多细胞复合体，是一种原始的原核细胞生物的生存方式，由附着于惰性或活性实体表面的细菌形成具有一定空间构型的细菌群落，膜外被覆细菌自身产生的由多聚糖、核酸和蛋白质组成的粘液状细胞外多聚糖基质。
2 细菌生物膜类感染机制
探讨研究BBF致病的机制目的在于寻找出相应控制对策，以利于临床治疗。目前，人们发现BBF感染持续存在的原因有以下几方面。
2.1 BBF的耐药机制。BBF感染一般是慢性的，不只取决于膜中细菌具有相互转化的静止期和发作期，亦取决于BBF复杂的结构能适应内外环境的多样性变化以及对抗菌药物的耐药性。BBF通过独特的释放机制，表层释放细菌成为浮游细菌，可引起感染加重或急性发作。Anwar等研究结果显示，每毫升500g氧哌嗪青霉素与59妥布霉素可以完全杀灭浮游状态和早期生物膜中的细菌，而在同样药物剂量下，成熟期(10天)生物膜细菌数目仅降低大约20％。有证据显示，细菌从生物膜中释放是一个生物膜内细菌群体调控的自然程序性脱离模式。如果宿主防御机制和抗微生物制剂不能消除慢性生物膜感染，那么它就成为体内急性感染发病的“ 细菌孵化所”(niduses) 。
2.2 以BBF方式生长并发挥细菌密度感应系统的作用。细菌群体感应指的是细菌细胞与细胞之间的信息交流以及控制这种交流的机制。革兰氏阳性细菌主要采用小分子多肽，而革兰氏阴性细菌则使用小分子酯类作为信息交流分子。目前研究比较多的是革兰氏阴性细菌的群体感应系统。大多数革兰氏阴性细菌使用酰化高丝氨酸内酯分子作为进行细胞间信息交流的介质。在从浮游状态向BBF转化过程中，细菌密度感应系统实际上控制着菌细胞之间的信息交流，当细菌的密度较低时AHL分子的浓度达不到阈值，细菌处于无组织的分散状态；当细菌繁殖到一定密度时，AHL分子达到阈值，细菌密度感应系统被激活，控制并协调整个细菌群体的行为，共同对周围环境的刺激做出反应。细菌呈高密度时，由于细菌密度感应系统的激活导致细菌毒力骤然增强，便容易抑制机体的免疫系统而建立感染棒。
2.3 生物膜抗药基因的表达。Wlliteley等研究发现了一些与BBF耐药性有关的基因，铜绿假单胞菌生物膜中t01A基因高度表达，而t01A基因的产物会影响脂多糖的结构，使得氨基糖苷类药物与细菌外膜的结合能力下降；在生物膜中细胞色素C氧化酶基因被抑制，细胞色素C氧化酶是细胞需氧呼吸的电子传递体，其抑制同样有助于降低细菌对氨基糖苷类药物的敏感性。不少研究还证明在抗生素浓度较低的情况下，多药耐药泵基因的表达也是BBF耐药的原因之一。目前发现的与生物膜耐药性有关的基因还有hipAB、vlzcS、mar、sulA和relA等。近年研究还显示，BBF的发育成熟及裂解是受一系列信号传递系统的基因调控的，这个系统由细胞问信号分子如高丝氨酸内酯等参与其中的信号传递过程，依赖密度调节感应并作出相应反应，即密度感应系统(quorum sensing system)。
2.4 BBF影响宿主的免疫功能，可产生免疫逃逸作用。体外实验表明细菌形成生物膜后对宿主的免疫功能是有影响的。Jensen等通过化学发光分析法测定人血中性粒细胞与生物被膜中的铜绿假单胞菌的反应，结果表明生物被膜中的铜绿假单胞菌有激活人血液中性粒细胞氧化爆发反应的能力，但这种激发能力仅相当于浮游菌激发反应能力的25％。此外，中性粒细胞与生物被膜菌的反应速度比浮游菌慢，生物被膜菌激活补体的能力亦降低。
3 BBF与CRS发病的相关性
据美国疾病预防与控制中心的专家估计，65％以上的人类细菌感染与生物膜有关。近年来国外研究人员对BBF与CRS发病相关性做了较为深入的研究。Perloff和Palmer研究已做过功能性鼻内镜手术的6例CRS患者，通过扫描电子显微镜方法观察额窦黏膜标本结果发现，6例患者的额窦黏膜均有BBF存在的证据，而且6例患者中5例细菌培养为金黄色葡萄球菌，BBF的识别是通过多糖-蛋白质复合物、水通道及三维立体结构。Ramadan等对5例CRS患者的鼻内镜手术标本包裹的细菌群落组成的BBF进行研究，2例未发现BBF的患者1例为非细菌感染，为变应性真菌性鼻窦炎，1例为厌氧菌感(筛泡粘膜)，进行扫描电镜观察均发现黏膜表面存在BBF，为葡萄球菌属及未知菌。5例均表现出黏膜表面异常，其严重程度不等，可见纤毛排列紊乱或纤毛和杯状细胞完全缺失，所有标本拭子常规细菌培养呈阳性。Ferquson和Stolz用发射电子显微镜观察4例CRS患者，结果证实在2例患者中存在被无活性的细胞膜多糖-蛋白质复合物染，格兰式染色阴性。存在BBF的2例患者培养均为铜绿假单胞菌，其铜绿假单胞菌细菌生物膜上有多糖-蛋白质复合物，而培养皿上72小时均未发现多糖-蛋白质复合物。存在BBF的2例患者根据药敏抗生素治疗、局部类固醇和鼻冲洗治疗效果不佳，因此认为单用抗生素难以控制BBF。国内的研究也日益增多，张孜等报告的细菌生物膜的阳性为80%左右，徐瑞龙等的研究阳性率为71.1%，并且可以观察到黏膜纤毛不同程度的损伤，在生物膜阳性的样本中，细菌培养阳性率为66.7％，细菌生物膜与细菌培养间具有正相关性。这一现象提示：(1)细菌生物膜在CRS的发病机制中起重要作用；(2)损伤后的鼻窦黏膜可能是细菌生物膜形成的良好介质。
4 BBF对CRS治疗的影响
目前的研究已经发现BBF与CRS发病密切相关，它对抗菌药物有极强的耐药性，是许多慢性感染性疾病反复发作和难以控制的主要原因。通过深入研究BBF的致病机制，寻找BBF早期检测方法和合理的治疗方案是未来的研究方向。现在对生物膜的治疗可在不同阶段阻断其形成：①在浮游细菌黏附材料表面阶段，可改变材料表面结构或结合分子物质，阻断细菌黏附或杀死浮游细菌；②在细菌聚集分泌基质阶段，干扰基质产生；③在细菌间信号传递并组成微菌落时，可用信号阻断剂阻断信号产生和传递；④在生物膜形成、膜内化学环境和代谢浓度改变时，可用多种抗生素或消毒剂阻断细菌生存方式的改变；⑤在生物膜成熟后，可诱导细菌脱离生物膜，按浮游细菌的方法杀灭细菌；⑥术后联合使用抗生素，并适当延长抗生素使用时间。因此CRS治疗还应是综合性治疗，概括的说，就是内科药物治疗（包括合理恰当地使用抗生素和鼻内糖皮质激素）和外科手术治疗的和谐统一。尽管目前还不能确切阐明生物膜在CRS发病机制中的作用，但生物膜的发现对于CRS的长期性和抗生素耐药性的解释无疑是一个进步。
参考文献
［1］Costerton JW，Cheng KJ，Geesey GG，et a1．Bacterial biofilms in nature and disease.Annu Rev Microbiol，1987.41：435—464．
［2］范维珂，冉隆华.与生物膜作斗争.科学，1991，57(10)：58—63
【关键词】 细菌生物膜；鼻窦炎(Sinusitis)
近年来研究认为慢性鼻及鼻窦炎(Chronicrhinosinusitis，CRS)的发生为多因性，已知的病因包括变态反应、真菌感染、功能因素等，而细菌生物膜与CRS发病密切相关是近几年研究的重点和热点。本文现将细菌生物膜与CRS发病机制的相关性及治疗做一综述。
1 细菌生物膜的历史背景及概念
细菌生物膜（Bacteria1 Biofilm，BBF）是细菌在生长过程中为适应生存环境而形成的一种与浮游态细菌相对应的存在形式。1987年Costenont等［1］证明细菌在实体表面具有黏附性，而这种黏附性及结合的牢固程度与细菌的生化特征及惰性物体表面的理化特性有密切关系，于是提出BBF假说，随后利用激光共聚焦显微镜可观察到BBF由很多微菌落(microcolonies)组成，在这些微菌落内细菌发育成功能不同的有组织群体，微菌落可由单一菌种或多种微生物组成。1991年加拿大学者在研究生物膜结构的项目中，应用激光共聚焦扫描显微镜技术首次发现了BBF的三维结构，细菌在BBF中只占不足1/3，其余的部分均是细菌分泌的黏性物质［2］。2003年Costercon等提出BBF的定义：细菌自行集合的多细胞复合体，是一种原始的原核细胞生物的生存方式，由附着于惰性或活性实体表面的细菌形成具有一定空间构型的细菌群落，膜外被覆细菌自身产生的由多聚糖、核酸和蛋白质组成的粘液状细胞外多聚糖基质。
2 细菌生物膜类感染机制
探讨研究BBF致病的机制目的在于寻找出相应控制对策，以利于临床治疗。目前，人们发现BBF感染持续存在的原因有以下几方面。
2.1 BBF的耐药机制。BBF感染一般是慢性的，不只取决于膜中细菌具有相互转化的静止期和发作期，亦取决于BBF复杂的结构能适应内外环境的多样性变化以及对抗菌药物的耐药性。BBF通过独特的释放机制，表层释放细菌成为浮游细菌，可引起感染加重或急性发作。Anwar等研究结果显示，每毫升500g氧哌嗪青霉素与59妥布霉素可以完全杀灭浮游状态和早期生物膜中的细菌，而在同样药物剂量下，成熟期(10天)生物膜细菌数目仅降低大约20％。有证据显示，细菌从生物膜中释放是一个生物膜内细菌群体调控的自然程序性脱离模式。如果宿主防御机制和抗微生物制剂不能消除慢性生物膜感染，那么它就成为体内急性感染发病的“ 细菌孵化所”(niduses) 。
2.2 以BBF方式生长并发挥细菌密度感应系统的作用。细菌群体感应指的是细菌细胞与细胞之间的信息交流以及控制这种交流的机制。革兰氏阳性细菌主要采用小分子多肽，而革兰氏阴性细菌则使用小分子酯类作为信息交流分子。目前研究比较多的是革兰氏阴性细菌的群体感应系统。大多数革兰氏阴性细菌使用酰化高丝氨酸内酯分子作为进行细胞间信息交流的介质。在从浮游状态向BBF转化过程中，细菌密度感应系统实际上控制着菌细胞之间的信息交流，当细菌的密度较低时AHL分子的浓度达不到阈值，细菌处于无组织的分散状态；当细菌繁殖到一定密度时，AHL分子达到阈值，细菌密度感应系统被激活，控制并协调整个细菌群体的行为，共同对周围环境的刺激做出反应。细菌呈高密度时，由于细菌密度感应系统的激活导致细菌毒力骤然增强，便容易抑制机体的免疫系统而建立感染棒。
2.3 生物膜抗药基因的表达。Wlliteley等研究发现了一些与BBF耐药性有关的基因，铜绿假单胞菌生物膜中t01A基因高度表达，而t01A基因的产物会影响脂多糖的结构，使得氨基糖苷类药物与细菌外膜的结合能力下降；在生物膜中细胞色素C氧化酶基因被抑制，细胞色素C氧化酶是细胞需氧呼吸的电子传递体，其抑制同样有助于降低细菌对氨基糖苷类药物的敏感性。不少研究还证明在抗生素浓度较低的情况下，多药耐药泵基因的表达也是BBF耐药的原因之一。目前发现的与生物膜耐药性有关的基因还有hipAB、vlzcS、mar、sulA和relA等。近年研究还显示，BBF的发育成熟及裂解是受一系列信号传递系统的基因调控的，这个系统由细胞问信号分子如高丝氨酸内酯等参与其中的信号传递过程，依赖密度调节感应并作出相应反应，即密度感应系统(quorum sensing system)。
2.4 BBF影响宿主的免疫功能，可产生免疫逃逸作用。体外实验表明细菌形成生物膜后对宿主的免疫功能是有影响的。Jensen等通过化学发光分析法测定人血中性粒细胞与生物被膜中的铜绿假单胞菌的反应，结果表明生物被膜中的铜绿假单胞菌有激活人血液中性粒细胞氧化爆发反应的能力，但这种激发能力仅相当于浮游菌激发反应能力的25％。此外，中性粒细胞与生物被膜菌的反应速度比浮游菌慢，生物被膜菌激活补体的能力亦降低。
3 BBF与CRS发病的相关性
据美国疾病预防与控制中心的专家估计，65％以上的人类细菌感染与生物膜有关。近年来国外研究人员对BBF与CRS发病相关性做了较为深入的研究。Perloff和Palmer研究已做过功能性鼻内镜手术的6例CRS患者，通过扫描电子显微镜方法观察额窦黏膜标本结果发现，6例患者的额窦黏膜均有BBF存在的证据，而且6例患者中5例细菌培养为金黄色葡萄球菌，BBF的识别是通过多糖-蛋白质复合物、水通道及三维立体结构。Ramadan等对5例CRS患者的鼻内镜手术标本包裹的细菌群落组成的BBF进行研究，2例未发现BBF的患者1例为非细菌感染，为变应性真菌性鼻窦炎，1例为厌氧菌感(筛泡粘膜)，进行扫描电镜观察均发现黏膜表面存在BBF，为葡萄球菌属及未知菌。5例均表现出黏膜表面异常，其严重程度不等，可见纤毛排列紊乱或纤毛和杯状细胞完全缺失，所有标本拭子常规细菌培养呈阳性。Ferquson和Stolz用发射电子显微镜观察4例CRS患者，结果证实在2例患者中存在被无活性的细胞膜多糖-蛋白质复合物染，格兰式染色阴性。存在BBF的2例患者培养均为铜绿假单胞菌，其铜绿假单胞菌细菌生物膜上有多糖-蛋白质复合物，而培养皿上72小时均未发现多糖-蛋白质复合物。存在BBF的2例患者根据药敏抗生素治疗、局部类固醇和鼻冲洗治疗效果不佳，因此认为单用抗生素难以控制BBF。国内的研究也日益增多，张孜等报告的细菌生物膜的阳性为80%左右，徐瑞龙等的研究阳性率为71.1%，并且可以观察到黏膜纤毛不同程度的损伤，在生物膜阳性的样本中，细菌培养阳性率为66.7％，细菌生物膜与细菌培养间具有正相关性。这一现象提示：(1)细菌生物膜在CRS的发病机制中起重要作用；(2)损伤后的鼻窦黏膜可能是细菌生物膜形成的良好介质。
4 BBF对CRS治疗的影响
目前的研究已经发现BBF与CRS发病密切相关，它对抗菌药物有极强的耐药性，是许多慢性感染性疾病反复发作和难以控制的主要原因。通过深入研究BBF的致病机制，寻找BBF早期检测方法和合理的治疗方案是未来的研究方向。现在对生物膜的治疗可在不同阶段阻断其形成：①在浮游细菌黏附材料表面阶段，可改变材料表面结构或结合分子物质，阻断细菌黏附或杀死浮游细菌；②在细菌聚集分泌基质阶段，干扰基质产生；③在细菌间信号传递并组成微菌落时，可用信号阻断剂阻断信号产生和传递；④在生物膜形成、膜内化学环境和代谢浓度改变时，可用多种抗生素或消毒剂阻断细菌生存方式的改变；⑤在生物膜成熟后，可诱导细菌脱离生物膜，按浮游细菌的方法杀灭细菌；⑥术后联合使用抗生素，并适当延长抗生素使用时间。因此CRS治疗还应是综合性治疗，概括的说，就是内科药物治疗（包括合理恰当地使用抗生素和鼻内糖皮质激素）和外科手术治疗的和谐统一。尽管目前还不能确切阐明生物膜在CRS发病机制中的作用，但生物膜的发现对于CRS的长期性和抗生素耐药性的解释无疑是一个进步。
参考文献
［1］Costerton JW，Cheng KJ，Geesey GG，et a1．Bacterial biofilms in nature and disease.Annu Rev Microbiol，1987.41：435—464．
［2］范维珂，冉隆华.与生物膜作斗争.科学，1991，57(10)：58—63