Fundamental Research|吴水林：中药材料学的治疗策略——茶纳米团簇作为β-内酰胺酶抑制剂治疗耐药细菌感染性肺炎

Fundamental Research 2022-12-31

Fundamental Research 2022年第2卷第3期封面

中药材料学的治疗策略：茶纳米团簇作为β-内酰胺酶抑制剂治疗耐药细菌感染性肺炎

关键词：中药材料学，茶纳米团簇，耐药菌感染性肺炎，抗生素增敏，生物功能材料

在医疗机构和社区，金黄色葡萄球菌是引起感染最常见的病原体之一。感染严重者可引起局部化脓性感染，如皮肤软组织化脓性感染；呼吸道感染和肺炎；消化道感染和全身血液系统感染，这已成为公共卫生的主要威胁。尤其是金葡菌肺炎，全世界每年有超过200万的5岁以下儿童死于该病，远远超过麻疹、疟疾和获得性免疫缺陷综合征的死亡人数总和。尽管肺炎影响全世界儿童的健康，但问题主要集中在发展中国家，例如非洲，亚洲和南美一些国家。常规抗生素在解决这个问题方面显示出巨大的潜力。然而，近年来，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）在内的多重耐药菌的出现和迅速蔓延，导致细菌性肺炎的治疗变得困难，因为这些细菌对几乎所有常规抗生素都不敏感。因此，常规抗生素已逐渐失效并面临淘汰。

天然产物因其可持续的特性和良好的生物安全性而成为了一种药物分子的宝贵来源。茶是消费的最广泛的饮料之一，自古以来，它就被视为中医学中的保健饮品。喝茶有许多健康益处，包括抗炎、抗氧化和抗病毒作用，以及预防心血管疾病和癌症。在这项研究中（图1），我们提出了一种新的中草药治疗策略，其中草药可以作为生物功能材料对疾病进行治疗。具体而言，采用简单的水热法制备茶纳米团簇（TNCs），通过“口袋封顶”效应抑制酶的活性。一旦TNCs与𝛽-内酰胺酶的蛋白质口袋结合，TNCs 就充当封盖（空间屏障）在活性残基和𝛽-内酰胺抗生素之间，阻碍活性残基和𝛽-内酰胺抗生素的结合。因此，𝛽-内酰胺类抗生素不会被𝛽-内酰胺酶水解。𝛽-内酰胺类抗生素能成功到达青霉素结合蛋白 (PBPs) 并抑制细菌细胞壁的合成，最终杀死细菌。采用局部吸入治疗小鼠肺炎，有效避免了药物利用率低和身体其他部位的毒副作用。实验小鼠恢复健康后，未观察到任何副作用。即使在仔猪等大型动物实验中，TNCs也没有表现出任何副作用。

鉴于TNCs的低成本和优异的生物安全性以及𝛽-内酰胺类抗生素在临床上的广泛应用，我们证明了这种TNCs增强𝛽-内酰胺类抗生素的策略在全球范围内以低医疗成本治疗MRSA感染的肺炎具有巨大潜力的同时保持了最佳治疗效果。

图1. 从茶中提取天然茶纳米团簇 (TNCs) 以抑制β-内酰胺酶。与小分子抑制剂通过与相应活性位点结合抑制酶的机制不同，TNCs作为帽子覆盖在β-内酰胺酶口袋上，在活性位点和抗生素之间形成空间屏障，称为“口袋封盖”效应。TNCs联合阿莫西林钠 (Amo) 治疗小鼠耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (MRSA) 肺炎。这种组合疗法在减少小鼠 MRSA 感染和相关炎症方面明显优于抗生素单一疗法并且表现出色的生物安全性。

以上内容节选自期刊Fundamental Research 2022年第3期发表的文章“Z. Zhou, J. Li, L. Tan, et al., Using tea nanoclusters as 𝛽-lactamase inhibitors to cure multidrug-resistant bacterial pneumonia: A promising therapeutic strategy by Chinese materioherbology, Fundamental Research 2(3)(2022) 496-504”。

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主要作者简介

吴水林 北京大学博雅特聘教授，博士研究生导师，曾先后任教于湖北大学及天津大学。主要研究方向包括医用金属、生物材料表面改性、光声微波等智能响应抗菌材料以及中药材料学用于致病菌及病毒导致的感染疾病的治疗及预防。以通讯/共同通讯作者身份在Chemical Society Reviews、Progress in Materials Science、Matter、Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials 等国际期刊上发表论文100余篇，授权发明专利30余件。所有论文被引用超过1万3千余次，H指数67(Google Scholar)。

周子傲 西湖大学在读博士研究生。本科就读于湖北大学，师从吴水林教授。主要从事伤口愈合和抗菌材料方面研究。本科就读期间以共同第一作者在Advanced Science、Advanced Healthcare Materials 上发表论文2篇。

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