“我給你一個B計劃吧，不然畢不了業怎么辦？”
“延畢就延畢，我不要B計劃，只做A計劃。”
回憶起2016年開始做真菌性腦膜炎研究之初的情形，中國科學院微生物研究所（以下簡稱微生物所）研究員王琳淇仍清楚記得和學生陳磊之間的那次對話。
因為研究課題難，做導師的王琳淇“替學生考慮”想讓他做個輕松點的課題先畢業，但學生本著團隊一貫堅持的“寧要偉大的失敗，也不要廉價的成功”的原則，堅持挑戰難題。后來，陳磊果然因為這項研究，博士學位證書晚拿了兩年。
現在，他們經過7年多“長跑”終于撥云見日，發現了真菌腦膜炎的耐藥機制，找到了潛在針對性治療策略。相關研究1月16日發表于《自然—微生物》。
“這項研究極大地推動了領域的發展，在這些重要發現的基礎上將有可能開展轉化和臨床研究。”該刊一位審稿人說。
王琳淇團隊（王琳淇二排左五，陳磊二排左三）。受訪者供圖
揭開大腦內的“拔河比賽”
真菌性腦膜炎是最危險的一類真菌感染疾病，感染致死率達40%以上。新生隱球菌作為真菌性腦膜炎的頭號病原體，不僅會感染艾滋病等免疫缺陷患者，其易感人群還包括老年群體以及有基礎疾病的群體，每年在全球導致約18萬人死亡。
但應對這一真菌的手段卻極為有限，殺菌類藥物僅有兩性霉素B一種，感染病死率、臨床治療失敗和復發感染頻率高。
其致病機制究竟是什么？復發率為何居高不下？
2016年，王琳淇帶領團隊嘗試回答這一醫學難題。他們系統評價了約340種代謝物對兩性霉素B殺菌效果的影響，出乎意料地發現：葡萄糖竟然是關鍵影響因子。
人腦的葡萄糖濃度在各個器官中是最高的，用以提供能量。研究團隊在人腦脊液中去除和重新加入葡萄糖，結果證明葡萄糖會顯著誘導新生隱球菌對兩性霉素B的耐受能力。
“這背后的機制就像一場微型的‘拔河比賽’。”論文通訊作者王琳淇向《中國科學報》記者解釋，兩性霉素B主要通過結合真菌細胞膜中的麥角固醇對細胞進行“打孔”從而殺死細胞。葡萄糖就像“啦啦隊”，當外界葡萄糖濃度很高時，會讓真菌轉錄調控蛋白Mig1進入細胞核，促使真菌細胞產生更多的肌醇磷酸化神經酰胺（IPC），在細胞膜上與兩性霉素B“拔河”，以爭奪麥角固醇。
“IPC與麥角固醇的親和力比兩性霉素B更高，在拔河中‘力氣’更大，導致兩性霉素B無法有效結合麥角固醇，從而無法殺傷真菌細胞，導致耐藥的發生。”他說。
圖中展示的是一幅描繪拔河的中國畫。拔河是一種古老的對抗競賽，經過激烈角逐，強者獲勝。在真菌性腦膜炎期間，在葡萄糖（揮舞的旗幟）的作用下，肌醇磷酸甘油酰胺（臉部化妝的隊員）和兩性霉素 B（繩子另一端的隊員）在真菌質膜上爭奪麥角固醇（紅手絹），這一過程對于真菌細胞在藥物治療期間的存活至關重要。受訪者供圖
基于此，研究團隊首次證明了宿主體內存在表型耐藥。耐藥通常是由遺傳突變導致的，使病原體對藥物產生抗性。表型耐藥與遺傳突變無關，而是由條件或環境變化激發的。20多年來，科學家已經在體外條件下證實了真菌表型耐藥的存在，卻未找到體內真菌表型耐藥存在的關鍵證據。
“我們的研究表明，受體內宿主因素誘導的表型耐藥的影響，一旦停止用藥，存活的真菌細胞會進一步繁殖，導致治療失敗、復發感染。”論文第一作者陳磊說，宿主因素誘導的體內表型耐藥在真菌中或普遍存在，這將有助啟發科學界關注這一領域，并帶動應對真菌表型耐藥的藥物研發。
隱球菌性腦膜炎期間真菌質膜上的拉鋸戰。圖中大腦中葡萄糖（Glu）的存在會增加隱球菌質膜中肌醇磷酸化神經酰胺（IPC）的產生，這種分子與麥角固醇（Erg）的結合能力強于與兩性霉素 B（AmB）的結合能力，從而降低了 AmB 與真菌細胞結合的能力，限制了 AmB 治療隱球菌腦膜炎的療效。受訪者供圖
讓耐藥真菌不再“死灰復燃”
由于其耐藥性，新生隱球菌被世界衛生組織列入“優先真菌病原體名錄”的最高優先級之一。發現其致病機制只是第一步，降低腦部新生隱球菌對藥物的耐受水平，意味著需要打破大腦內的“拔河比賽”。
王琳淇與團隊將目標鎖定在能夠抑制IPC合成酶的藥物——金擔子素A。這種藥物能夠與兩性霉素B形成合力，限制IPC爭奪麥角固醇，從而有效消除葡萄糖誘導的真菌表型耐藥。
小鼠實驗表明，金擔子素A與兩性霉素B聯用，對于真菌腦膜炎的治愈率明顯優于臨床推薦的兩性霉素B-氟胞嘧啶治療策略。當治療周期為7天時，使用臨床推薦的治療方案時，試驗小鼠的大腦中仍然可以檢測到隱球菌的殘存。但采用新的治療方案后，有70%的小鼠大腦中的隱球菌被完全清除。
“兩性霉素B一直被認為是治療隱球菌性腦膜炎的最后一道防線，但這道防線可能會被真菌的表型耐藥突破。我們的研究筑牢了這道防線，可以讓真菌經過治療后不再死灰復燃。”王琳淇說。
與細菌和病毒不同，王琳淇表示，真菌和人類一樣，都屬于真核生物，有很多關鍵的分子機器高度相似，這使得很多對真菌有作用的藥物也會對人體產生細胞毒性。金擔子素A的一個優勢是其靶點只存在于真菌中，不存在于人體內，具有良好的宿主安全性。
但由于金擔子素A目前僅對少數真菌有效，臨床應用并不廣泛，新研究則有助為該藥物提供更廣泛的用武之地。
“研究團隊證明了兩性霉素B和金擔子素A的聯合使用在隱球菌性腦膜炎模型中的療效，為臨床治療新生隱球菌指明了潛在的新途徑，值得稱贊。”國際審稿人評價稱。
圖中顯示的是對殺真菌藥物兩性霉素 B（AmB，黃色）耐受性的三維示意圖，突出顯示了由于葡萄糖（深灰色）的存在，真菌質膜上肌醇磷酸化神經酰胺（IPC，淺藍色）的生成增加，IPC 是一種與麥角固醇（橙色）緊密結合的分子，導致 AmB 與真菌質膜的結合能力減弱。因此，AmB 的耐受性會提高。受訪者供圖
開辟真菌耐藥研究“新賽道”
隱球菌性腦膜炎進程中葡萄糖誘導的表型耐藥機制的揭示，意味著王琳淇團隊在國際上開辟出真菌體內表型耐藥研究的“新賽道”。
相關技術方法沒有“前車借鑒”，王琳淇和團隊就通過自主研發解決。為了去除人腦脊液樣本中的葡萄糖，他們開發出了原位酶解的方法，將葡萄糖含量降低以檢驗其能否驅動藥物耐受性；表型耐藥通常只有部分細胞會對藥物產生耐藥表征，他們就跟北京大學教授白凡合作，開發了異質性的單細胞評測手段；把大分子藥物遞送到大腦碰到困難，他們就與西南大學教授李翀團隊合作，開發出腦靶向脂質體包裹遞送機制。
回憶起7年的“長跑”，陳磊笑言：“雖然這條路沒有人走過，但我們對它非常有信心，做起來心勁非常足。王琳淇老師鼓勵我們自由探索，過程中的難題我們沒有特別放在心上，更多的是一步步驗證自己猜想的興奮。”
目前研究團隊正在嘗試把新的藥物聯用策略推進至臨床，以期望降低真菌性腦膜炎的病死率。“當前，真菌病風險監測和藥物研發迫在眉睫。”王琳淇對《中國科學報》說，相對于病毒和細菌研究，全球真菌研究起步較晚，上世紀90年代中期才開始規模化研究，這使得真菌研究領域底子薄，包括很多基本規律仍不清楚。
與此相對，全球真菌感染疾病種類和死亡人數正在增加。目前，全球每年因真菌病死亡的人數達到160萬~250萬人，與30年前相比提高了一個數量級。在我國，國家衛生健康委員會在2006年頒布的《人間傳染的病原微生物目錄》中包含59種真菌病原體，2023年這一數字上升到151種，增加了92種。
究其原因，王琳淇表示，全球變暖是一個重要影響因素。真菌喜歡在比較潮濕陰冷的條件下生長，溫度限制阻止了絕大多數真菌對人體的威脅，但全球變暖導致更多真菌能夠適應人體體溫。
在此背景下，世界衛生組織在2022年首次發布威脅人類健康的“真菌病原體清單”，以此呼吁全球提高對真菌感染防控和解決方案的重視。
真菌感染偏好免疫缺陷患者及老齡人口，我國人口基數較大，老齡化人數多，使得我國是真菌感染大國。2019年，我國建立了全國真菌病監測網，開始在國家層面對真菌病進行監測。
“環境來源的高風險真菌是近階段數量異常上升新真菌病原體的主要源頭，開展對該類真菌的前瞻性監測和主動防控，預計將幫助我們提前發現超過50%的潛在新真菌病原體并給出有效臨床防控方案。”王琳淇說。
作為真菌學與創新技術研究室主任，王琳淇告訴記者，目前該研究室正在醞釀“真菌暗病原計劃”，前瞻性評價環境真菌的感染風險、并建立針對性防控方案，以有效遏制未來新病原真菌產生的重大隱患。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41564-023-01561-1
陳磊 受訪者供圖
王琳淇。受訪者供圖
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