肽聚糖是細菌細胞壁中的重要成分，在維持細菌細胞結構完整性、刺激機體免疫應答和抗感染等方面發揮著重要作用。肽聚糖循環是細菌細胞生長和繁殖不可或缺的過程。近年來，有研究報道肽聚糖循環與細菌耐藥性發生發展有著較為密切的聯系，特別是與 β-內酰胺類抗菌藥物抗菌活性關系極為密切。該文結合相關文獻，綜述了肽聚糖循環與抗菌藥物耐藥性的聯系，并以結核分枝桿菌和銅綠假單胞菌等為例介紹了肽聚糖循環與抗菌藥物耐藥性之間的關系，以促進細菌耐藥機制的認識，為研發新的抗菌藥物提供潛在靶點。
引用本文： 楊向貴, 許穎. 肽聚糖循環與細菌耐藥性的聯系. 華西醫學, 2020, 35(8): 999-1003. doi: 10.7507/1002-0179.202006365 復制
肽聚糖又稱黏肽，是細菌細胞壁的重要組成部分之一，在維持細菌細胞形態、結構和功能完整性方面起著至關重要的作用。肽聚糖循環即細菌在增殖分裂過程中為了節省能量和營養物質將肽聚糖水解后的短肽類分子重新用于合成肽聚糖的過程[1]。由于細菌的生存依賴于細胞壁中的肽聚糖，因此它成為諸多抗菌藥物的選擇性靶標。近年來一些研究發現，肽聚糖的循環可能與細菌的耐藥性密切相關[2-4]。本綜述結合相關文獻，闡述肽聚糖循環與抗菌藥物耐藥性的聯系，以加深對細菌耐藥機制發生發展過程的認識，提高抗菌藥物的使用效能。
1 肽聚糖
1.1 肽聚糖的結構
肽聚糖是由聚糖骨架和短肽類分子（包括四肽和五肽）交聯聚合而形成的多層網狀大分子結構[5]。革蘭陽性菌的肽聚糖組成主要有聚糖骨架、四肽側鏈和五肽交聯橋，而革蘭陰性菌的肽聚糖則主要由聚糖骨架和四肽側鏈構成[5-6]。革蘭陽性菌和革蘭陰性菌的聚糖骨架在組成和結構上是相同的，均由 N-乙酰葡糖胺和 N-乙酰胞壁酸交替間隔排列而形成，但革蘭陽性菌中的肽聚糖含量要遠遠高于革蘭陰性菌[7]。目前，已發現的肽聚糖類型多達 100 種，其中不同類型的肽聚糖主要表現在四肽側鏈的連接方式不同[5]。
1.2 肽聚糖的功能
當前，關于肽聚糖的免疫活性和抗癌作用的研究較為廣泛[8-9]。在免疫活性方面，研究發現肽聚糖是一種免疫增強劑，當它進入人體免疫系統后，宿主可通過識別其結構來釋放免疫調控物質，促使機體作出相應免疫應答[10]。另外，研究還發現肽聚糖也是一種有效的抗癌物質，乳酸桿菌肽聚糖能激活巨噬細胞與淋巴細胞，提高免疫球蛋白水平以增強機體抗腫瘤免疫應答的強度，進而達到抑制或殺死癌細胞的目的。除了免疫增強劑和抗癌作用外，肽聚糖還在抗感染治療和新陳代謝等方面發揮主要作用[11]。
2 肽聚糖循環
2.1 肽聚糖合成
肽聚糖的合成主要分為細胞質合成、細胞膜合成和細胞膜外合成 3 個階段 [12]。營養物質（如葡萄糖）經吸收后，首先在細胞質中合成前體分子尿苷二磷酸（uridine diphosphate，UDP）-N-乙酰葡糖胺和 UDP-N-乙酰胞壁酸（五肽類分子），該五肽類分子的氨基酸組成較特異，其分子中具有其他物種罕見的 D-型氨基酸和內消旋氨基酸，在革蘭陰性菌中該五肽多為 L-Ala-D-Glu-meso-A2pm-D-Ala-D-Ala，但在革蘭陽性菌中多為 L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala-D-Ala（其中 Ala 代表丙氨酸，Glu 代表谷氨酸，Lys 代表賴氨酸；L 代表左旋型氨基酸，D 代表右旋型氨基酸，meso 代表內消旋氨基酸）。由于 UDP-N-乙酰胞壁酸是親水性的，所以必須借助脂質載體才能被運輸到膜外細胞壁上，該脂質載體為十一碳二烯磷酸酯，是一類萜醇，UDP-N-乙酰胞壁酸與萜醇在胞壁質合成酶 MurY 的催化作用下，以共價鍵結合形成萜醇-單糖肽，萜醇-單糖肽與 N-乙酰葡糖胺在胞壁質催化酶 MraG 的催化作用下合成萜醇-二糖肽，然后在膜轉移酶 MurJ 的作用下，萜醇-二糖肽被運輸到細菌的周質中[13-14]。在細胞膜外，已解離的肽聚糖單體在轉糖基酶的作用下發生糖基轉移，2 個肽聚糖單體之間的 N-乙酰葡糖胺和 N-乙酰胞壁酸以 β-（1，4）-糖苷鍵結合形成雙糖單位，最后通過轉肽酶的作用，使前后 2 條多肽鏈形成甘氨酸五肽“橋”，并進一步交聯，形成肽聚糖[13]。
2.2 肽聚糖的分解
肽聚糖雖能保持細胞的完整性，但在一定程度上也抑制了細胞的生長。因此，肽聚糖的水解在細胞的生長和分裂過程中是必不可少的[15]。在生理條件下，細菌肽聚糖的合成與水解一直處于一個動態平衡狀態[14]。肽聚糖水解首先需要裂解糖基轉移酶（lytic transglycosylase，LT）負責切割肽聚糖的糖鏈；其次還需內肽酶和羧肽酶的參與，內肽酶切割交聯橋上的肽鍵，羧肽酶則切割短肽末端的氨基酸，使短肽之間的交聯水解；最后，由 N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸酰胺酶切割 N-乙酰胞壁酸與短肽 N 端 L-Ala 間的酰胺鍵，使短肽與糖鏈分離[16]。
2.3 肽聚糖循環
為了減少能量的損耗和盡可能地節約原料，細菌將肽聚糖水解后的小分子糖肽，經由內膜通透酶 AmpG 轉運回細胞內（AmpG 是運輸這些肽聚糖的主要通透酶，除能轉運肽聚糖片段以外還能調控 C 類 β-內酰胺酶 AmpC 的表達[14]），隨后，在細胞內的 1，6-無水胞壁肽被 N-乙酰酰胺酶 AmpD 水解為短肽和 1，6-無水胞壁酸，胞壁肽上的 N-乙酰氨基葡糖被 β-乙酰氨基葡糖糖苷酶（β-N-acetylglucosaminidase，NagZ）解離，產生脫水的 N-乙酰胞壁酸，該物質能誘導產生 AmpC β-內酰胺酶，而 1，6-無水-N-乙酰胞壁酸脂四肽在胞壁質羧肽酶（murein L，D-carboxypeptidase，LdcA）的作用下轉化為 1，6-無水-N-乙酰胞壁酸脂三肽，進而重新參與合成肽聚糖，即肽聚糖循環[14]。肽聚糖循環是一種多酶類參與的復雜生化過程，除了上述的 AmpG、AmpD、LdcA 外，還有 LT 外切酶（主要負責肽聚糖降解再利用）、肽聚糖轉糖苷酶 RlpA（裂解肽聚糖）、內肽酶（切割交聯橋上肽鍵）和羧肽酶（負責切除短肽末端的氨基酸）等關鍵酶的參與，而這些酶在參與完成肽聚糖循環的同時，對細菌的耐藥性和機體的免疫應答也產生一定的影響。
3 肽聚糖循環的作用
3.1 肽聚糖循環中的內肽酶和 dd-羧肽酶在先天免疫應答中的作用
肽聚糖具有很強的免疫原性，可以在細菌感染時引發機體先天性免疫反應[17]。以巨噬細胞為首的宿主吞噬細胞在這些細菌病原體誘發的先天性免疫反應中起主要作用，參與肽聚糖循環的低分子青霉素結合蛋白（penicillin-binding protein，PBP）可產生能激活先天性免疫應答的肽聚糖片段[18]。為了研究這些蛋白如何在體內誘發或逃避免疫作用，研究人員以大腸桿菌為研究對象進行了試驗，他們從大腸桿菌中刪除內肽酶和 dd-羧肽酶，并研究了這些突變體在巨噬細胞中的生存能力，結果發現：在感染了 dd-羧肽酶突變體的巨噬細胞中，免疫應答增強；在感染了內肽酶突變體的巨噬細胞中，免疫應答則降低；但在感染了 2 種突變體的巨噬細胞中免疫反應亦明顯增強[18-19]。可以發現，內肽酶具有引起或增強免疫反應的作用，但其作用可能被 dd-羧肽酶抑制了。因此可以推斷，內肽酶和 dd-羧肽酶在野生型細胞中的作用可能是互相牽制的，使總體保持低免疫活性以有利于細菌逃避宿主先天性免疫反應[18]。
3.2 肽聚糖循環與細菌耐藥性
隨著近年來抗菌藥物的大規模使用，細菌耐藥問題日趨嚴重，這不僅大大降低了抗菌藥物的使用效能，還為臨床治療細菌感染帶來了極大挑戰。因此，研究并克服細菌耐藥問題對臨床來說至關重要。有研究發現，細菌細胞壁上的肽聚糖循環通路可能成為新一代抗菌藥物研發的潛在靶點[4, 20]。
目前使用的大部分抗菌藥物的作用位點靶向于細菌細胞壁，如 β-內酰胺類抗菌藥物，它是目前應用最廣的一類抗菌藥物，能與轉肽酶的活性中心結合，使肽橋的形成受阻，以致肽聚糖無法正常交聯，阻止肽聚糖的合成，從而達到抑菌的目的[21]。但是也有研究發現，在某些革蘭陰性菌（如銅綠假單胞菌和陰溝腸桿菌）中，亞抑菌濃度的 β-內酰胺類抗菌藥物（如頭孢西丁和亞胺培南）可誘導其耐藥性增強，而這種耐藥性的改變與肽聚糖的循環密切相關[22-23]。在奧內達希瓦菌中，與青霉素耐藥性有關的 β-內酰胺酶主要是 Ambler 分類中的 A 類酶，該酶受 PBP 和 LT 的調節，將 PBP1a 及其伴侶蛋白的編碼基因敲除后，該菌產生很強的耐藥性[24]。將肽聚糖循環中的裂解性糖基轉移酶 SltY、MltB1 或者 MltB2 敲除后，該菌對青霉素的耐受性也明顯增加[24]。
為了進一步證實肽聚糖循環與抗菌藥物耐藥性之間的聯系，下面將以結核分枝桿菌和銅綠假單胞菌為例進行闡述。
3.2.1 結核分枝桿菌對 D-環絲氨酸的耐藥
D-環絲氨酸是 D-丙氨酸的結構類似物，常用于多重耐藥和泛耐藥結核分枝桿菌感染的治療，且與其他藥物無交叉耐藥性[25]。Ald、Alr 和 ddlA 基因分別編碼 L-丙氨酸脫氫酶、丙氨酸消旋酶和 D-Ala-D-Ala 連接酶，并參與結核分枝桿菌細胞壁的形成，在還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的參與下，L-丙氨酸脫氫酶催化丙酮酸轉化為 L-丙氨酸，L-丙氨酸通過丙氨酸消旋酶轉換為 D-丙氨酸，2 個 D-丙氨酸分子通過 D-Ala-D-Ala 連接酶連接成二肽，并形成細胞壁的肽聚糖肽鏈，D-環絲氨酸通過抑制 L-丙氨酸脫氫酶、D-丙氨酸的消旋酶和 D-Ala-D-Ala 連接酶達到阻礙肽聚糖的合成和肽聚糖循環的目的，進而使結核分枝桿菌的細胞壁缺損[26-27]。盡管 D-環絲氨酸對結核分枝桿菌治療十分重要，但最近有研究發現，多重耐藥和泛耐藥的結核分枝桿菌菌株中出現了 D-環絲氨酸耐藥的突變株[28-29]，其耐藥機制主要為 Alr 基因和 ddlA 基因的高表達[30-31]和 Ald 基因的低表達[28]，基于此現狀，臨床上一直在尋找 D-環絲氨酸的可替代治療方法來更好地對抗結核分枝桿菌，如嘗試使用 β-內酰胺類藥物[32]。
3.2.2 結核分枝桿菌對 β-內酰胺類的耐藥
PBP 與 LT 均可促進肽聚糖肽鍵的形成，但所形成的肽鍵有所不同。在分枝桿菌中，LT 所形成的肽鍵占比遠高于 PBP 所形成的肽鍵[33]，而大多 β-內酰胺類藥物只能抑制 PBP 的形成而無法抑制 LT，此外 β-內酰胺酶的存在也使分枝桿菌對大多數的 β-內酰胺類藥物耐藥[34]。最近，有諸多研究報道碳青霉烯類可用于治療多重耐藥結核分枝桿菌引起的感染性疾病[35-38]。
碳青霉烯類是 β-內酰胺類中獨特的一種，他們不但能抑制 PBP 形成，同時還能抑制 LT 合成，另外它們還能抵抗超廣譜 β-內酰胺酶、染色體及質粒介導的 AmpC 酶的水解活性[39]。因此這類藥物抵抗結核分枝桿菌的主要機制為抑制肽聚糖循環所需要的各種酶（如 LT），除此之外，碳青霉烯與其他藥物聯合使用可協同抵抗分枝桿菌，如碳青霉烯和利福平聯合使用可極大提高其抗結核分枝桿菌的效能[36]，這些研究表明碳青霉烯類抗菌藥物可能成為將來治療結核分枝桿菌的常規用藥，同時，破壞分枝桿菌的肽聚糖循環、抑制其肽聚糖形成有望成為解決其耐藥性的關鍵靶點。
3.2.3 銅綠假單胞菌的耐藥性
銅綠假單胞菌是引起醫院獲得性感染的較常見的機會致病菌，由于其低通透性的外膜、高效的藥物排出泵以及染色體介導的 AmpC β-內酰胺酶的表達[40-41]，其對抗菌藥物具有較高的耐藥性，給臨床抗感染工作帶來了較大困難。在過去的 10 年中，研究已證明，在銅綠假單胞菌中，用 Cyclophellitol（一種 NagZ 抑制劑）抑制 NagZ（一種肽聚糖循環中的關鍵酶）可以減弱 AmpC 介導的耐藥性，并且這種抑制劑已經進入臨床試驗階段，并有望成為治療多重耐藥菌的有力“武器”[42-43]。
為進一步證實肽聚糖循環對細菌耐藥性的影響，研究人員利用小鼠進行實驗以驗證銅綠假單胞菌的肽聚糖循環是否在體內影響 AmpC 介導的 β-內酰胺抗性和毒力[44]。首先研究人員將銅綠假單胞菌的 nagZ 和 ampG（肽聚糖循環中一種重要酶）基因敲除，此基因敲除菌作為肽聚糖受干擾組，然后用肽聚糖受干擾的銅綠假單胞菌和野生型銅綠假單胞菌進行小鼠體內實驗，研究結果顯示，與野生型銅綠假單胞菌相比，肽聚糖循環受干擾的銅綠假單胞的毒力和耐藥性明顯降低，并且肽聚糖循環受干擾的銅綠假單胞菌在小鼠肺部沉積量明顯減少，因全身感染所致的死亡率明顯降低[44]。因此，抑制肽聚糖的循環能削弱銅綠假單胞菌對抗菌藥物的耐藥性并降低其毒力，提高抗菌藥物的體內治療效果。
4 結語
肽聚糖循環是細胞壁發揮其生理功能，保證細胞結構完整性的重要過程，同時也在細胞的生長和分裂中起著重要作用。除這些基礎的作用以外，肽聚糖還與細菌耐藥性的發生發展有著密不可分的聯系。抗菌藥物的過度利用是導致抗菌藥物耐藥性發生的主要原因，是危害公共健康的主要原因之一[45-46]，故解決這一問題刻不容緩。
各種參與肽聚糖循環酶類和水解抗菌藥物酶（如 β-內酰胺酶）的存在，使結核分枝桿菌和銅綠假單胞菌等細菌對抗菌藥物產生了較強的耐藥性[34, 47]。在解決結核分枝桿菌耐藥性的研究中發現，靶向結核分枝桿菌肽聚糖的合成和降解可以作為抗結核病治療中的替代方案[48-50]。此外，更有研究表明，轉肽酶抑制劑（如碳青霉烯類或糖肽類抗菌藥物）與其他細胞壁抑制劑聯合應用能明顯抑制細胞壁的合成，提高抗菌藥物使用效能[51-52]。故以分枝桿菌為例我們發現，可以通過抑制細菌肽聚糖循環中所參與的各種酶類，進而抑制肽聚糖的循環以解決結核分枝桿菌的耐藥性問題。肽聚糖對細菌細胞壁具有良好的保護作用并且人體中不含肽聚糖，因此肽聚糖循環是應對抗菌藥物耐藥性的重要作用靶點，在今后的研究中可以以此為靶標研制抗菌藥物佐劑或新型抗菌藥物。
肽聚糖又稱黏肽，是細菌細胞壁的重要組成部分之一，在維持細菌細胞形態、結構和功能完整性方面起著至關重要的作用。肽聚糖循環即細菌在增殖分裂過程中為了節省能量和營養物質將肽聚糖水解后的短肽類分子重新用于合成肽聚糖的過程[1]。由于細菌的生存依賴于細胞壁中的肽聚糖，因此它成為諸多抗菌藥物的選擇性靶標。近年來一些研究發現，肽聚糖的循環可能與細菌的耐藥性密切相關[2-4]。本綜述結合相關文獻，闡述肽聚糖循環與抗菌藥物耐藥性的聯系，以加深對細菌耐藥機制發生發展過程的認識，提高抗菌藥物的使用效能。
1 肽聚糖
1.1 肽聚糖的結構
肽聚糖是由聚糖骨架和短肽類分子（包括四肽和五肽）交聯聚合而形成的多層網狀大分子結構[5]。革蘭陽性菌的肽聚糖組成主要有聚糖骨架、四肽側鏈和五肽交聯橋，而革蘭陰性菌的肽聚糖則主要由聚糖骨架和四肽側鏈構成[5-6]。革蘭陽性菌和革蘭陰性菌的聚糖骨架在組成和結構上是相同的，均由 N-乙酰葡糖胺和 N-乙酰胞壁酸交替間隔排列而形成，但革蘭陽性菌中的肽聚糖含量要遠遠高于革蘭陰性菌[7]。目前，已發現的肽聚糖類型多達 100 種，其中不同類型的肽聚糖主要表現在四肽側鏈的連接方式不同[5]。
1.2 肽聚糖的功能
當前，關于肽聚糖的免疫活性和抗癌作用的研究較為廣泛[8-9]。在免疫活性方面，研究發現肽聚糖是一種免疫增強劑，當它進入人體免疫系統后，宿主可通過識別其結構來釋放免疫調控物質，促使機體作出相應免疫應答[10]。另外，研究還發現肽聚糖也是一種有效的抗癌物質，乳酸桿菌肽聚糖能激活巨噬細胞與淋巴細胞，提高免疫球蛋白水平以增強機體抗腫瘤免疫應答的強度，進而達到抑制或殺死癌細胞的目的。除了免疫增強劑和抗癌作用外，肽聚糖還在抗感染治療和新陳代謝等方面發揮主要作用[11]。
2 肽聚糖循環
2.1 肽聚糖合成
肽聚糖的合成主要分為細胞質合成、細胞膜合成和細胞膜外合成 3 個階段 [12]。營養物質（如葡萄糖）經吸收后，首先在細胞質中合成前體分子尿苷二磷酸（uridine diphosphate，UDP）-N-乙酰葡糖胺和 UDP-N-乙酰胞壁酸（五肽類分子），該五肽類分子的氨基酸組成較特異，其分子中具有其他物種罕見的 D-型氨基酸和內消旋氨基酸，在革蘭陰性菌中該五肽多為 L-Ala-D-Glu-meso-A2pm-D-Ala-D-Ala，但在革蘭陽性菌中多為 L-Ala-D-Glu-L-Lys-D-Ala-D-Ala（其中 Ala 代表丙氨酸，Glu 代表谷氨酸，Lys 代表賴氨酸；L 代表左旋型氨基酸，D 代表右旋型氨基酸，meso 代表內消旋氨基酸）。由于 UDP-N-乙酰胞壁酸是親水性的，所以必須借助脂質載體才能被運輸到膜外細胞壁上，該脂質載體為十一碳二烯磷酸酯，是一類萜醇，UDP-N-乙酰胞壁酸與萜醇在胞壁質合成酶 MurY 的催化作用下，以共價鍵結合形成萜醇-單糖肽，萜醇-單糖肽與 N-乙酰葡糖胺在胞壁質催化酶 MraG 的催化作用下合成萜醇-二糖肽，然后在膜轉移酶 MurJ 的作用下，萜醇-二糖肽被運輸到細菌的周質中[13-14]。在細胞膜外，已解離的肽聚糖單體在轉糖基酶的作用下發生糖基轉移，2 個肽聚糖單體之間的 N-乙酰葡糖胺和 N-乙酰胞壁酸以 β-（1，4）-糖苷鍵結合形成雙糖單位，最后通過轉肽酶的作用，使前后 2 條多肽鏈形成甘氨酸五肽“橋”，并進一步交聯，形成肽聚糖[13]。
2.2 肽聚糖的分解
肽聚糖雖能保持細胞的完整性，但在一定程度上也抑制了細胞的生長。因此，肽聚糖的水解在細胞的生長和分裂過程中是必不可少的[15]。在生理條件下，細菌肽聚糖的合成與水解一直處于一個動態平衡狀態[14]。肽聚糖水解首先需要裂解糖基轉移酶（lytic transglycosylase，LT）負責切割肽聚糖的糖鏈；其次還需內肽酶和羧肽酶的參與，內肽酶切割交聯橋上的肽鍵，羧肽酶則切割短肽末端的氨基酸，使短肽之間的交聯水解；最后，由 N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸酰胺酶切割 N-乙酰胞壁酸與短肽 N 端 L-Ala 間的酰胺鍵，使短肽與糖鏈分離[16]。
2.3 肽聚糖循環
為了減少能量的損耗和盡可能地節約原料，細菌將肽聚糖水解后的小分子糖肽，經由內膜通透酶 AmpG 轉運回細胞內（AmpG 是運輸這些肽聚糖的主要通透酶，除能轉運肽聚糖片段以外還能調控 C 類 β-內酰胺酶 AmpC 的表達[14]），隨后，在細胞內的 1，6-無水胞壁肽被 N-乙酰酰胺酶 AmpD 水解為短肽和 1，6-無水胞壁酸，胞壁肽上的 N-乙酰氨基葡糖被 β-乙酰氨基葡糖糖苷酶（β-N-acetylglucosaminidase，NagZ）解離，產生脫水的 N-乙酰胞壁酸，該物質能誘導產生 AmpC β-內酰胺酶，而 1，6-無水-N-乙酰胞壁酸脂四肽在胞壁質羧肽酶（murein L，D-carboxypeptidase，LdcA）的作用下轉化為 1，6-無水-N-乙酰胞壁酸脂三肽，進而重新參與合成肽聚糖，即肽聚糖循環[14]。肽聚糖循環是一種多酶類參與的復雜生化過程，除了上述的 AmpG、AmpD、LdcA 外，還有 LT 外切酶（主要負責肽聚糖降解再利用）、肽聚糖轉糖苷酶 RlpA（裂解肽聚糖）、內肽酶（切割交聯橋上肽鍵）和羧肽酶（負責切除短肽末端的氨基酸）等關鍵酶的參與，而這些酶在參與完成肽聚糖循環的同時，對細菌的耐藥性和機體的免疫應答也產生一定的影響。
3 肽聚糖循環的作用
3.1 肽聚糖循環中的內肽酶和 dd-羧肽酶在先天免疫應答中的作用
肽聚糖具有很強的免疫原性，可以在細菌感染時引發機體先天性免疫反應[17]。以巨噬細胞為首的宿主吞噬細胞在這些細菌病原體誘發的先天性免疫反應中起主要作用，參與肽聚糖循環的低分子青霉素結合蛋白（penicillin-binding protein，PBP）可產生能激活先天性免疫應答的肽聚糖片段[18]。為了研究這些蛋白如何在體內誘發或逃避免疫作用，研究人員以大腸桿菌為研究對象進行了試驗，他們從大腸桿菌中刪除內肽酶和 dd-羧肽酶，并研究了這些突變體在巨噬細胞中的生存能力，結果發現：在感染了 dd-羧肽酶突變體的巨噬細胞中，免疫應答增強；在感染了內肽酶突變體的巨噬細胞中，免疫應答則降低；但在感染了 2 種突變體的巨噬細胞中免疫反應亦明顯增強[18-19]。可以發現，內肽酶具有引起或增強免疫反應的作用，但其作用可能被 dd-羧肽酶抑制了。因此可以推斷，內肽酶和 dd-羧肽酶在野生型細胞中的作用可能是互相牽制的，使總體保持低免疫活性以有利于細菌逃避宿主先天性免疫反應[18]。
3.2 肽聚糖循環與細菌耐藥性
隨著近年來抗菌藥物的大規模使用，細菌耐藥問題日趨嚴重，這不僅大大降低了抗菌藥物的使用效能，還為臨床治療細菌感染帶來了極大挑戰。因此，研究并克服細菌耐藥問題對臨床來說至關重要。有研究發現，細菌細胞壁上的肽聚糖循環通路可能成為新一代抗菌藥物研發的潛在靶點[4, 20]。
目前使用的大部分抗菌藥物的作用位點靶向于細菌細胞壁，如 β-內酰胺類抗菌藥物，它是目前應用最廣的一類抗菌藥物，能與轉肽酶的活性中心結合，使肽橋的形成受阻，以致肽聚糖無法正常交聯，阻止肽聚糖的合成，從而達到抑菌的目的[21]。但是也有研究發現，在某些革蘭陰性菌（如銅綠假單胞菌和陰溝腸桿菌）中，亞抑菌濃度的 β-內酰胺類抗菌藥物（如頭孢西丁和亞胺培南）可誘導其耐藥性增強，而這種耐藥性的改變與肽聚糖的循環密切相關[22-23]。在奧內達希瓦菌中，與青霉素耐藥性有關的 β-內酰胺酶主要是 Ambler 分類中的 A 類酶，該酶受 PBP 和 LT 的調節，將 PBP1a 及其伴侶蛋白的編碼基因敲除后，該菌產生很強的耐藥性[24]。將肽聚糖循環中的裂解性糖基轉移酶 SltY、MltB1 或者 MltB2 敲除后，該菌對青霉素的耐受性也明顯增加[24]。
為了進一步證實肽聚糖循環與抗菌藥物耐藥性之間的聯系，下面將以結核分枝桿菌和銅綠假單胞菌為例進行闡述。
3.2.1 結核分枝桿菌對 D-環絲氨酸的耐藥
D-環絲氨酸是 D-丙氨酸的結構類似物，常用于多重耐藥和泛耐藥結核分枝桿菌感染的治療，且與其他藥物無交叉耐藥性[25]。Ald、Alr 和 ddlA 基因分別編碼 L-丙氨酸脫氫酶、丙氨酸消旋酶和 D-Ala-D-Ala 連接酶，并參與結核分枝桿菌細胞壁的形成，在還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸的參與下，L-丙氨酸脫氫酶催化丙酮酸轉化為 L-丙氨酸，L-丙氨酸通過丙氨酸消旋酶轉換為 D-丙氨酸，2 個 D-丙氨酸分子通過 D-Ala-D-Ala 連接酶連接成二肽，并形成細胞壁的肽聚糖肽鏈，D-環絲氨酸通過抑制 L-丙氨酸脫氫酶、D-丙氨酸的消旋酶和 D-Ala-D-Ala 連接酶達到阻礙肽聚糖的合成和肽聚糖循環的目的，進而使結核分枝桿菌的細胞壁缺損[26-27]。盡管 D-環絲氨酸對結核分枝桿菌治療十分重要，但最近有研究發現，多重耐藥和泛耐藥的結核分枝桿菌菌株中出現了 D-環絲氨酸耐藥的突變株[28-29]，其耐藥機制主要為 Alr 基因和 ddlA 基因的高表達[30-31]和 Ald 基因的低表達[28]，基于此現狀，臨床上一直在尋找 D-環絲氨酸的可替代治療方法來更好地對抗結核分枝桿菌，如嘗試使用 β-內酰胺類藥物[32]。
3.2.2 結核分枝桿菌對 β-內酰胺類的耐藥
PBP 與 LT 均可促進肽聚糖肽鍵的形成，但所形成的肽鍵有所不同。在分枝桿菌中，LT 所形成的肽鍵占比遠高于 PBP 所形成的肽鍵[33]，而大多 β-內酰胺類藥物只能抑制 PBP 的形成而無法抑制 LT，此外 β-內酰胺酶的存在也使分枝桿菌對大多數的 β-內酰胺類藥物耐藥[34]。最近，有諸多研究報道碳青霉烯類可用于治療多重耐藥結核分枝桿菌引起的感染性疾病[35-38]。
碳青霉烯類是 β-內酰胺類中獨特的一種，他們不但能抑制 PBP 形成，同時還能抑制 LT 合成，另外它們還能抵抗超廣譜 β-內酰胺酶、染色體及質粒介導的 AmpC 酶的水解活性[39]。因此這類藥物抵抗結核分枝桿菌的主要機制為抑制肽聚糖循環所需要的各種酶（如 LT），除此之外，碳青霉烯與其他藥物聯合使用可協同抵抗分枝桿菌，如碳青霉烯和利福平聯合使用可極大提高其抗結核分枝桿菌的效能[36]，這些研究表明碳青霉烯類抗菌藥物可能成為將來治療結核分枝桿菌的常規用藥，同時，破壞分枝桿菌的肽聚糖循環、抑制其肽聚糖形成有望成為解決其耐藥性的關鍵靶點。
3.2.3 銅綠假單胞菌的耐藥性
銅綠假單胞菌是引起醫院獲得性感染的較常見的機會致病菌，由于其低通透性的外膜、高效的藥物排出泵以及染色體介導的 AmpC β-內酰胺酶的表達[40-41]，其對抗菌藥物具有較高的耐藥性，給臨床抗感染工作帶來了較大困難。在過去的 10 年中，研究已證明，在銅綠假單胞菌中，用 Cyclophellitol（一種 NagZ 抑制劑）抑制 NagZ（一種肽聚糖循環中的關鍵酶）可以減弱 AmpC 介導的耐藥性，并且這種抑制劑已經進入臨床試驗階段，并有望成為治療多重耐藥菌的有力“武器”[42-43]。
為進一步證實肽聚糖循環對細菌耐藥性的影響，研究人員利用小鼠進行實驗以驗證銅綠假單胞菌的肽聚糖循環是否在體內影響 AmpC 介導的 β-內酰胺抗性和毒力[44]。首先研究人員將銅綠假單胞菌的 nagZ 和 ampG（肽聚糖循環中一種重要酶）基因敲除，此基因敲除菌作為肽聚糖受干擾組，然后用肽聚糖受干擾的銅綠假單胞菌和野生型銅綠假單胞菌進行小鼠體內實驗，研究結果顯示，與野生型銅綠假單胞菌相比，肽聚糖循環受干擾的銅綠假單胞的毒力和耐藥性明顯降低，并且肽聚糖循環受干擾的銅綠假單胞菌在小鼠肺部沉積量明顯減少，因全身感染所致的死亡率明顯降低[44]。因此，抑制肽聚糖的循環能削弱銅綠假單胞菌對抗菌藥物的耐藥性并降低其毒力，提高抗菌藥物的體內治療效果。
4 結語
肽聚糖循環是細胞壁發揮其生理功能，保證細胞結構完整性的重要過程，同時也在細胞的生長和分裂中起著重要作用。除這些基礎的作用以外，肽聚糖還與細菌耐藥性的發生發展有著密不可分的聯系。抗菌藥物的過度利用是導致抗菌藥物耐藥性發生的主要原因，是危害公共健康的主要原因之一[45-46]，故解決這一問題刻不容緩。
各種參與肽聚糖循環酶類和水解抗菌藥物酶（如 β-內酰胺酶）的存在，使結核分枝桿菌和銅綠假單胞菌等細菌對抗菌藥物產生了較強的耐藥性[34, 47]。在解決結核分枝桿菌耐藥性的研究中發現，靶向結核分枝桿菌肽聚糖的合成和降解可以作為抗結核病治療中的替代方案[48-50]。此外，更有研究表明，轉肽酶抑制劑（如碳青霉烯類或糖肽類抗菌藥物）與其他細胞壁抑制劑聯合應用能明顯抑制細胞壁的合成，提高抗菌藥物使用效能[51-52]。故以分枝桿菌為例我們發現，可以通過抑制細菌肽聚糖循環中所參與的各種酶類，進而抑制肽聚糖的循環以解決結核分枝桿菌的耐藥性問題。肽聚糖對細菌細胞壁具有良好的保護作用并且人體中不含肽聚糖，因此肽聚糖循環是應對抗菌藥物耐藥性的重要作用靶點，在今后的研究中可以以此為靶標研制抗菌藥物佐劑或新型抗菌藥物。