发布时间：2026/4/30 14:49:43 阅读次数：19
打破传统认知,细菌感染也讲“力学”？
人体上皮细胞层是我们抵御外界病原菌的第一道防线,但细菌是如何突破这层屏障的？最新研究给出了颠覆性答案.
4月21日,中国科学院深圳先进技术研究院黄术强团队 中国农业大学朱奎团队与北京大学黄建永团队合作,在国际顶级期刊《细胞》（Cell）上发表了一项突破性成果.研究团队首次揭示了组织形态特征调控细菌感染的全新规律,并基于此开发出“力学导航”抗菌新策略,为应对日益严峻的耐药菌感染提供了全新思路.
长期以来,科学界普遍认为细菌在上皮细胞层的感染是随机分布的.但这项研究彻底颠覆了这一传统认知.
研究团队通过构建不同组织形态的上皮细胞层模型,结合微生物学 力学生物学与生物医学工程等多学科手段,发现细菌感染并非“漫天撒网”,而是呈现出明显的“边际效应”——细胞层边缘区域的细菌感染显著高于中央区域.
更值得注意的是,这种模式与细胞层的致密程度密切相关：结构越紧密的细胞层,其边缘越容易被细菌侵袭.而且,这一规律在不同细胞种类和培养条件下均稳定存在,提示组织形态本身对细菌感染的空间分布具有重要调控作用.
为什么细菌偏爱“边缘地带”？研究团队通过力学分析模型找到了答案.
图1：细菌感染多细胞单层呈现的“边际效应”
在上皮细胞层中,细胞牵引力与细菌感染呈现出高度协同性.那些牵引力更强的边缘区域,恰恰是细菌入侵的“热点”.形象地说,就像拉伸橡皮筋时两端受力最大,细胞层边缘因几何限制产生的“强拉力”,成为了细菌攻击的“靶标”.
进一步研究发现,这一过程的关键“指挥官”是一种名为Piezo1的力敏感性离子通道蛋白.当细菌入侵时,Piezo1蛋白会像磁铁一样聚集到感染部位,并形成特殊的囊泡结构.这些囊泡充当“信号放大器”,将细胞受到的机械牵引力转化为生化信号,促使更多细菌在边缘区域聚集和感染.
这一机制揭示了细菌如何“借用”宿主细胞的力学感应系统,实现对感染位置的精准选择.
基于上述发现,研究团队创新性地提出了 “力学导航抗菌”双效策略,突破了传统抗生素研发“以菌为本”的思维定式,转向“宿主导向”的新模式.
图2：宿主细胞单层结构调控细菌感染示意图
第一步：切断“力学信号源”
研究团队尝试将Piezo1蛋白作为抗菌靶点.实验证明,无论是抑制Piezo1的表达还是阻断其激活,均能显著降低感染组织中的细菌载量.这意味着,通过干扰宿主细胞的力学感应系统,可以有效阻止细菌的精准定位和感染扩散.
第二步：精准“送弹药”
研究团队进一步建立了仿生3D肠道芯片,精准复现了肠道隐窝结构——这是肠道褶皱深处的“隐蔽角落”.他们发现,消化道细菌倾向于在这些隐窝中富集,并“躲”进细胞质中,从而逃避传统抗菌药物的杀伤.
为此,团队开发了一种靶向隐窝结构的纳米递药系统.这些纳米颗粒像“特洛伊木马”,外壳模拟耐药菌的表面特征,内核装载抗生素.这一系统能够精准靶向感染位点,显著提升抗菌药物在隐窝结构的局部浓度,对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和耐万古霉素肠球菌（VRE）等耐药菌感染展现出良好疗效.
近年来,抗生素研发陷入瓶颈,细菌耐药性问题对全球公共卫生安全构成严重威胁.传统的抗菌药物研发往往只关注对细菌的直接杀伤效果,而忽略了宿主微环境在感染过程中的调控作用.
这项研究不仅从基础科学层面揭示了力学因素如何“指挥”细菌攻击位置,更为临床抗感染治疗提供了全新策略——“断其信号源 + 精准送弹药”的力学导航疗法,有望在提高疗效的同时降低毒副作用,为应对全球耐药危机带来新的希望.
正如研究团队所指出的,这一策略不仅丰富了合理用药的手段,更为开发下一代抗菌药物提供了创新范式.未来,基于宿主力学感应通路的药物研发,或将成为抗感染领域的重要新方向.
*本文转载自锐竞平台
联系我们
服务热线
扫一扫，加微信客服
版权所有：泉州市睿信生物科技有限公司 | 闽ICP备18019542号 | 技术支持：阿仪网
