Engineering (1區) I 抗癌老藥“跨界”抗MRSA：5-FU靶向嘧啶代謝，顯著增強磷霉素殺菌活性！(劉源團隊—揚州大學)

2026年3月4日，揚州大學獸醫學院劉源教授團隊（揚州大學生物科學與技術學院教授、副院長，博士生導師，國家優秀青年科學基金獲得者（2022）。主要從事重要病原菌耐藥性調控機制和干預控制的基礎及應用基礎研究，主持國家自然科學基金面上項目、國家重點研發計劃課題、江蘇省重點研發計劃等科研項目）、江蘇省重要動物疫病與人獸共患病防控協同創新中心、農業與農產品安全教育部聯合國際研究實驗室、揚州大學比較醫學研究院等團隊，在Engineering發表題為 “Boosting Fosfomycin Efficacy Against Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus Infections by Targeting Pyrimidine Metabolism” 的研究論文。該文于2025年4月24日投稿，2025年12月7日修回，2026年1月5日接收，2026年3月4日在線發表。論文期刊信息顯示，Engineering 為中國工程院院刊，由中國工程院主管，中國工程院戰略咨詢中心和高等教育出版社主辦，并由 Elsevier 出版；LetPub 顯示該刊 2024–2025 最新影響因子為 11.6，WOS 分區為 Q1。

耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）是全球公共衛生領域的重要耐藥病原體。傳統治療高度依賴抗菌藥物，但 MRSA 傳播快、耐藥機制復雜，并與較高死亡率相關。論文指出，磷霉素（fosfomycin，FOS）因其獨特作用機制，近年來重新受到關注；然而，FOS 單藥治療效果有限，如何通過聯合用藥恢復或增強其抗菌活性，是當前抗耐藥感染研究的重要方向。

本研究發現，美國食品藥品監督管理局（FDA）批準的抗腫瘤藥物 5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU） 能夠顯著增強 FOS 對 MRSA 的抗菌作用。體外實驗顯示，5-FU 與 FOS 對多株 MRSA 表現出協同殺菌活性；在 MRSA T144 菌株中，兩藥聯合的 FICI 為 0.375，聯合處理 8 h 后，細菌負荷較單藥或未處理對照顯著下降 3–6 log10。此外，該組合還可減少 MRSA 生物膜形成，并降低成熟生物膜中的細菌負荷。

機制方面，研究團隊通過轉錄組測序、耐藥突變株單核苷酸多態性（SNP）分析、基因敲除和分子對接等實驗，確定 CTP 合成酶 是 5-FU 的關鍵作用靶點。5-FU 靶向 CTP 合成酶后，可擾動細菌嘧啶代謝；而嘧啶代謝紊亂進一步引發細菌膜損傷、質子動力勢（PMF）耗散、ATP 合成增強以及活性氧（ROS）累積，最終導致細菌死亡。尤其值得注意的是，敲除 pyrG 基因后，5-FU 與 FOS 的協同作用被消除，說明 CTP 合成酶及其相關嘧啶代謝通路是兩藥協同的關鍵環節。

在體內驗證方面，研究者進一步采用大蠟螟感染模型和小鼠腹膜炎感染模型評估聯合治療效果。結果顯示，5-FU 與 FOS 聯合治療顯著提高感染宿主的生存率，并降低心、肝、脾、肺、腎等器官中的細菌負荷。研究同時對 40 mg/kg 5-FU 的安全性進行了初步評估，在實驗觀察期內未發現明顯宿主毒性。

總體來看，該研究提出了一種“抗生素 + 非抗生素輔助藥物”的抗 MRSA 思路：利用 5-FU 擾動 MRSA 嘧啶代謝，從代謝層面削弱細菌耐受狀態，并顯著增強 FOS 的抗菌效果。該發現不僅拓展了 5-FU 這一經典抗腫瘤藥物在抗感染領域的潛在應用，也提示靶向細菌代謝通路可能成為恢復抗生素敏感性的重要策略。需要強調的是，該研究主要基于體外實驗和動物感染模型，仍不能直接等同于人體臨床療效，后續還需進一步開展藥代動力學、安全性和臨床轉化研究。

?獲取原文PDF文件，請關注本公眾號，并在后臺私信留言“20260609-2”，可自助獲取！！！

?或請關注本公眾號“代謝與整合生物學”，然后點擊下方鏈接，自動跳轉下載頁面：

代謝與整合生物學微信公眾號_20260609-2.pdf

【摘要】

耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（methicillin-resistant Staphylococcus aureus，MRSA）是全球公共衛生領域面臨的重要威脅。聯合治療，尤其是抗生素與非抗生素類藥物的聯合應用，已成為應對抗生素耐藥性危機的一種有前景策略。磷霉素（fosfomycin，FOS）目前越來越多地用于耐藥細菌感染治療，但單藥應用時療效有限。

本研究發現，美國食品藥品監督管理局（FDA）批準的抗腫瘤藥物 5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）能夠有效增強 FOS 對 MRSA 的抗菌活性，包括對生物膜內 MRSA 細胞的作用。機制上，5-FU 靶向胞苷三磷酸（cytidine triphosphate，CTP）合成酶，該酶是催化尿苷三磷酸（uridine triphosphate，UTP）在三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）依賴條件下轉化為 CTP 的限速酶。

進一步研究表明，5-FU 與 FOS 的協同作用源于對嘧啶代謝的擾動。這種代謝擾動可誘導細菌膜損傷、質子動力勢（proton motive force，PMF）耗散、ATP 合成增強以及活性氧（reactive oxygen species，ROS）累積，最終導致細菌死亡。在大蠟螟（Galleria mellonella）和小鼠感染模型中，5-FU 與 FOS 聯合用藥顯著提高了宿主生存率，并降低了細菌負荷。總體而言，本研究證明了 5-FU 聯合 FOS 應對 MRSA 感染的治療潛力，并強調了擾動嘧啶代謝在恢復抗生素敏感性中的關鍵作用。

01

研究背景及科學問題

金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，S. aureus）是一種革蘭陽性病原菌，是醫院獲得性感染和社區獲得性感染的重要病因之一，可造成嚴重臨床后果。令人擔憂的是，該菌已經對多類抗生素產生耐藥性。其中，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）是典型代表，其最早于 20 世紀 60 年代初在臨床中被發現。MRSA 菌株在全球范圍內快速傳播，對公共衛生安全構成嚴峻威脅。

目前，MRSA 是導致危及生命甚至致死性感染的重要病原體之一。傳統 MRSA 治療高度依賴抗菌藥物，但抗生素的廣泛使用推動了 MRSA 多重耐藥性的形成。臨床 MRSA 感染傳播速度快、耐藥機制復雜，并與較高死亡率相關。在歐盟，每年報告的 MRSA 感染接近 15 萬例，導致超過 7000 例死亡。在中國，根據中國細菌耐藥監測網（CHINET）的監測數據，過去五年 MRSA 感染率一直保持在 30% 以上。

盡管新型抗菌藥物研發投入巨大，但近幾十年獲批的新抗生素數量有限，因此亟需發展新的抗感染策略。藥物聯合應用，特別是抗生素與輔助藥物的組合，是一種有前景且成本相對可控的策略，有助于突破新藥發現停滯局面，并使耐藥細菌重新對抗生素敏感。抗生素與輔助藥物聯用不僅可以增強抗生素療效，還可能延長現有抗生素的使用壽命，延緩耐藥菌株的出現。此外，協同治療還可能降低抗生素毒性、縮短治療時間并減少用藥劑量。

在耐藥性日益嚴峻的背景下，一些老抗生素重新受到關注，例如多黏菌素和磷霉素（FOS）。FOS 于 40 多年前被發現，是一種強效殺菌藥物，對革蘭陰性菌和革蘭陽性菌均具有活性，包括多重耐藥菌株。由于其獨特的化學結構和作用機制，FOS 在 β-內酰胺類抗生素作用之前的階段抑制肽聚糖合成，因此與其他抗菌藥物發生交叉耐藥的可能性較低。基于這些特點，FOS 被認為是治療系統性感染的潛在候選藥物。然而，盡管其臨床應用逐漸增加，FOS 在聯合治療中的使用仍然較少，這一方向值得進一步探索，以充分發揮其治療潛力。

5-氟尿嘧啶（5-FU）是一種 FDA 批準的抗腫瘤藥物，主要通過抑制脫氧胸苷酸（deoxythymidine monophosphate，dTMP）合成發揮作用，而 dTMP 是 DNA 復制所必需的核苷酸。此外，涂覆 5-FU 的中心靜脈導管被認為是氯己定和磺胺嘧啶銀涂層導管的一種安全有效替代方案，尤其適用于危重患者。既往研究顯示，5-FU 對大腸桿菌（Escherichia coli，E. coli）和豬鏈球菌（Streptococcus suis，S. suis）等病原體具有潛在抗菌作用，并可抑制 E. coli 生物膜形成、降低細菌毒力。還有研究表明，5-FU 能夠逆轉耐碳青霉烯革蘭陰性病原菌對美羅培南的耐藥性。然而，5-FU 是否能夠增強 FOS 對 MRSA 的抗菌效力，此前尚未得到探索。

本研究證明，5-FU 可在體外和體內有效增強 FOS 對 MRSA 的作用。通過結合耐藥突變株的單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）分析和基因敲除實驗，研究者鑒定出 CTP 合成酶是 5-FU 的關鍵作用靶點。進一步的轉錄組分析揭示了 5-FU 與 FOS 協同作用的機制：嘧啶代謝擾動是兩者協同的核心，可引發細菌膜損傷、PMF 耗散、ATP 合成增強以及氧化損傷增加，最終導致細菌死亡。這些發現提示，5-FU 與 FOS 聯合應用具有治療 MRSA 相關感染的潛在價值。

02

重要發現及亮點

5-FU 顯著增強 FOS 對 MRSA 的抗菌活性

為篩選能夠增強 FOS 對多重耐藥革蘭陽性菌作用的化合物，研究者檢測了 FOS 與 30 種抗生素或非抗生素藥物的協同活性，測試對象包括糞腸球菌（Enterococcus faecium）A4（VRE，VanA）、金黃色葡萄球菌 G16（RIFR）和 MRSA 1530。棋盤法實驗顯示，FOS 與多種化合物對 MRSA 表現出協同作用，其中包括利奈唑胺、莫西沙星和 5-FU。值得注意的是，5-FU 與 FOS 對 S. aureus G16 和 MRSA 1530 均表現出較強協同作用，FICI 分別為 0.3125 和 0.375，而在 E. faecium A4 中未觀察到協同作用，提示該效應可能具有菌種特異性。進一步在臨床相關 MRSA T144 菌株中驗證，5-FU 也能增強 FOS 活性，FICI 為 0.375。

時間殺菌曲線顯示，FOS 或 5-FU 單藥對 MRSA T144 生長影響有限；而聯合處理 8 h 后，與單藥或未處理對照相比，細菌負荷顯著下降 3–6 log10。流式細胞術檢測也顯示，聯合處理后細菌存活率降至約 65%，而對照組和 FOS 單藥組約為 98%，5-FU 單藥組約為 80%。這些結果說明，5-FU 本身抗菌活性有限，但與 FOS 聯用后可誘導明顯的細菌死亡。

共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM）進一步觀察細菌活/死狀態。與 FOS 單藥相比，聯合處理組綠色熒光減少、紅色熒光增加，提示細胞死亡增加。掃描電子顯微鏡（SEM）顯示，對照組和單藥組細菌表面規則完整；而 FOS 與 5-FU 聯合處理后，細胞出現嚴重損傷，表面不規則并塌陷。透射電子顯微鏡（TEM）也證實，對照組和單藥組細胞仍保持較光滑的圓形形態和完整細胞壁，而聯合處理組細菌細胞壁和細胞膜完整性受損。

生物膜形成是 MRSA 感染中的重要毒力因素，可保護細菌抵抗抗菌治療。研究者通過 CLSM 和結晶紫染色評估 FOS（1 μg/mL）、5-FU（16 μg/mL）及兩者聯合對生物膜的影響。結果顯示，FOS 與 5-FU 聯合顯著減少生物膜形成；對于已經形成的成熟生物膜，聯合處理也顯著降低了生物膜內細菌負荷。這說明 5-FU 與 FOS 對 MRSA，包括生物膜包埋狀態下的 MRSA 細胞，具有良好的協同抗菌活性。

圖1：5-FU 增強 FOS 對 MRSA 的抗菌活性。（a）5-FU 與 FOS 抑制 S. aureus G16 和 MRSA 1530 生長的棋盤法實驗。37 °C 孵育 18 h 后檢測 OD600，并計算 FICI 值。協同作用：FICI ≤ 0.5；無相互作用：0.5 < FICI ≤ 4；拮抗作用：FICI > 4。實驗進行了兩次獨立重復。（b）FOS 與 5-FU 對 MRSA T144 的協同活性，FICI 為 0.375。（c）5-FU 與 FOS 對 MRSA T144 的時間殺菌曲線。（d）5-FU 與 FOS 單獨或聯合處理 6 h 后，通過流式細胞術分析細菌活/死比例。活菌和死菌分別染成綠色和紅色。LL：左下象限；UL：左上象限；LR：右下象限；UR：右上象限。（e）通過流式細胞術定量細菌存活率。（f）CLSM 分析 5-FU 與 FOS 單獨或聯合處理后的 MRSA T144；圖中活菌為綠色，死菌為紅色，標尺為 5 μm。（g）MRSA T144 經單藥或聯合處理 24 h 后，通過 SEM/TEM 觀察的顯微圖像；SEM 圖像標尺為 2 μm，TEM 圖像標尺為 1 μm。數據以均值 ± 標準差（SD）表示。P 值在（c）中通過非配對 t 檢驗確定，在（e）中通過單因素方差分析（ANOVA）確定。FOS（1）：FOS 濃度為 1 μg/mL；5-FU（16）：5-FU 濃度為 16 μg/mL。**P < 0.01，****P < 0.0001。

5-FU 靶向細菌 CTP 合成酶

為探索 5-FU 的作用機制，研究者對是否接受 5-FU 處理的 MRSA 細胞進行了 RNA 測序。京都基因與基因組百科全書（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）富集分析顯示，上調的差異表達基因主要與核糖體、同源重組、錯配修復、DNA 復制、RNA 聚合酶和嘧啶代謝相關；而下調的差異表達基因則與 S. aureus 感染、陽離子抗菌肽（cationic antimicrobial peptide，CAMP）耐受、雙組分系統、脂肪酸降解、磷壁酸生物合成和硫代謝相關。這些結果提示，5-FU 可能通過影響 DNA 合成，尤其是嘧啶代謝相關通路，發揮針對 S. aureus 相關感染的潛在作用。

為進一步尋找 5-FU 的潛在靶點，研究者將 MRSA T144 連續暴露于亞最低抑菌濃度（sub-MIC）的 5-FU 15 d。結果顯示，5-FU 的 MIC 從 64 μg/mL 增加到 512 μg/mL，即升高 8 倍。與此同時，長期 5-FU 與 FOS 聯合處理能夠有效防止細菌對任一藥物產生耐藥。全基因組 SNP 分析發現多個基因出現突變，包括編碼黏附素的 sdrC、編碼 23S rRNA 甲基轉移酶的 erm(C)、編碼纖連蛋白結合蛋白的 fnbA/B、編碼解離酶/整合酶的 bin，以及多個參與代謝過程的基因。基于這些發現，研究者重點關注了 CTP 合成酶，該酶由 pyrG 基因編碼，參與核酸和磷脂生物合成。

為驗證這一靶點，研究者在 S. aureus 中敲除了 pyrG 基因，并檢測 MIC 的變化。與野生型（wild-type，WT）菌株相比，ΔpyrG 菌株對 5-FU 的 MIC 升高 2 倍。在 5-FU 存在條件下監測 WT 和 ΔpyrG 的生長曲線也顯示，ΔpyrG 對 5-FU 具有更高耐受性，提示 CTP 合成酶可能是 5-FU 的潛在抗菌靶點。分子對接進一步顯示，5-FU 可通過范德華力、氫鍵以及 Pi–Pi T 型相互作用，與 CTP 合成酶關鍵氨基酸殘基結合，例如 GLU510、HIS508、VAL59 和 ARG461。

考慮到 CTP 合成酶在嘧啶代謝中的重要作用，研究者推測 5-FU 可能通過抑制 DNA 合成誘導細菌死亡。靶向代謝組學分析顯示，經 5-FU 處理的 MRSA T144 細胞中，嘧啶代謝通路顯著富集。尤其是 5-FU 處理后胸腺嘧啶水平顯著下降，而外源性補充胸腺嘧啶可降低 5-FU 對 MRSA 的抑制作用。進一步通過補充 CTP 合成酶直接產物胞苷進行“救援實驗”發現，胞苷補充使 5-FU 的 MIC 升高 2 倍，而 FOS 的 MIC 不變；棋盤法實驗顯示 FICI 從 0.375 升高至 0.5，提示協同作用減弱。這些結果表明，抑制 CTP 合成酶是 5-FU 抗菌活性及其增強 FOS 作用的關鍵因素，但并非唯一因素。

圖2：5-FU 靶向細菌 CTP 合成酶。（a，b）聯合處理組與對照組比較的 KEGG 通路富集分析。縱坐標表示顯著富集通路。（c）MRSA T144 對 5-FU 的耐藥性發展。（d）CTP 合成酶（pyrG）的 SNP 分析。（e）基因敲除流程示意圖。藍色箭頭表示用于 PCR 驗證編輯效率的引物，紅色箭頭表示用于測序的引物。（f）在 S. aureus RN4220 中通過 pCasSA 介導敲除 pyrG 基因。標記為“ck”的泳道為 WT 菌株 PCR 產物，用作對照。（g）突變菌株中 5-FU 的 MIC 變化。（h）在 64 或 128 μg/mL 5-FU 存在條件下，S. aureus RN4220 和 S. aureus RN4220-ΔpyrG 的生長曲線。（i）CTP 合成酶與 5-FU 的分子對接分析，二維圖展示相互作用模式和結合位點。GLU：谷氨酸；HIS：組氨酸；ARG：精氨酸；PHE：苯丙氨酸；GLY：甘氨酸；PRO：脯氨酸；TYR：酪氨酸；ALA：丙氨酸；VAL：纈氨酸。數據以均值 ± SD 表示。P 值在（h、m、n）中通過非配對 t 檢驗確定。***P < 0.001，****P < 0.0001。

5-FU 與 FOS 聯合擾動嘧啶代謝

為更深入理解 5-FU 與 FOS 的協同機制，研究者對 PBS、FOS 或 FOS 聯合 5-FU 處理后的 MRSA 細胞進行了轉錄組分析。聯合處理組與 PBS 組比較共鑒定出 1425 個差異表達基因，其中 730 個上調、695 個下調。聚類分析和 KEGG 分析顯示，上調基因主要富集于核糖體、錯配修復和嘧啶代謝通路；下調基因則涉及雙組分系統和 ATP 結合盒轉運蛋白（ATP-binding cassette transporters，ABC transporters）。代表性基因的表達模式也支持這些通路受到影響。

此外，聯合處理組與 FOS 單藥組比較時，同樣觀察到嘧啶代謝通路上調。RT-qPCR 分析進一步證實，聯合處理可增加嘧啶代謝通路相關基因表達，尤其是 pyrG 和 ndk 基因。這些結果提示，在聯合治療后，嘧啶代謝是 MRSA T144 中受到主要影響的通路。

為進一步確認聯合處理對嘧啶生物合成的影響，研究者檢測了二氫乳清酸脫氫酶（dihydroorotate dehydrogenase，DHODH）的變化。DHODH 是嘧啶合成中的關鍵酶，可催化二氫乳清酸（dihydroorotate，DHO）轉化為乳清酸（orotate，ORO）。檢測結果顯示，5-FU 與 FOS 聯合處理顯著降低了細菌中 DHODH 水平，提示該組合擾亂了嘧啶生物合成。

考慮到嘧啶代謝對 DNA 合成和修復的重要性，研究者進一步檢測了 8-羥基-2′-脫氧鳥苷（8-hydroxy-2′-deoxyguanosine，8-OHdG）含量，以評估細菌 DNA 損傷。結果顯示，聯合處理顯著升高細胞內 8-OHdG 水平，提示該組合可誘導明顯的細菌 DNA 損傷。這些結果表明，5-FU 與 FOS 聯合可擾動 MRSA 嘧啶代謝，并導致 DNA 損傷。

為驗證嘧啶代謝擾動在 5-FU 與 FOS 協同抗菌中的作用，研究者敲除了 ndk 基因。該基因編碼核苷二磷酸激酶，可促進核苷三磷酸向核苷二磷酸可逆轉移 γ-磷酸。隨后，研究者在 ΔpyrG 和 Δndk 兩種突變株中檢測 5-FU 與 FOS 的協同效應。結果顯示，ndk 缺失輕度削弱了該組合的協同作用，而 pyrG 缺失則完全消除了兩者的協同活性，說明 5-FU 對 CTP 合成酶的靶向作用是其增強 FOS 活性的必要條件。

圖3：5-FU 與 FOS 聯合擾動嘧啶代謝。（a）火山圖顯示差異表達基因（DEGs）的分布。下調和上調基因分別以藍色和紅色點表示。NoDiff：無差異。（b）選定 DEGs 的聚類熱圖。（c）KEGG 通路富集分析。縱坐標顯示顯著富集通路，表明嘧啶代謝、錯配修復、雙組分系統和 ABC 轉運蛋白相關通路受到明顯影響。（d）與上述 KEGG 通路相關的代表性基因表達模式。（e）單藥組和聯合組中 ndk 與 pyrG 基因的差異表達水平。（f，g）MRSA T144 經 5-FU、FOS 或兩者聯合處理后，（f）DHODH 和（g）8-OHdG 的水平。（h）比較 5-FU 聯合 FOS 對三種 S. aureus（RN4220、RN4220-ΔpyrG 和 RN4220-Δndk）的協同作用。數據以均值 ± SD 表示。（e–g）中的 P 值通過單因素 ANOVA 確定。***P < 0.001，****P < 0.0001，ns：無統計學意義。

外源性嘧啶代謝物削弱 5-FU 與 FOS 的協同作用

鑒于 pyrG 和 ndk 在嘧啶代謝中的關鍵作用，研究者進一步評估外源性補充嘧啶代謝物，包括胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶，是否會影響 5-FU 與 FOS 在 WT 及其突變株（ΔpyrG 和 Δndk）中的協同作用。棋盤法實驗顯示，在三種菌株中補充這些代謝物均可降低協同效應。與此一致，時間殺菌實驗表明，嘧啶代謝物補充可削弱甚至消除 5-FU 與 FOS 的協同殺菌作用。總體來看，這些結果說明 5-FU 與 FOS 的協同抗菌活性高度依賴于嘧啶代謝通路的擾動。

圖4：外源性嘧啶代謝物削弱 5-FU 與 FOS 的協同作用。（a）嘧啶代謝通路示意圖。PRPP：磷酸核糖焦磷酸；UMP：尿苷一磷酸；UDP：尿苷二磷酸；UTP：尿苷三磷酸；dCMP：脫氧胞苷一磷酸；dCDP：脫氧胞苷二磷酸；dCTP：脫氧胞苷三磷酸；dUMP：脫氧尿苷一磷酸；dUDP：脫氧尿苷二磷酸；dUTP：脫氧尿苷三磷酸；dTDP：脫氧胸苷二磷酸；dTTP：脫氧胸苷三磷酸。（b–d）加入胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶后，5-FU 與 FOS 聯合對（b）S. aureus RN4220、（c）S. aureus RN4220-Δndk 和（d）S. aureus RN4220-ΔpyrG 的協同抗菌作用，以及對應 CFU 變化。（e）補充嘧啶代謝物后 5-FU 與 FOS 的時間殺菌曲線。數據以均值 ± SD 表示。P 值通過非配對 t 檢驗確定。*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001，****P < 0.0001，ns：無統計學意義。

5-FU 與 FOS 聯合誘導膜功能障礙和氧化損傷

接下來，研究者進一步探索 5-FU 與 FOS 聯合最終導致細菌死亡的過程。首先，研究者使用碘化丙啶（propidium iodide，PI）評估 MRSA T144 的膜通透性。PI 是一種紅色熒光染料，通常只能進入死亡或受損細胞。與 FOS 或 5-FU 單藥相比，聯合處理顯著增強熒光強度，說明膜通透性增加。蛋白泄漏實驗也證實，與單藥或對照組相比，聯合處理造成更明顯的膜損傷。

細菌 PMF 由電子傳遞鏈活動產生，對細菌存活至關重要。研究者使用 DiSC3(5) 探針評估聯合處理對 PMF 的影響。該探針會根據 PMF 中的膜電位（ΔΨ）成分在細胞質膜中積累；當 ΔΨ 被破壞時，探針釋放至細胞外環境，導致熒光增強。結果顯示，與單藥相比，5-FU 與 FOS 聯合處理引起更強熒光信號，說明聯合用藥加劇了 PMF 耗散。同時，研究者使用 BCECF-AM 熒光探針檢測跨膜質子梯度（ΔpH），發現聯合處理導致 ΔpH 增加，與 ΔΨ 耗散結果一致，反映出兩者存在互補機制。

轉錄組證據提示，聯合處理會干擾能量代謝。進一步檢測顯示，聯合處理降低了 NAD+/NADH 比值，同時升高了 MRSA T144 細胞內 ATP 水平。PMF 耗散與 ATP 生成增加看似矛盾，因此研究者進一步開展轉錄組和 RT-qPCR 分析，發現氧化磷酸化相關基因（如 atpA/C/D/F/G）和脂肪酸生物合成基因（accA/B/C）上調，提示細菌可能通過增強呼吸活性來補償能量和膜完整性損傷。此外，L-乳酸水平升高提示底物水平磷酸化增強，可能作為快速供能的替代途徑。使用糖酵解抑制劑 2-脫氧-D-葡萄糖（2-deoxy-D-glucose，2-DG）后，ATP 水平顯著下降，說明在 5-FU 與 FOS 聯合處理下，糖酵解成為主要 ATP 生成途徑。

NAD+/NADH 比值失衡可觸發 ROS 產生。研究者使用 DCFH-DA 熒光探針發現，5-FU 與 FOS 聯合顯著提高細胞內 ROS 水平。相反，加入 ROS 清除劑 N-乙酰半胱氨酸（N-acetylcysteine，NAC）可劑量依賴性減輕 5-FU 誘導的 ROS 升高，并消除 5-FU 與 FOS 的協同作用。高濃度 NAC（10 mmol/L）還可使 FOS 和 5-FU 的 MIC 均升高 2 倍，但 NAC 不影響 FOS 與利奈唑胺或莫西沙星的協同作用。這些結果提示，ROS 生成對 5-FU 與 FOS 的協同活性至關重要。

為進一步探索 CTP 合成酶抑制與 ROS 產生之間的聯系，研究者檢測了 ΔpyrG 菌株的 ROS 水平。與 WT 菌株相比，pyrG 缺失顯著增加 ROS 生成，說明 5-FU 介導的 CTP 合成酶抑制會加重細菌氧化損傷。相反，加入 NAC 可顯著降低 ΔpyrG 菌株中的 ROS 水平，進一步強調了嘧啶代謝在調控 ROS 累積中的作用。整體機制研究表明，5-FU 與 FOS 聯合可擾亂細菌嘧啶代謝，并進一步引起膜損傷、ATP 合成增加和 ROS 生成，最終導致細菌死亡。

圖5：5-FU 與 FOS 聯合耗散 PMF 并加劇氧化損傷。（a）5-FU 與 FOS 聯合處理后，MRSA T144 的膜通透性發生改變；（b）膜電位也發生變化。（c）5-FU 與 FOS 聯合對 MRSA T144 中 ΔpH 的影響。（d）MRSA T144 經 5-FU 和 FOS 單獨或聯合處理后的 NAD+/NADH 比值。（e）MRSA T144 在不同處理條件下的細胞內 ATP 水平，通過監測相應發光信號進行測定。（f）檢測 MRSA T144 細胞內 ROS 生成。（g，h）通過棋盤法實驗和時間殺菌曲線評估外源性加入 NAC（2.5、5 和 10 mmol/L）對兩者協同效應的影響。數據以均值 ± SD 表示。（a–e）中的 P 值通過單因素 ANOVA 確定，（h）中的 P 值通過 t 檢驗確定。*P < 0.05，***P < 0.001，****P < 0.0001，ns：無統計學意義。

圖6：5-FU 與 FOS 聯合抗 MRSA 的協同機制示意圖。5-FU 與 FOS 聯合擾動細菌嘧啶代謝，導致膜損傷、PMF 耗散、ATP 和 ROS 產生升高，最終引起細菌死亡。NCS1：神經元鈣傳感器 1；GlpT：糖脂轉運蛋白；UhpT：糖磷酸轉運蛋白。

5-FU 與 FOS 聯合在體內感染模型中顯示抗感染效果

鑒于 5-FU 與 FOS 在體外對 MRSA 表現出明顯協同作用，研究者進一步在兩種動物感染模型中評估其體內效果。在正式感染實驗前，研究者首先評估了 5-FU 的安全性，以確保給藥劑量不會引發潛在毒性。研究者向大蠟螟和小鼠給予 40 mg/kg 5-FU。在 7 d 觀察期內，PBS 對照組和 5-FU 處理組個體均存活。5-FU 處理小鼠體重正常增長。進一步對血清生化指標以及肝、腎組織病理切片進行分析，使用蘇木精-伊紅（hematoxylin and eosin，H&E）染色，結果顯示 PBS 組和 5-FU 組之間無顯著差異，提示 40 mg/kg 5-FU 在真核宿主中未誘導可檢測毒性。這些結果說明，后續體內感染模型結果不太可能受到 5-FU 宿主毒性的干擾。

隨后，研究者在大蠟螟和小鼠感染模型中評估 5-FU 與 FOS 聯合用藥效果。在大蠟螟感染模型中，MRSA T144 感染后 PBS 處理組幼蟲在 48 h 內全部死亡；單藥處理組 5 d 后存活率僅為 37.5%。相比之下，聯合處理組存活率達到 100%（P < 0.0001）。在小鼠腹膜炎感染模型中，FOS 與 5-FU 聯合組相比單藥組也顯示出生存獲益（P = 0.0071）。對小鼠器官中的細菌負荷進行檢測發現，與單藥組相比，聯合處理組心、肝、脾、肺和腎中的 CFU 下降 2–3 log10。這些結果表明，5-FU 與 FOS 聯合在 MRSA 相關感染動物模型中具有體內有效性。

圖7：5-FU 與 FOS 聯合的體內效果。（a）大蠟螟和小鼠腹膜炎-膿毒癥感染模型的實驗設計示意圖。（b，c）感染 MRSA T144 并接受 5-FU 與 FOS 聯合處理后，（b）大蠟螟幼蟲和（c）小鼠的生存曲線（每組 n = 8）。P 值通過雙側 log-rank（Mantel-Cox）檢驗確定。（d）接受不同治療方案后，MRSA 感染小鼠心、肝、脾、肺和腎中的細菌負荷（每組 n = 6）。數據以調整后的 P 值表示，并通過雙因素 ANOVA 結合 Sidak 多重比較檢驗確定。**P < 0.01，***P < 0.001，****P < 0.0001。

【貢獻】★★★★★

本研究表明，EgE 可通過激活 IRE1α/XBP1s 信號軸，糾正肝臟糖脂代謝紊亂，從而在 HFD 和 MCD 誘導的 MASLD 小鼠模型中改善疾病表型。其主要成分 MA 是首個經驗證能夠結合 IRE1α h1 口袋的配體。這些發現強調了激活 IRE1α/XBP1s 軸在不同病理背景 MASLD 中的治療潛力，也提示藍桉果實提取物有望成為 MASLD 干預的植物來源候選物。

免責聲明：本公眾號尊重并倡導保護知識產權，本文所引述觀點、言論、圖片及其他信息僅供參考和資訊傳播之目的，希望能給讀者帶來科研的靈感。文章素材來源于Cell Host & Microbe官網原文編譯，部分來源在線網站，如涉及版權，聯系刪除！

【中科院1區｜肝臟與胃腸病學TOP期刊】

【中科院1區｜Cell子刊】

【中科院1區｜材料學TOP期刊】