新研究揭示细菌感染与上皮细胞力学特性关系，创新抗菌策略或对抗耐药性危机

在医学研究领域，上皮细胞层作为人体第一道防线，其形状和结构在抵御外界感染的过程中扮演着至关重要的角色。近日，中国科学院深圳先进技术研究院的黄术强研究团队与其他学术团队共同合作，揭示了细菌感染与宿主组织力学特性之间的深刻联系，并提出了一种全新的抗菌策略。这项研究不仅挑战了传统的细菌感染认知，还为解决抗生素耐药性危机提供了新的解决方案。

研究背景

细菌感染常被认为是随机发生的，这种观点在新的研究中受到了挑战。研究人员通过跨学科的协作，结合微生物学、力学生物学和生物医学工程等领域，深入探索了细菌感染的空间分布和上皮细胞形态之间的关联。研究表明，细菌感染的发生并非偶然，而是受到宿主细胞物理特性的调控，尤其是力学特性对细菌的侵袭行为产生了显著影响。

关键发现

研究团队的核心发现是，细菌感染在上皮单层中出现了明显的“边际效应”。这一现象指出，不同组织形态的细胞层对细菌的感染分布存在明显的调控作用，与细胞层的致密程度密切相关。通过构建不同形态的上皮细胞模型，研究人员观察到，细菌在细胞层边缘的聚集程度显著高于内层。这一发现突破了关于细菌随机分布的传统观念，揭示了组织力学对细菌感染空间选择的深远影响。

进一步的力学分析模型证实，在上皮细胞层中，细胞的牵引力与细菌感染之间存在高度的协同性。例如，当细胞层受到拉伸时，边缘区域因几何限制而产生的“强拉力”成为细菌攻击的“热点”。这种新的理解为细菌感染的机制提供了新的视角，将力学因素视为影响细菌攻击位置的重要指引。

Piezo1蛋白的作用

研究团队锁定了力敏感性离子通道蛋白Piezo1作为调控细菌感染的关键因子。该蛋白能够感知细胞内的牵引力，并在细菌入侵时聚集到感染区域，形成特殊的囊泡。这些囊泡通过将细胞受到的牵引力转化为“生化信号”，进一步促进细菌的聚集和感染。这一发现不仅揭示了细菌感染的精细调控机制，还指向了一种潜在的治疗新方向。

根据这一发现，研究团队创新性地提出了“力学导航抗菌”双效策略。他们尝试将Piezo1作为抗菌靶点，通过抑制或激活该蛋白的表达显著降低了感染组织中的细菌载量。这一方法展现了通过调控细胞力学特性来抑制细菌感染的潜力。

构建仿生治疗

为了实现精准抗菌，研究团队进一步开发了仿生3D肠道芯片，模拟肠道隐窝结构。在这一模型中，研究人员发现细菌倾向于在隐窝中富集，并能够隐匿在胞质中以逃避抗菌药物的杀伤。为了应对这一挑战，团队设计了“细菌替身”纳米递药系统，能够精准靶向隐窝结构，并有效提高抗菌药物的局部浓度。这种“断其信号源 + 精准送弹药”的力学导航疗法，为对抗耐药菌感染提供了全新的治疗思路。

对耐药性危机的影响

近年来，抗生素研发进入瓶颈期，细菌耐药性问题日益严重，对公共健康构成威胁。传统的抗菌药物研发通常侧重于细菌的杀灭效果，而忽视了微环境及力学因素对感染的影响。这项研究通过深入探讨细菌感染的力学调控机制，提出的双效策略为抗抗生素耐药性提供了新的解决方案。

研究团队的努力不仅丰富了抗菌策略的选择，还为临床治疗提供了新的思路，为抗击耐药性细菌和改善患者预后创造了可能。随着这项研究的进一步深化，还有望为实际临床应用提供更有效的指导。

细菌感染的发生与宿主组织的力学特性之间的关系揭示了一个全新的研究领域。此次研究不仅加深了我们对细菌感染机制的理解，还为发展新的抗菌治疗方法提供了重要的科学依据。通过创新的“力学导航抗菌”策略，未来可能在抗生素抗药性危机的应对上，开辟出一条新的道路。科学界期待更多的研究成果，推动这一领域的进一步发展，最终实现更健康的未来。