铋剂，是一种可追溯至 18 世纪、用于胃肠道的经典药物；如今，它被装进微流控微球、吸进肺里，去对付连碳青霉烯都奈何不了的耐药肺炎克雷伯菌。这颗微球如何让耐药酶失活、又如何平息炎症风暴？本文一探究竟。

临床困境：耐药 CRKP 肺炎，往往"一波未平、一波又起"

肺炎克雷伯菌是院内下呼吸道感染的常见病原。其中，产 NDM-1 的耐碳青霉烯肺炎克雷伯菌（CRKP） 尤为棘手：NDM-1 是一种金属 β-内酰胺酶，能水解美罗培南（MEM）等碳青霉烯类抗生素的 β-内酰胺环，使这一重症感染的"最后防线"药物失效。

更棘手的是第二重打击——炎症风暴。细菌在肺部大量增殖后，可触发失控的炎症级联反应，导致急性肺损伤乃至呼吸衰竭。临床常需静脉联合用药，但静脉给药要跨过血气屏障才能抵达肺泡，存在上皮衬液药物浓度不足、肺泡停留时间短、潜在全身毒性等局限。

相比之下，吸入给药可直达肺泡、局部浓度高、起效快、剂量低、全身副作用少。但要把铋剂有效递送至肺并实现持续释放、同时厘清其对肺部免疫微环境的影响，仍是待解的难题。

破题思路：微流控制备一颗颗"可吸入"铋基微球

铋剂是一种安全记录扎实的经典金属药物，自 18 世纪起用于胃肠道，后被发现可根除幽门螺杆菌。近年研究显示，铋离子可通过置换 NDM-1 等金属酶活性位点的锌离子而使其失活，从而"逆转耐药"。

基于此，安徽医科大学第一附属医院与生物医学工程学院等团队，构建了一种可吸入工程微球 MB@CM：以生物相容、可黏附黏液的壳聚糖（CS）为骨架（壳聚糖-麦芽三糖，CM），共载柠檬酸铋（BC）与美罗培南（MEM），并借助微流控技术精准控制粒径，冷冻干燥制成干粉吸入剂。它把"逆转耐药—抗生素杀菌—免疫调节"三项功能整合于一颗微球。

Scheme 1. 本研究的原理示意图。(A) 可吸入工程化铋微球（MB@CM）的合成路线；(B) MB@CM 的杀菌机制与免疫调控机制。

工程化：从配方筛选到微流控"量身定制"

研究首先通过棋盘法筛选 BC 与 MEM 的配比，并系统考察了不同比例水凝胶的流变与可注射性能。综合抗菌活性、可注射性与结构稳定性，团队确定 CM:BC = 1:2 为最佳配方：该体系兼具良好的剪切变稀特性与连续可注射性，储能模量 G′ 始终大于损耗模量 G″，结构稳定，利于冷冻干燥成型。在通道直径 5 μm 的微流控装置中，MB@CM 胶体作为水相、液滴生成油作为油相，生成 W/O 液滴，经戊二醛交联、洗涤后冷冻干燥。所得干粉微球平均粒径 5.3 ± 2.21 μm——这一尺寸正适合吸入后在肺泡区沉积；SEM 与元素映射确认了微球形貌及铋元素的均匀分布，XRD 显示其为无定形态。
载药方面，BC 包封率 93.47%、MEM 包封率 69.93%。在模拟感染肺部弱酸环境（pH 6.5）的释放实验中，两种药物呈现差异化释放：MEM 在前 2 h 快速释放约 70%（36 h 累计 83.65%），可迅速投入杀菌；Bi³⁺ 释放则较为平缓（36 h 累计 44.75%），与持续逆转耐药的需求相匹配，整体缓释可达约 24 h。

Fig. 1. 可吸入 MB@CM 微球的制备与表征

杀菌机制一：铋离子"偷锌"，让耐药酶缴械

体外抗菌结果显示，MB@CM 对 CRKP 的 MIC 为 2 μg/mL、MBC 为 4 μg/mL；2 μg/mL 下杀菌率达 89.01%，4 μg/mL 时超过 99%。活/死菌染色中，PBS、CM、MEM@CM、Bi@CM 各组活菌率均在 83% 以上，而 MB@CM 组活菌率仅 11.37%；SEM 下该组细菌明显皱缩、破裂。MB@CM 还能高效抑制生物膜，膜内死菌比例达 60.98%，结晶紫染色其相对吸光度仅 5.25%。

Fig. 2. 可吸入MB@CM微球体外抗菌活性研究

机制层面，研究分离了 NDM-1 酶进行验证。对照体系中 MEM 被大量降解（4 h 后底物仅余 75.06%），而加入 MB@CM 后，NDM-1 相对酶活性被抑制至约 45%–53%。离子定量进一步揭示了关键的置换反应：体系中 Zn²⁺ 由 0.48 降至 0.24 nmol/mL，Bi³⁺ 由 0 升至 0.13 nmol/mL，即 1 mol Bi³⁺ 可置换 2 mol Zn²⁺——铋离子竞争性占据 NDM-1 的锌活性位点，使酶失活，从而恢复 MEM 的杀菌能力。而事后补充 Zn²⁺ 并不能使其重新耐药（MB@CM、Bi@CM 组酶活性仅为对照的约 35%、31%）。

在连续 28 代的耐药诱导实验中，CM、MEM@CM、Bi@CM 组分别出现 16 倍、8 倍、16 倍的 MIC 升高，MB@CM 组则始终未诱导出耐药性。

Fig. 3. MB@CM 的体外杀菌机制

杀菌机制二：切断能量代谢，细菌陷入"能源危机"

除逆转耐药外，研究还通过细菌转录组与 ATP 检测，揭示了铋对细菌能量代谢的破坏。MB@CM 处理后，细菌共有 324 个基因下调、339 个上调；糖酵解/糖异生、碳代谢、氨基酸生物合成、氮代谢等通路显著下调，而核糖体（翻译）相关基因代偿性上调——这是细菌在能量代谢受损后启动的应急反应。

ATP 检测给出了直接证据：对照组 ATP 为 194.67 nmol/L，Bi@CM 组降至 55.18，MB@CM 组仅余 22.07 nmol/L。尽管细菌试图通过增强核糖体合成来修复，但酶失活与结构破坏最终导致 ATP 合成耗竭，细菌走向不可逆死亡。

体内验证：滞留更久、病灶更小、炎症因子全面回落

团队进一步在 BALB/c 小鼠气道接种 CRKP 建立肺炎模型，比较感染对照、静脉联合用药（替加环素+多粘菌素 B，I.V.）与 MB@CM 气道雾化（4 μg/g）三组。

肺荧光成像显示，游离 MEM+BC 混合组在第 3 天荧光即基本消失，而 MB@CM 滞留明显延长，第 3 天仍可检测、第 7 天才不可测，印证了壳聚糖微球的缓释作用。胸部 CT 上，MB@CM 组肺实变范围最小、评分最低（第 7 天 5.33，对照 12.33、静脉组 7.67）；肺湿/干比（6.42，对照 9.68）提示肺水肿更轻；肺组织菌载量显著下降（第 7 天 14.99，对照 19.88 log₁₀CFU/g），H&E 病理评分也最低（5.8，对照 10.07）。

炎症因子层面，MB@CM 组 TNF-α、IL-1β、CXCL-1、IL-6、MCP-1 全面回落，其中第 3 天 IL-1β 仅 69.35 pg/mL（对照 248.26）、IL-6 仅 103.25 pg/mL（对照 296.84）。

Fig. 4. 可吸入MB@CM微球体内治疗效果评价

平息风暴：中性粒细胞"退场"，巨噬细胞由 M1 转向 M2

肺部免疫分析进一步阐明了炎症风暴缓解的细胞学基础。流式结果显示，与感染阳性组相比，MB@CM 组肺内中性粒细胞（Gr-1⁺CD11b⁺）比例由 26.30% 降至 9.10%，其分泌 TNF-α 的比例也由约 50% 降至 33.4%；促炎的 M1 型巨噬细胞由 32.77% 降至 14.50%，而修复型 M2 巨噬细胞由 13.57% 升至 20.20%，呈现清晰的 M1→M2 转变；成熟树突状细胞比例亦明显降低。

肺组织转录组（216 个差异基因）与 Western blot 从分子层面予以佐证：PI3K-Akt、NF-κB、细胞因子受体相互作用等促炎通路显著下调（NF-κB 的 GSEA NES 为 −2.376），p65、IKKβ、p-Akt 蛋白水平降低；同时 ECM-受体相互作用通路上调，有利于肺组织结构修复。这与"细菌被快速清除→PAMP 减少→TLR/NF-κB 信号减弱、炎症缓解"的逻辑一致。

Fig. 6. 肺组织免疫反应评估

生物安全：吸入后可代谢、可排出，脏器无明显损伤

研究最后系统评估了 MB@CM 的安全性。体外实验中，MB@CM 不显著诱导 BEAS-2B 细胞 LDH 释放，细胞活力与对照相当；治疗期间小鼠体重保持稳定。药代与排泄数据显示，吸入后血 Bi³⁺ 在 8 h 达峰（5.77 μg/mL）后下降，并主要经粪便（第 1 天峰 51.70 μg）与尿液（第 1 天峰 3.62 μg）排出。血生化、肝肾功能与血常规各指标均在正常范围，7 天后各主要脏器 H&E 切片未见明显病理改变，表现出良好的体内生物安全性。

Fig. 7. MB@CM 的离子代谢与生物安全

小 结

这项研究以临床已获批的铋剂与美罗培南为基础，用微流控技术精准"定制"可吸入粒径，构建了干粉微球 MB@CM。体外实验中，铋离子通过置换 NDM-1 活性位点锌逆转耐药、并破坏细菌能量代谢，与美罗培南协同杀菌、抑制生物膜且不易诱导耐药；体内实验中，微球实现肺部缓释，在降低菌载与肺损伤的同时，驱动巨噬细胞 M1→M2 转变、下调 NF-κB 等促炎通路，平息炎症风暴并促进组织修复，且生物安全性良好。该工作为耐药菌肺部重症感染的吸入治疗与临床转化，提供了一条"老药新用、工程赋能"的可行路径。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.182519

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