抗生素耐药性目前对全球公众健康以及经济发展产生了巨大威胁。为了发展出低耐药性的抗菌药物，许多研究者将目光投向了膜靶向的抗菌高分子化合物。这一领域先前的研究主要集中在抗菌聚合物的结构筛选和构效关系研究上，以期能够获得具有更好治疗指数（TI）的聚合物。这些研究取得了很多成果，但由于真核细胞和细菌细胞膜结构的相似性，很难保证这些抗菌高分子完全不破坏真核细胞的细胞膜，因此这类抗菌剂的应用和开发受到了很大的限制。

  针对这一问题，冯欣欣、白玉罡教授课题组利用细菌DNA位于无膜保护的拟核中，而真核生物的DNA受到核膜的保护这一物种差异性，提出了“双重机理”策略来提升抗菌高分子的选择性，即在抗菌聚合物的分子结构中引入除细胞膜以外靶向细菌DNA的第二重抗菌机制，这种额外的、具有更好选择性的抗菌机制能同膜靶向机制结合起来，在保证抗菌效果的前提下降低其真核细胞毒性。基于此，该课题组率先报导了一种寡聚脒类聚合物，该寡聚物能够选择性地破坏细菌细胞膜的完整性，同时选择性地只与细菌DNA结合，从而通过双重选择性机理得到更高的治疗指数。

抗菌寡聚脒类聚合物的设计与合成。

  首先，该研究团队选择了双脒结构作为结合DNA沟槽结构，从而获得了一个既提供阳离子，也能够绑定DNA沟槽的聚合物。同时，这种通过缩聚方式合成的寡聚脒的分子量也足够大，令其无法进入真核细胞的细胞核。该团队利用对苯二甲亚胺酸乙酯和各种二胺缩聚合成了一系列寡聚脒类聚合物，经过初步的抗菌以及溶血性能筛选，从一系列的寡聚物中选择了效果最好的化合物——寡聚物3进行进一步的研究。经过一系列耐药性细菌的抑菌以及杀菌实验和细胞毒性实验，研究团队进一步确定了寡聚物3在体外具有优异的抗菌活性以及生物安全性。

  随后，研究团队对寡聚物3的抗菌机理进行了深入研究。通过SEM、流式细胞术、进胞机理等一系列实验，确定了寡聚物3可以选择性地破坏细菌的细胞膜。随后利用DNA拯救实验、荧光竞争实验以及计算化学方法等进一步证明了寡聚物3能够特异性结合DNA小沟。

（A） 寡聚物3处理大肠杆菌（K12）（上）和MDR Acinetobacter baumannii -1（下）有明显的膜损伤 （B）大肠杆菌和3T3细胞的碘化丙啶(PI)膜透性试验表明寡聚物3选择性破坏细菌细胞膜。（C）寡聚物3的细胞内化机制。（D） 外源添加DNA抑制寡聚物3的活性。（E） 荧光竞争实验表明寡聚物 3能够结合DNA小沟槽.

  在证明了寡聚物3能够选择性破坏细菌细胞膜以及结合DNA后，研究团队对寡聚物3在细菌和真核细胞的DNA选择性上又进行了深入的研究。通过荧光标记的寡聚物3在细菌和哺乳动物细胞中的分布，研究团队证明了寡聚物3能够特异性与细菌DNA结合，同时无法进入哺乳动物细胞核。并且研究团队更进一步通过RT-PCR实验、转录组分析以及Western blot实验在转录和翻译层面证明了寡聚物3的选择性。

（A） DAPI、FM4-64和3-FITC染色的细菌和哺乳动物细胞共聚焦显微图像。（B）染色细菌和哺乳动物细胞的二维荧光强度直方图。（C）膜和DNA染色与3-FITC染色的Pearson’s相关系数R。（D） 寡聚物3选择性激活细菌内的管家基因。（E） 寡聚物3选择性抑制细菌蛋白表达。(F) 鲍曼不动杆菌经寡聚物3处理后的差异表达分析热图。(G)鲍曼不动杆菌经寡聚物3处理后的转录组结果火山图。

  研究团队在后续的一系列复杂感染模型中，包括细胞感染、血液感染等都证明了寡聚物3能够有效杀灭复杂模型中的细菌同时保护细胞不受伤害。同时，由于寡聚物3仍然具有膜靶向机理，它和传统抗菌聚合物一样，具有不易产生耐药性这一特性。在后续的动物实验中，研究团队尝试了线虫感染模型、小鼠皮肤脓肿模型以及小鼠外切伤口模型，这些实验结果均证明寡聚物3能够有效杀灭创面和动物体内的细菌，大大提高受到严重细菌感染的动物的存活率，并且在治疗过程中未对动物机体产生明显的毒性。

（A）寡聚物3在不同细菌的线虫感染模型中疗效。（B） 小鼠皮肤脓肿感染模型中不同药物处理的存活率。（C）小鼠外切伤口模型中不同药物处理的存活率。（D） 小鼠外切伤口模型中，寡聚物3能显著减少感染区域的细菌数量。（E） 小鼠外切伤口模型中，寡聚物3可以有效地抑制被感染老鼠各个器官中的细菌繁殖。（F）组织免疫组织学切片图像。

  总体来说，该研究团队通过合理结构设计，成功开发出了首例具有双重选择作用机制的抗菌寡聚脒类聚合物，为具备高性能、低毒性、低耐药性的抗菌高分子的开发提供了新的策略。以上研究成果发表在Science Advances 上（DOI: 10.1126/sciadv.abc9917）。论文的第一作者为湖南大学化学化工学院冯欣欣、白玉罡课题组联培博士生白思蕾，共同第一作者为湖南大学化学化工学院白玉罡课题组博士生王建雪，湖南大学生物学院冯欣欣课题组硕士生杨凯玲，通讯作者为湖南大学化学化工学院冯欣欣副教授和白玉罡教授。

  原文链接：https://advances.sciencemag.org/content/7/5/eabc9917