两人行，可能就有一感染者，这束光来破局？_风闻

新冠疫情三年，我们对于“病毒感染阳性”有了更加深刻的认识。对于一种与胃癌、胃淋巴瘤密切相关的细菌来说，它的传染率可比新冠病毒厉害多了，全球一半人口都是它的阳性感染者。也就是说，我们周围潜伏着亿万个“小阳人”，而且大部分是有较高传染能力的无症状感染者。

（图片来自网络）

约个饭就感染？这个细菌不简单

我们的胃是一个充满盐酸和胃蛋白酶的腔体，其中的胃液不仅腐蚀性强，且对各种组织和细胞都有很强的破坏作用，因此胃就像一个“大熔炉”，可以消灭通过口腔进入胃肠道的绝大多数微生物。

幽门螺杆菌（Helicobacter pylori，Hp）是在胃中发现的第一种微生物，也是唯一能够在胃中长久生活的霸主。它们主要聚集在胃的幽门部位，且外型弯曲呈螺旋状，其大名也由此而得。此外，口腔、食管、粪便中也会出现Hp的身影，因此它们可能潜伏在唾液、食物、碗筷上，我们约饭过程中的一个不留神，Hp便趁机在胃中安营扎寨。

（青岛能源所单细胞中心供图）

虽然Hp出生很早，5300年以前的木乃伊身上都有它们的身影，但是人们真正认识它们还是费了一番周折。曾经医学界认为胃是无菌的环境，胃炎、胃溃疡都被认为是一种精神疾病。1982年，澳大利亚临床微生物学家罗宾·沃伦（Robin Warren）和巴里·马歇尔（Barry Marshall）从胃黏膜标本中成功分离培养出Hp，不仅打破了“胃内无菌”的科学界共识，也让胃炎、消化性溃疡等疾病由“不治之症”变成了人类最普通的疾病之一。

巴里·马歇尔（图左）和罗宾·沃伦（图右）（图片来自网络）

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幽门螺杆菌的编年史

1. 1979年，澳大利亚一家医院的病理科医师罗宾·沃伦（Robin Warren），发现活体胃粘膜组织上存在一种弯曲样杆菌。

2. 1981年，实习医生巴里·马歇尔（Barry Marshall）和罗宾·沃伦发现胃炎病人的胃粘膜标本中大概率存在弯曲样杆菌。

3. 1982年，两人通过微氧培养法，成功分离获得弯曲样杆菌。

4. 1983年，世界微生物组织细菌命名委员会正式命名这种弯曲样杆菌为幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）。

5. 1984年，幽门螺杆菌与胃炎和消化性溃疡的关系在医学权威期刊 Lancet 发表。

6. 1984年，巴里·马歇尔以身试菌，喝下10亿幽门螺杆菌，验证幽门螺杆菌就是胃病的元凶。

7. 2005年，巴里·马歇尔和罗宾·沃伦获得诺贝尔生理或医学奖，授予原因：发现胃炎和溃疡性疾病是幽门螺杆菌感染引起的。

治疗靠经验，想治愈困难重重

据世界胃肠病学组织估计，全球至少有50%人口感染Hp。大部分感染者没有明显的症状，然而诸如口臭、痤疮、恶心、呕吐等，甚至70%以上的胃癌，都与Hp感染脱不了干系。

既然Hp是一种细菌，吃点抗生素杀死它们不就好了？

事实却没这么简单。Hp对生长环境中氧气含量、营养成分、pH值均有一定的要求，并且生长缓慢，临床分离和培养它通常需要7~10天。之后，通过药敏试验（AST）获取杀灭Hp的最优抗生素类别和剂量信息，同样耗时很长，技术要求高。因此临床医生主要依赖经验用药，根据患者的药物过敏史和抗生素使用情况选用抗生素治疗。由于治疗过程中可能存在的“药不对症”及“剂量不足”，经验治疗容易导致Hp根除的失败。

同时，随着抗生素在Hp根除治疗中的大范围使用，Hp耐药率不断升高。中国幽门螺杆菌分子医学中心耐药监测数据显示，我国克拉霉素、左氧氟沙星、甲硝唑的耐药率已经处于较高水平。日益严重的Hp耐药性，让本就可能失败的经验治疗，面临更加严峻的挑战。

来自中国5个地区Hp感染者胃活检样本中的4242株Hp的耐药表型结果（数据来源：中华医学杂志）

病不等人，拉曼光谱与时间赛跑

既然Hp的临床治疗面临的最大难题是药敏检测的及时性、简便性和准确率的问题，那么有没有什么新技术能够解决这个问题呢？

这里不得不提到一个与光有关的技术——拉曼光谱技术。

单细胞拉曼光谱（青岛能源所单细胞中心供图）

拉曼光谱是激光照射到物体表面而产生的散射光谱，它反映的是物质的固有性质。科学家通过分析单个细胞拉曼光谱信息（指纹区400-1850 cm-1），可以获得所有物质的组成、含量等信息，不仅刻画细胞的代谢活动，而且可以鉴定细胞的种类。

与光谱信息丰富的指纹区相反，单细胞拉曼光谱在静默区（1850-2850 cm-1）通常没有光谱信号。科学家利用这一特性，开发了一种重水标记单细胞拉曼药敏快检技术（D₂O-Ramanometry）。氢元素大家应该都不陌生，它有几个同位素——氕氘氚。我们日常生活中的水，由氕和氧原子组成，而重水，是由氘和氧原子组成。细胞喝下重水之后，如果生命状态良好，氘就会通过合成各种生物大分子（如蛋白质、脂质）而遍布细胞全身，进而产生拉曼光谱的变化， 即在静默区产生C-D峰。

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重水标记单细胞拉曼药敏快检技术原理

借助拉曼光谱捕捉细胞在抗生素处理下生命状态的改变，是一种快速获得病原菌药敏信息的手段。目前，科学家发现D₂O-Ramanometry技术可以应用于口腔根管冲洗液抑菌效能的评价，以及血液感染中常见病原菌的药敏评价中，能够实现十倍加速。

借光出战，力求首战告捷

对于Hp阳性感染者，2018美国休斯敦共识、2015京都全球共识均建议治疗。世界胃肠病学组织在2021年更新的Hp诊疗指南中指出，Hp根除治疗成功的主要决定因素是在治疗前了解抗生素耐药性。

拉曼光谱技术的发展，会不会给Hp的诊疗带来新的希望呢？

幽门螺杆菌单细胞精准诊疗技术CAST-R-HP（青岛能源所单细胞中心供图）

近日，中科院青岛能源所单细胞中心与中国疾控中心传染病所带领的医产学研团队，基于D₂O-Ramanometry技术，建立了全流程一体化的Hp诊疗技术CAST-R-HP。首先，对于临床收集的胃黏膜样品，通过单细胞拉曼光谱采集及数据分析，可完成细胞种属识别和鉴定，准确率达98.5 ± 0.27%。其次，通过采集Hp细胞在重水和抗生素孵育后的单细胞拉曼光谱，获得与传统方法高度一致的药敏信息。从临床样品到药敏结果的完整流程可大幅缩短至3天，而传统方法通常需要7~10天。最后，通过自主研发的微流控芯片，可进行Hp单细胞分选及下游的测序工作，从而实现溯源。

这项技术为临床Hp快检提供了光谱学解决方案，同时针对临床Hp治疗过程中必须的药敏检测环节，提供了单细胞水平、便捷、快速、无损的检测手段。此外，由于该技术可分选近乎无损状态的单个耐药的Hp细胞，后续的全基因组测序与数据分析将服务耐药机制研究与精准溯源。

结语

对于病原菌感染，为了避免在抗生素使用过程中病原菌由于基因突变而产生耐药性，即继发性耐药性，抗生素使用的种类和剂量力求准确、适合，确保首战告捷，把病原菌一次性杀死，不给死灰复燃的机会。对于Hp这种高感染率、高传染性、高耐药率的病菌，希望拉曼光谱技术能够切实解决临床需求，早日应用到Hp根除性治疗中，相信人类战胜Hp指日可待。

参考文献：

1. Liu M, et al., Single-cell identification, drug susceptibility test, and whole-genome sequencing of Helicobacter pylori directly from gastric biopsy by Clinical Antimicrobial Susceptibility Test Ramanometry. Clin Chem, 2022.

2. Zhu PF, et al., Rapid, automated, and reliable antimicrobial susceptibility test from positive blood culture by CAST-R. mLife, 2022.

3. Yuhan Liu, et al., Single-cell Raman microspectroscopy-based assessment of three intracanal disinfectants’ effect on Enterococcus faecalis. J Raman Spectrosc, 2022, 53(5): 902-910. 

4. Fan Li, et al., Assessing efficacy of clinical disinfectants for pathogenic fungi by Single-cell Raman Microspectroscopy. Front Cell Infect Microbiol, 2022, 12:772378. 

5. Tao YF, et al., Metabolic-activity-based assessment of antimicrobial effects by D₂O-labeled single-cell Raman microspectroscopy. Anal Chem, 2017, 89(7): 4108-4115.

6. 千年木乃伊体内现幽门螺旋杆菌 揭示人类复杂活动

7. 差点不被承认的幽门螺旋杆菌——惊心动魄的发现和认证

8. 胃部微生物 | 扒一扒幽门螺旋杆菌的那些事儿

9. 一项中国幽门螺杆菌耐药表型和基因型的回顾性研究. 中华医学杂志, 2022,102(22): 1665-1665.

来源：中国科学院青岛生物能源与过程研究所