小苏打的隐藏技能——增强抗生素药效

小苏打就是碳酸氢钠，非常常见的化学物质。学化学的人肯定对小苏打非常熟悉，但知道它能抗菌的人不多吧。病原菌一直是人类的大敌，吃脏东西肚子疼是因为病菌，手割破了发炎也是因为病菌，病原菌带来的疾病不计其数。不过还好人类发明了抗生素，才勉强在病菌的攻势面前获得自保之道。但抗生素结构一般比较复杂，最早发现的青霉素都有几个杂环。碳酸氢钠那么简单的化学物质居然还有抗菌这么高级的隐藏技能？

准确来说，碳酸氢钠的技能是增强几种抗生素的药效。最近，来自加拿大麦克马斯特大学（McMaster University）的科学家Eric D. Brown等人详细研究了碳酸氢钠在抗菌上的功能以及机理（ACS Infect. Dis., 2018, 4, 382−390）。

抗生素的种类非常多，都可以装备碳酸氢钠这个帮手吗？答案是否。碳酸氢钠对不同抗生素和不同细菌的功能是不同的，有时是buff，有时是debuff。

碳酸氢钠对不同抗生素、不同细菌的作用效果。图片来源：ACS Infect. Dis.

研究人员在统一条件下测试了碳酸氢钠对不同抗生素的影响。实验在Mueller-Hinton肉汤中进行，这是细菌繁殖的理想培养基。碳酸氢钠的浓度都被调制成25 mM。测试细菌选择了两种，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌。这哥俩刚好一个是革兰氏阴性菌，一个是革兰氏阳性菌，算是代表了整个细菌界了。从上图中可以很明显的看到，碳酸氢钠对不同抗生素的影响差别很大。比如一些氟喹诺酮类、大环内脂类和氨基糖苷类抗生素的药效得到了增强；也有另外一些氟喹诺酮类、四环素、磷霉素、新生霉素等抗生素在碳酸氢钠作用下药效反而减弱。不同细菌的测试结果也不一样。比如多粘菌素B和碳酸氢钠的组合在大肠杆菌中是略微减弱的，而在金黄色葡萄球菌中却是大幅度增强；地红霉素和碳酸氢钠的组合在大肠杆菌中的增强效果远超金黄色葡萄球菌，而红霉素和碳酸氢钠则又正好反过来。足见不同抗生素的性质千差万别。

为什么碳酸氢钠会有这样神奇的效果呢？首先需要搞明白是碳酸氢钠的哪个部分在起作用。研究人员选取了多种无机盐和有机盐，统一配置成pH为7.4的溶液。为什么是7.4呢？因为健康人体液的缓冲体系的pH值就是7.4。统一的酸碱度也能排除它对细菌生长的影响。实验结果表明，钠离子对抗生素没有影响。除了碳酸氢钠能明显增强抗生素效果，溴化钠、氯化钠、氟化钠、硝酸钠、硫酸钠等常见钠盐均不会改变抗生素药效。其他的含氢无机盐，如磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾等盐也不会影响抗生素。那目标只能锁定在碳酸氢根上了。实验结果也支持这点：碳酸氢钾和碳酸氢铵都能显著增强抗生素药效。

不同盐溶液（pH = 7.4）对抗生素药效的影响。图片来源：ACS Infect. Dis.

说到这，其实才刚刚到这项研究的重点。碳酸氢钠能增强抗生素的药效有啥用呢？你吃片青霉素，喝一口苏打水？那点苏打水也不够啊。其实研究人员对碳酸氢钠感兴趣的最初原因就是我们体内的血液本就含有碳酸氢钠，它是人体缓冲液系统的重要成分。人体本来就有强大的免疫系统对抗细菌，只是在传统的认知中，免疫系统是高大上的免疫细胞、抗体等组成的，碳酸氢钠只是默默无闻的缓冲液成分。如果碳酸氢钠能增强抗生素的药效，是不是也增强了免疫系统的功能呢？或者说，它就是天然免疫的一部分？

研究者选取了LL-37、indolicidin、bactenesin、α-defensin、bile salts、lysozyme、protegrin、hyaluronic acid等8种天然免疫因子，想比较它们在有无碳酸氢钠的条件下功能的变化。从图中可以明显看到，没有了碳酸氢钠，这些免疫因子对细菌的抑制能力都大幅减小，有的甚至基本失去了抑菌能力。

天然免疫因子的抑制能力与碳酸氢钠的关系。图片来源：ACS Infect. Dis.

这些实验结果都表明，碳酸氢钠对人体的天然免疫起到了必不可少的作用。究其原因，研究者认为是碳酸氢钠破坏了细菌的跨膜pH梯度，也即质子动力势（proton motive force）。这使得一些天然免疫因子和抗生素能够更容易得进入细菌内部，起到杀菌效果。

这项研究使人们对天然免疫系统的认识又深入了一步，同时也为新型抗生素的开发提供了新思路。

再简单的分子也别小看了哦。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Bicarbonate Alters Bacterial Susceptibility to Antibiotics by Targeting the Proton Motive Force

ACS Infect. Dis., 2018, 4, 382–390, DOI: 10.1021/acsinfecdis.7b00194

（本文由氘氘斋供稿）