1.亞穩(wěn)態(tài)硫化鐵抗菌活性檢測(cè)
為評(píng)估硫化鐵在培養(yǎng)環(huán)境下的抗菌性能，本文選擇了四種不同物相的硫化鐵：D-Fe3S4、z-Fe7S8、s-FeS2和s-FeS進(jìn)行篩選，發(fā)現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)硫化鐵如Fe3S4、Fe7S8，特別是Fe3S4能夠強(qiáng)烈抑制加德納菌和部分抑制大腸桿菌的生長(zhǎng)，而對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌（如金黃色葡萄球菌、乳酸桿菌）無(wú)抑制作用。相比之下，F(xiàn)eS和FeS2無(wú)抗菌作用(圖1C-F)。這些結(jié)果表明并非所有硫化鐵都能抗菌，其中Fe3S4、Fe7S8具有較好的抑菌能力；且對(duì)革蘭氏陰性菌具有抗菌選擇性，尤其是對(duì)加德納菌的最小抑菌濃度（MIC）為7.8 ug/mL，其抗菌效果優(yōu)于甲硝唑（圖2）。因此作者選擇D-Fe3S4進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。
為驗(yàn)證D-Fe3S4對(duì)加德納菌的選擇性抗菌作用，作者對(duì)D-Fe3S4處理過(guò)的加德納菌進(jìn)行代謝組和轉(zhuǎn)錄組分析。代謝組結(jié)果顯示，D-Fe3S4處理確實(shí)對(duì)加德納菌的糖酵解產(chǎn)生抑制。與未處理的加德納菌相比，磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的含量上調(diào)了5.7倍，而葡萄糖6-磷酸和果糖6-磷酸分別下調(diào)了0.4倍和0.68倍(圖3B)。轉(zhuǎn)錄組結(jié)果表明，D-Fe3S4處理后淀粉、蔗糖、糖酵解/糖異生通路下調(diào)，PTS糖轉(zhuǎn)運(yùn)亞基 (EIIC) 的轉(zhuǎn)錄增加，這進(jìn)一步證實(shí)了D-Fe3S4對(duì)加德納菌能量代謝的影響。
機(jī)制研究表明，上述硫化鐵的抗菌效應(yīng)與其釋放多硫化亞鐵的能力密切相關(guān)。亞穩(wěn)態(tài)硫化鐵Fe3S4、Fe7S8的鐵硫鍵容易斷開(kāi)，遇水能夠快速釋放多硫化物（S22-、S32-）和亞鐵。一方面，多硫化物能夠快速進(jìn)入菌壁較薄的加德納菌內(nèi)部，對(duì)糖酵解（Glycolysis）代謝通路中的關(guān)鍵酶-葡萄糖激酶(Glucokinase, GLK)產(chǎn)生抑制作用。蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)表明，加德納菌的GLK三維結(jié)構(gòu)包含一個(gè)典型的口袋狀活性中心，其邊緣含有半胱氨酸殘基（Cys179, Cys181, Cys186）。作者推測(cè)多硫化物通過(guò)跟這些殘基發(fā)生多硫化反應(yīng)，改變活性中心結(jié)構(gòu)導(dǎo)致底物無(wú)法結(jié)合，從而阻斷糖酵解通路。另一方面，釋放的亞鐵引起細(xì)菌鐵死（Ferrroptosis-like death of bacteria），與多硫介導(dǎo)的能量代謝阻斷效應(yīng)協(xié)同殺死加德納菌(圖4)。
上述雙重抗菌機(jī)制針對(duì)的是細(xì)菌的代謝抑制和氧化損傷，因此不易產(chǎn)生新的耐藥性。
圖4 亞鐵誘導(dǎo)鐵死亡損傷協(xié)同抗菌活性
3.亞穩(wěn)態(tài)硫化鐵抑制加德納菌的耐藥性
加德納菌的特點(diǎn)是對(duì)抗生素產(chǎn)生耐藥性，最終導(dǎo)致細(xì)菌性陰道炎復(fù)發(fā)。作者通過(guò)構(gòu)建菌株耐藥模型，進(jìn)一步評(píng)估D-Fe3S4是否適合用于臨床治療。結(jié)果如圖5所示，F(xiàn)e3S4對(duì)加德納菌的甲硝唑耐藥株（MRGV）、持留菌、生物膜和胞內(nèi)菌珠均有非常強(qiáng)的抑制效果，且不易產(chǎn)生新的耐藥性。
4.D-Fe3S4對(duì)乳酸桿菌具有良好的生物相容性
陰道乳酸桿菌(LV)是一種革蘭氏陽(yáng)性益生菌，在生物膜條件下可與加德納菌共生。為評(píng)估D-Fe3S4的生物相容性，作者檢測(cè)了不同濃度的D-Fe3S4處理下陰道乳酸菌的生存能力。結(jié)果顯示，LV的生長(zhǎng)基本未受影響 (圖6)。以上數(shù)據(jù)表明，D-Fe3S4具有良好的生物相容性。
圖6 D-Fe3S4對(duì)乳酸菌具有良好的生物相容性
5.D-Fe3S4是治療細(xì)菌性陰道炎的合適候選藥物
作者進(jìn)一步利用小鼠感染模型，評(píng)估了納米Fe3S4懸液及其栓劑對(duì)小鼠細(xì)菌性陰道炎的防治效果。結(jié)果顯示兩種劑型均能顯著降低小鼠陰道內(nèi)加德納菌的數(shù)量，而甲硝唑?qū)δ退幘鸁o(wú)效；生理?xiàng)l件下，陰道內(nèi)存在一定數(shù)量的乳酸桿菌（革蘭氏陽(yáng)性菌）維持菌群平衡，作者通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)Fe3S4與乳酸桿菌聯(lián)合治療效果更佳。此外，作者還對(duì)100例臨床陰道炎患者分泌物中病原菌驗(yàn)證了Fe3S4的殺菌效果，結(jié)果顯示Fe3S4能夠100%清除其中的加德納菌。這些結(jié)果表明亞穩(wěn)態(tài)硫化鐵將是一類(lèi)有效防治細(xì)菌性陰道炎的非抗生素類(lèi)藥物 (圖7) 。
