感染是重症肝病最常见的并发症之一，也是重症肝病患者死亡的重要原因。重症肝病由于肝功能严重受损、免疫麻痹、肠黏膜屏障功能减退、炎症反应等极易诱发感染[1-3]。目前临床上重症肝病合并感染的治疗以抗生素治疗为主。然而，抗生素面临日趋严重的耐药，极大地影响了重症肝病合并感染的临床疗效。研究表明由于纳米材料具有优异的尺寸效应、物理化学特性和易于化学修饰等诸多特点，可实现靶向抗感染及免疫调节治疗作用，在治疗重症肝病合并感染方面有巨大的潜力。

1.重症肝病合并感染的治疗概述

重症肝病合并感染最常见的是腹腔感染，其次是呼吸道、泌尿道、胃肠道、软组织感染等，严重者可发生脓毒症及感染性休克[4-5]。感染病原菌以革兰阴性菌为主，近年来革兰阳性菌、真菌感染的比例不断上升, 常见的感染菌有大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、肠球菌、肺炎链球菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、念珠菌、曲霉菌等。重症肝病合并感染患者的级联炎性细胞因子风暴，如IL-6、IL-8、IL-10、TNF、IFN等促进了感染的发生[6]。治疗上目前建议在无明确病原学依据之前，应予经验性抗感染治疗。获得病原学依据后，立即予针对性抗感染治疗。病原微生物培养结果阴性的患者，应根据经验治疗的效果和患者病情进展情况，采取进一步检测明确病原体或调整经验性抗感染治疗方案[7]。根据感染部位以及不同国家不同地区的耐药菌株、耐药程度不同，选择相对敏感且毒副作用较小的抗生素治疗，并定期监测抗生素疗效。由于抗生素耐药呈明显上升趋势，临床上重症肝病合并难治性感染越发多见。

2.纳米材料与抗菌

纳米材料是在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1~100 nm)，或由它们作为基本单元构成的材料。将纳米技术与生物医学和药物科学相结合的正迅速发展的新兴领域称为纳米医学，横跨了包括药物递送、疫苗开发、抗菌、诊断成像、器官移植以及高通量筛选等诸多领域。目前，许多纳米生物材料已经开始迈向临床应用。抗生素耐药时代来临，超级细菌日益迫近人类，如果不采取有效限制措施人类将会回到没有抗生素保护的时代。庆幸的是纳米材料的出现为人类与细菌的较量带来了新希望。相比传统抗生素，纳米材料可以通过多种机制抗菌，因此不易诱导细菌耐药性。1995年美国食品药品监督管理局(FDA)批准了首个纳米脂质体阿霉素制剂用于肿瘤治疗[8], 迄今为止已有多种纳米药物获批应用于临床，同时有多个纳米药物在进行临床试验。1997年，第一个纳米抗菌剂两性霉素B脂质体获FDA批准，用于威胁生命的真菌感染[9]。最近，FDA批准了第二个纳米抗菌剂，阿米卡星脂质体，用于治疗鸟型分枝杆菌感染肺病[10]。相关的研究仍在开展，不断有新纳米制剂进行临床试验。目前生物医学研究的纳米材料主要以纳米颗粒(NP)为主，包括无机金属NP、有机NP、聚合物NP等，这些纳米材料不仅可以发挥自身良好的抗菌活性，还可作为抗菌剂的载体，经过修饰后通过靶向递送实现协同抗菌。

3.纳米抗菌机制

NP的杀菌机制主要包括直接损伤细胞壁或细胞膜、破坏/抑制生物膜、氧化损伤或影响细胞内蛋白或核酸等成分功能、干扰细胞稳态及胞内信号通路发挥其抗菌作用。此外，近年来有越来越多的研究表明纳米材料可通过免疫调节起到有效抗感染作用。这或将为重症肝病合并感染提供有希望的抗感染方案。纳米材料的独特理化性质如范德华力、布朗运动、静电和疏水相互作用等，决定了纳米材料可通过表面结构、光、声、电、磁学的改变发挥其杀菌作用。NP的抗菌机制与其特殊物理化学特性、大小、形状、粗糙度、表面积、表面能、电荷、表面形态、受体配体相互作用密切相关[11]。

3.1   损伤细胞壁或细胞膜

近年来，越来越多的研究揭示NP可通过改变大小、形状或是表面粗糙度对细胞壁或细胞膜造成机械损伤，从而起到杀菌作用。最近的一项研究[12]表明，纳米结构表面可通过使细胞壁物理破裂实现机械杀菌作用，无需任何化学物种的参与。其次，Linklater等[13]的研究发现NP会引起细胞膜的拉伸和挤压导致细胞机械变形、细胞破裂和死亡。另外，Wu等[14]探索了二硫化钼(MOS2)纳米片和细菌膜之间的相互作用。发现MOS2纳米片可以通过在细菌表面制成凹痕并提取磷脂分子以降低膜的完整性来破坏脂质膜的结构，导致细胞质流失，最终导致细菌死亡。然而，目前基于MOS2的纳米材料的毒性研究有限，难以得出MOS2纳米材料对健康和环境风险的准确结论。且这种纳米材料的抗菌机理在于对细胞壁或细胞膜的物理损伤，与病原菌类型无关，表明这一抗菌的纳米结构缺乏抗菌特异性，这可能会诱发包括定植菌在内的菌群紊乱。

3.2   破坏/抑制生物膜

生物膜是聚集在细胞表面细菌群落，可自生产细胞外聚合物质作为宿主免疫反应和抗菌剂的屏障，已经证明，细菌生物膜是人体中大约80%的慢性和复发感染的原因[15]。

目前认为，金属过氧化物纳米颗粒是最有希望的纳米抗菌疗法之一。但是，其治疗缺乏特异性可能会对健康组织产生严重毒性副作用。基于此，Bi等[16]研究设计了能够控制的活性氧(ROS)释放的过氧化银纳米颗粒(Ag2O2 NP)。具有杀菌性能的Ag+和ROS的释放受到超声和近红外的外部刺激的严格调节。体外和体内研究表明Ag2O2 NP具有抗生物膜活性，且具有良好的生物相容性。这项研究引入了高效的非侵入性和安全的抗菌方式。同样Ding等[17]的研究检测了源自纳米硫化铁的上清液对大肠杆菌感染胆囊炎小鼠模型的抗菌活性，实验数据表明该上清液可通过破坏细菌生物膜起到杀菌作用。然而该研究并未对是否会诱发二次耐药进行探索。随后，Li等[18]设计了基于磷酸氧化物的阳离子抗菌剂，独特的分子结构促使其具有聚集诱导排放特征及产生有效单线氧能力，通过光毒性和暗毒性的协同作用对抗生物膜，重要的是，研究表明该抗菌剂不易诱发耐药。诸多优势使其成为高质量抗菌治疗中有希望的候选者。但是，光疗的功效受到许多外部条件的限制，例如氧浓度和光照时间、光的穿透能力、光照强度等，除此之外，还需考虑其对正常健康组织的光毒性损害。

此外，有研究[19]发现，银纳米颗粒通过抑制真菌孢子萌发和防止生物膜形成，对曲霉菌表现出良好的抗真菌活性。这为开发高疗效、少副作用的纳米抗真菌药提供了希望。可见抗菌纳米粒子对细菌、真菌均有良好抗菌效果，但是考虑到金属毒性，使用银纳米颗粒作为安全的抗菌剂应用到临床之前应详尽探究其毒性。使用生物合成的银纳米颗粒是较安全低毒的选择，但需进一步研究其抗菌效果。

3.3   损伤胞内成分

鉴于无机纳米材料以及有机共轭聚合物纳米材料不可降解，可能对人体及环境造成影响，最近，Zhou等[20]设计了可降解的含有丰富硫代蛋白键伪共轭聚合物，代谢组学分析表明，该聚合物以诱导细菌DNA损伤，抑制细菌碳/氮利用率和氨基酸/核苷酸合成发挥抗菌作用，结果表明该聚合物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均表现出良好的抗菌功效，且对心、肝、脾、肺和肾无明显病理毒性，因其在感染部位丰富的ROS条件下很容易降解，故表现出足够的生物安全性。另一方面，纳米酶由于其理想抗菌活性、生物相容性受到广泛关注。大多纳米酶通过产生表面结合的ROS，对核酸、蛋白质和脂质等造成氧化损伤，从而起到消除耐药菌的作用[21]。因ROS不能区分细菌与哺乳动物细胞，通常纳米酶对细菌和哺乳动物细胞都有毒性，其产生的ROS是表面结合的，则纳米酶可能优先杀死哺乳动物细胞上的细菌。

3.4   免疫调节

重症肝病合并感染的级联炎性细胞因子风暴介导的免疫反应对机体组织器官造成严重损害，平衡细胞因子风暴可能是挽救生命的关键之一。纳米材料比免疫细胞的大小要小很多，小尺寸的纳米系统使其能够有效浸润淋巴引流，可通过免疫调节降低感染中的免疫细胞及免疫分子活性，从而起到抗感染作用[22]。基于纳米材料的免疫原性可能带来难以想象的免疫反应。Ma等[23]研究设计了血小板衍生的细胞外囊泡，并证明了该细胞外囊泡可以选择性地靶向肺炎小鼠模型，抑制炎症细胞浸润，同时平衡细胞因子风暴。同样，Xi等[24]将碳纳米球修饰的FeS2纳米粒子(CNSs@FeS2)应用于大肠杆菌感染的急性腹膜炎小鼠模型，发现CNSs@FeS2通过溶解和不成比例形式同时释放Fe2+和硫离子发挥抗菌作用，重要的是，该NP还通过下调促炎细胞因子的表达，包括TNFα、IL-1β和IL-6，从而减轻炎症。新近的多项研究[25-26]表明NP可通过靶向巨噬细胞、中性粒细胞、细胞因子进行调节，从而起到控制感染作用。随着研究的不断进展，宿主炎症反应的调节将是感染治疗的重要领域。

值得注意的是，一方面，调节性纳米材料通过耗尽或抑制过度活跃的免疫细胞发挥作用。另一方面，这种策略可能导致体内免疫功能障碍或免疫缺陷，从而增加机会性感染和恶性肿瘤的可能性。重症肝病合并感染患者自身存在免疫功能障碍，故尚需进一步研究NP通过免疫调节抗感染作用是否会导致顾此失彼，加重疾病。目前对NP可能影响免疫反应机制的理解依赖于有限的体外研究，故系统性临床试验对于评估其安全性和长期影响是必要的。

4.纳米抗生素递送系统靶向抗菌

NP已被广泛研究为许多不同领域的药物载体，包括肿瘤学、免疫治疗和神经科学等。目前，抗生素仍然是临床上针对病原菌感染的主要治疗手段，延长抗生素寿命的策略是研究热点之一。纳米递送系统可以靶向特定器官组织、细胞或细菌，改变抗生素药代动力学、分布量，提高生物利用度同时避免脱靶效应。

考虑到不受控制的药物释放和长期治疗后不良反应，使用刺激反应系统将药物递送到目标作用部位引起了人们的广泛关注。Ye等[27]研究了具有可生物降解和生物相容性的纳米阳离子聚脲聚合物，其与链霉菌素通过亚胺键进一步结合，以产生pH响应性的药物聚合物(PDC)。该研究结果表明药物聚合物释放的链霉素在治疗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌诱发的腹膜炎小鼠模型中表现出协同的抗菌活性，这是有希望解决抗生素耐药危机的治疗策略。为了更好地控制异质环境中释放的剂量、时间和位置，许多研究通过外部能源触发释放，例如光、声、电、磁等刺激。有研究[28]证明了带有化学物质的磁性纳米复合聚合物微球通过激发用交流磁场的微粒实现可控的累积释放，且环境的性质对其中颗粒所定位的性能无影响。但是，这些触发药物释放的能源可能在激发期间对周围健康组织或环境有害。近年来，旨在开发一种具有生物相容性、无毒、易于合成，具有成本效益且可行的纳米药物输送系统成为研究热点，仿生纳米材料逐渐走进人们视野，但其研究处于初步阶段，仍需更多地探索其毒性、生物相容性及载药效率。

纳米机器人是一种借助最先进的芯片和纳米技术，在原子水平上精确地建造和操纵物体的应用。纳米机器人可用作运送药剂的动态平台，当到达特定位置时，通过诱导触发有效载荷的释放，可以改善药物靶向性，相应减少药物的副作用[29]。最近的研究[30]表明纳米机器人可有效和自主地将抗生素有效载荷输送到感染部位，在临床相关的脓肿感染小鼠模型中证明了体内自主抗感染功效。这项技术代表了一种急需的工具，可以将治疗剂导向其目标，以帮助对抗耐药菌感染。在纳米机器人技术的应用过程中，最突出的风险是用于制造纳米机器人的NP的安全性问题。

临床前研究中，通过纳米载体进行的抗生素靶向输送常表现出优势，但评估其安全性和有效性的临床试验仍有限。尽管利用靶向药物输送系统的实验清单是广泛的，但由于缺乏监管指南，它们的临床应用受到阻碍。此外，有关局部感染部位最佳抗生素水平以及有效抗菌治疗的高药物水平所需持续时间的数据非常有限。

综上所述，纳米材料通过多种机制起到抗感染作用，可见纳米抗菌治疗是一种抗生素替代新优势策略，对重症肝病合并感染患者而言是极好的治疗方案。但目前研究仍未阐明纳米材料抗菌治疗的完整机制，考虑到纳米材料对人体及环境相关的毒副作用，开发绿色、环境友好、可降解、生物相容性、低毒性纳米材料抗菌正在进行[31]，其真正应用于临床仍需要不少时间。在应用之前，需要建立与生物体和组织的生物学效应以及与生物的特定药物应用的兼容性，可以在体外细胞毒性测试、溶血、血细胞聚集、神经毒性、免疫毒性、组织学相容性和其他属性方面建立评估标准。

5.小结与展望

肝脏是机体最重要的解毒器官，治疗药物的选择需更慎重，致病菌的耐药性日益增加对重症肝病感染性疾病的治疗构成了严重威胁。目前，抗菌材料的开发取得了显著进步，但对纳米材料具体的抗感染机制及其与免疫系统相互作用的理解仍然有限，需要进一步研究和探索。即使有出色的临床前研究结果，许多纳米材料的临床性能仍是无法预测的，纳米材料抗菌临床应用之前还有许多问题需要考虑，包括生物安全性、成本效益、可扩展性、可重复性以及长期对环境的影响等，严格的临床试验和长期安全评估是非常有必要的。总体而言，随着绿色合成纳米材料研究和开发的持续，纳米材料可能成为后抗生素时代治疗重症肝病合并感染的重要支柱。随着对其在生物医学中应用研究的深入及生物安全性问题的阐明和解决，纳米技术将成为医学研究和临床治疗中的一个重要手段，为人类带来福音。