细菌生物被膜主要由细菌分泌的粘液组成，包裹在细菌周围，不仅保护细菌免受宿主免疫细胞的攻击，也使其很难被抗生素或普通消毒剂杀灭，这给临床治疗感染性疾病增添了很大困难。此外，细菌在医疗器械表面形成的生物被膜也是器械消毒的一大难题。有研究表明，与浮游形式相比，包裹在生物被膜里的细菌对抗生素的抵御能力提高了10-1 000倍^[1]。

值得注意的是，人类并非对生物被膜完全无能为力。目前大量研究显示，噬菌体及其编码的裂解酶对生物被膜有很好的清除效果。例如Shama等^[2]的研究证实，噬菌体可通过降解铜绿假单胞菌的胞外多糖来发挥清除生物被膜的作用。噬菌体及其成分阻断生物被膜形成的机制如下：(1) 雄性噬菌体抑制生物被膜形成；(2) 温和噬菌体能影响生物被膜的形成；(3) 裂解性噬菌体能直接降解生物被膜^[3]。噬菌体裂解酶是一类能由双链DNA噬菌体编码作用于细菌肽聚糖骨架酶类，根据作用底物作用键的不同，可分为五大类：N-乙酰葡糖胺酶、乙酰胞壁质酶、肽链内切酶、裂解性转糖基酶和酰胺水解酶；有研究显示噬菌体裂解酶对细菌形成的生物膜也有很好的破坏作用。这都为应用噬菌体及其裂解酶清除生物膜奠定了基础，在临床上应用于清除生物被膜方面有极大的潜在价值。

噬菌体是能感染细菌的一种病毒。目前已有许多实验尝试将噬菌体用于治疗感染性疾病，在20世纪50年代末抢救大面积烧伤病人邱财康时，原上海第二医学院微生物教研室(现上海交通大学基础医学院免疫学与微生物学系)余贺教授就前瞻性地建议使用噬菌体来控制铜绿假单胞菌感染，并最终取得了良好效果^[4]。目前，上海交通大学基础医学院免疫学与微生物学系郭晓奎课题组已经建立了包括有铜绿假单胞菌噬菌体、金黄色葡萄球菌噬菌体、肺炎克雷伯菌噬菌体和肠球菌噬菌体的噬菌体库，并报道了一株具有潜在临床应用价值的肺炎克雷伯菌噬菌体JD001^[5]和一株金黄色葡萄球菌噬菌体JD007^[6]。目前关于噬菌体清除生物被膜方面的研究也取得了一定进展，铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌等是院内感染的重要菌，它们易形成生物被膜，很难被清除。噬菌体在清除铜绿假单胞菌所形成的生物被膜方面，根据Phee等的研究，噬菌体JBD4和JBD44a能降解铜绿假单胞菌在微孔板中生长的PA14生物被膜；使用经这两种噬菌体处理过的微孔板培养铜绿假单胞菌PA14 24 h或96 h，产生生物被膜的量均明显少于在相等时间内、未经处理的微孔板上产生的生物被膜；然而，这两种噬菌体并不能明显减少人下颌切牙根管模型中由铜绿假单胞菌PA14产生的生物被膜^[7]。Hanlon等的研究显示，在微量滴定盘中将噬菌体F114和GL1分别与在直径为12 mm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)盘中生长了5、10、15和20 d的铜绿假单胞菌NCIMB 10548生物被膜混合，于37 °C放置24 h，检测剩余活细胞；与无噬菌体的对照组相比，经噬菌体处理的铜绿假单胞菌NCIMB 10548生物被膜样品，生物被膜量显著减少，而且减少量与噬菌体浓度密切相关^[8]。Kim等也研究发现，噬菌体PA1?是一种广谱噬菌体，能有效减少金黄色葡萄球菌ATCC25923、WS-05和D43-α，铜绿假单胞菌PAO1，人葡萄球菌KNUH-328和KNUH-329，以及表皮葡萄球菌KNUH-134和KNUH-174等细菌形成的生物被膜，在治疗生物被膜相关的铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的混合感染方面有很好的开发前景^[9]。噬菌体清除金黄色葡萄球菌所形成生物被膜方面，Kelly等在静态微量滴定板中将噬菌体K及6种噬菌体K的衍生物与金黄葡萄球菌Xen29混合，置于37 °C培养48 h后，金黄色葡萄球菌Xen29不再能形成生物被膜，并且未产生对噬菌体K的抗性^[10]。噬菌体清除大肠埃希菌所形成的生物被膜方面，研究者发现含有140种噬菌体的Lambda缓冲液可以清除食物样本中99.9%由大肠杆菌所产生的生物被膜^[11]。Chibeu等的研究显示，将其分离到的大肠埃希菌噬菌体(包括噬菌体ACG-C40、噬菌体ACG-C91和噬菌体ACG-M12)与42种能形成生物被膜的尿路致病性大肠埃希菌混合，在96孔聚苯乙烯微量滴定板上，37 °C培养24 h后，这些噬菌体对大肠埃希菌形成的生物被膜清除率达80.5%^[12]。噬菌体在清除其他细菌形成的生物膜方面也有报道，Soni等研究发现，单增生李斯特菌噬菌体P100可以清除13个不同血清型的单增生李斯特菌形成的生物被膜，在不锈钢试样表面生物被膜的清除率为3.5-5.4 log/cm2^[13]。临床上经常使用留置导管，细菌容易黏附在导管上形成生物被膜，会引起病人继发感染。Curtin等的研究显示，使用表皮葡萄球菌噬菌体465预处理用水凝胶或血清包被的硅酮导管，24 h后表皮葡萄球菌在导管表面形成的生物被膜显著减少，从而降低留置导管引起感染的可能^[14]。

由此可见，目前应用噬菌体清除细菌生物被膜的研究已取得一定进展。在一些特定条件下，噬菌体可以清除或抑制铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、单增生李斯特菌等细菌在有活性或无活性物体表面形成的生物被膜。

除噬菌体本身可以对生物被膜有一定清除作用外，研究表明噬菌体编码的裂解酶对细菌生物被膜也有清除作用。根据Lu和Collins的研究，他们通过基因工程的手段使大肠埃希菌噬菌体T7在感染菌体的同时表达裂解酶DspB，发现其对生物被膜中细菌数量的清除率可达99.997%，与未表达DspB的噬菌体相比，清除率有了明显的提高^[15]。Meng等在研究噬菌体裂解酶对猪链球菌的作用时也发现，噬菌体裂解酶LySMP在清除猪链球菌特别是SS2-4和SS2-H号菌株所形成的生物被膜时，清除率在80%以上；相同情况下单独使用噬菌体或抗生素，清除率通常在20%以下，相比较而言，噬菌体裂解酶LySMP清除猪链球菌形成的生物被膜效果更好；与此同时研究发现LySMP在清除猪链球菌生物被膜时，具有非剂量依赖性且LySMP可以同时灭活猪链球菌^[16]。除上述研究之外，Domenech等发现由肺炎链球菌或其噬菌体编码的不同的细胞壁裂解酶，在体外和动物模型中可以有效地消灭肺炎链球菌；其中LytA是一种主要的肺炎链球菌自溶酶，它是一种N-乙酰胞壁酰基-L-丙氨酸酰胺酶，对肺炎链球菌形成的生物被膜有强大的清除作用。除LytA之外细胞壁溶解酶还包括LytC、Pal、Cpl-1、Cpl-7和Ejl等，而且研究发现Lyt-A和Cpl-1协同作用能够更有效地清除肺炎链球菌生物被 膜^[17]。这些研究表明：噬菌体编码的裂解酶对生物被膜及受其保护的细菌有较好的清除和杀灭作用，可以利用裂解酶的这一特性，将来在临床上应用其治疗与细菌生物被膜相关的感染性疾病。

目前通过组合不同裂解酶结构域来增强裂解酶的杀菌功能，Yang等^[18]将Ply187 (Pc)和phiNM3的non-SH3b-like细胞壁结合结构域融合构建的裂解酶ClyH，在体内外都有很好的杀菌活性，而且对不同时期形成的生物被膜也有破坏作用^[19]。Fenton等的实验也证实，由来自金黄色葡萄球菌噬菌体K裂解酶LysK的截短结构域(Cysteine，histidine dependant amidohydrolase/peptidase) CHAPK产生的肽酶CHAPk能作为生物杀伤剂快速降解葡萄球菌形成的生物被膜，预防和治疗与生物被膜相关的葡萄球菌感染；研究表明纯的CHAPk能在4 h内完全消除金黄色葡萄球菌DPC5246的生物被膜。此外，CHAPk还能阻止金黄色葡萄球菌DPC5246生物被膜的形成，并可减少皮肤表面定殖的金黄色葡萄球菌数量^[20]。总之，通过不同蛋白结构域组合策略，可以设计出对细菌生物被膜清除活性更高的裂解酶类，为不远将来的应用奠定基础。

在整形外科手术中，由置入物引起的相关耐药菌感染是一个严峻的问题。Yilmaz等用48只大鼠建立了由置入物引起的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的感染模型，在耐甲氧西林金黄色葡萄球菌感染模型中，将48只大鼠分成4组，第1小组给予细菌特异性噬菌体Sb-1治疗，第2小组给予14 d的抗生素治疗[20 mg/(kg?d)替考拉宁]，第3小组给予Sb-1和抗生素联合治疗，第4小组作为对照组，初次治疗后的第15天，各小组的菌落形成单位为：对照组50 586；噬菌体30 788；抗生素17 165；噬菌体加抗生素组5 000，而只有噬菌体联合抗生素组没有观察到有生物被膜的形成^[21]。此外，金黄色葡萄球菌噬菌体SAP-26联合利福平可以促进金黄色葡萄球菌形成的生物被膜的降解^[22]。由此可见，噬菌体和抗生素联合使用能够促进耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的生物被膜溶解。

有些分子可以与噬菌体共同作用于生物被膜，影响其形成。肺炎克雷伯菌是一种能够形成生物被膜的关键细菌，是八大医院感染致病菌之一。由于噬菌体在注射后易移位，而且不易渗透到生物被膜内，所以单独使用噬菌体不能达到有效去除生物被膜的效果。而铁在细菌生长和生物被膜的形成过程中都起着重要的促进作用。Chhibber等在平板上使用二价钴离子来限制铁的含量并且联用噬菌体KPO1K2和NDP，发现可以阻止肺炎克雷伯菌B5055生物被膜的形成。由这一结果可知，铁拮抗分子如CoSO4和噬菌体联合使用能够作为阻止细菌生物被膜形成的辅助疗法^[23]。

Zhang等发现从城市污水中分离得到的RNA噬菌体混合物可用于控制和消除生物被膜，400 PFU/mL和4×107 PFU/mL浓度的噬菌体分别抑制了铜绿假单胞菌45%±15%和73%±8%的生物被膜形成。6 000 PFU/mL和6×107 PFU/mL浓度的噬菌体分别去除了45%±9%和75%±5%的铜绿假单胞菌生物被膜。210 mg/L氯能够减少86%生物被膜的生长，但不能去除已形成的生物被膜。然而，联合使用3×107 PFU/mL的噬菌体和210 mg/L氯能够减少94%生物被膜的生长，并清除88%已形成的生物被膜。该研究还发现，在一个连续流动并伴有生物被膜持续生长的系统中，噬菌体和氯联用5 d后去除了97%±1%的生物被膜，而噬菌体和氯单独使用时分别只去除了89%±1%和40%±5%的生物被膜。对已存在的生物被膜，联合使用较低浓度的噬菌体(3.8×105 PFU/mL)和氯，并不断用水冲洗，不到2 d就可除去96%±1%的生物被膜。激光扫描共聚焦显微镜辅以电镜观察的结果表明，联合治疗可致生物被膜细胞密度和活力达到最低。这些结果表明，噬菌体和氯联合治疗用于控制和消除各种表面的细菌生物被膜，是一种有效的方法^[24]。

以上研究提示：抗生素、铁离子和氯等物质都可以影响噬菌体对生物被膜的清除，有些有正向促进作用，有些则会降低清除效率，甚至促进生物被膜形成。这方面的研究成果可以用于指导选择更有效的佐剂，最大程度地发挥噬菌体清除生物被膜的作用。然而，噬菌体裂解酶联合抗生素或其他物质对生物被膜的清除和抑制作用方面，目前还未有相关研究报道。

在自然界和动物体内外，绝大多数细菌都会附着在物体表面以生物被膜的形式生长，附着在病灶或医用器械表面的形成细菌生物被膜，增加了细菌对多种因素的抵抗作用，给治疗带来了极大的难度。常规针对细菌所形成的生物被膜治疗手段弊端渐渐显现，抗生素用于应对已经形成生物被膜的细菌往往不能取得较好的疗效，寻找新的治疗手段已成为当前医疗迫切需要。细菌耐药的日益研究，噬菌体治疗重新受到重视^[25]。而噬菌体及其裂解酶对生物被膜的降解作用无疑为将来在临床上的治疗开辟新的领域。现在被认为的一些生物被膜相关的感染，包括中耳炎、尿路感染、牙周炎和烧伤感染，噬菌体治疗相关研究已取得了较大进展。调查表明，噬菌体在留置医疗装置如血管内导管的应用，可作为临床相关细菌如金黄色葡萄球菌形成生物被膜减少的策略^[26]。

目前噬菌体或其裂解酶对生物被膜清除的机制尚未达成共识。Shen等认为酶类物质发挥作用的主要机制有两种：(1)直接溶解宿主细菌；(2)为裂解生物被膜细胞外基质成分，从而暴露出细菌。他们的研究证实：PlyC，一种噬菌体编码的细胞内溶素，能直接溶解生物被膜基质内的化脓性链球菌^[27]。根据现有的研究结果对噬菌体或其裂解酶清除生物被膜的机制做出了以下猜测：已知细菌外表面的多糖是生物被膜细胞外基质的主要组成成分，这些“机智”的噬菌体通过产生多糖裂解酶来识别并降解多糖这一主要成分，此时生物被膜的结构遭到了降解，内在的细菌也暴露出来。一旦噬菌体进入了生物被膜内，溶解性噬菌体就能侵染并溶解宿主细菌，释放出更多子代噬菌体，加快细菌的溶解，而此时新生物被膜的形成和维持也会受到影响。值得一提的是，生物被膜内的细菌往往会表现出多重耐药性。抗生素面对生物被膜时的“无能为力”以及其大规模使用将导致细菌耐药性不断提高的问题日益突出。噬菌体及其裂解酶在清除生物被膜方面具有潜在应用价值。

然而，噬菌体及其裂解酶在应用方面也面临着诸多局限，比如宿主谱窄、裂解能力不强、稳定性不高、研发成本高等问题。针对噬菌体宿主谱窄的问题，研究者试图通过将针对不同型别或菌属的噬菌体制备成为鸡尾酒试剂，来克服噬菌体普窄的难题，有研究者将噬菌体与抗生素或者金属离子等一起联合使用来增强噬菌体的杀菌效果，也有研究者用基因工程手段制备基因工程噬菌体，来增强噬菌体清除细菌生物被膜的能力^[15]。针对噬菌体裂解酶宿主谱窄和杀菌能力不强的问题，目前研究者更多的是在研究裂解酶不同活性结构域功能的基础上，将不同功能域组合，形成嵌合体，或者去除某些功能域，来生产杀伤性更强的工程酶，拓宽其杀菌谱，增强其清除细菌生物被膜能力。随着越来越多的研究者参与到了噬菌体及其裂解酶类的研究中来，它们终将会应用于临床，造福于人类健康。