Specific labeling of outer membrane vesicles with antibiotic-conjugated probe reveals early bacterial infections in blood

采用抗生素偶联探针对外膜囊泡进行特异性标记，可揭示血液中早期细菌感染

论文信息：Nature communicationsIF：18.1,Date: 2025 Apr 14, DOI: 10.1038/s41467-025-58676-8

主讲人：吴毓皇，2026年10月8日

研究领域:

1.细胞外囊泡、游离核酸等“液体活检”新型生物标志物的临床应用、生理病理机制及检测技术；

2.生物传感、新型荧光分子、DNA纳米技术等先进功能材料与前沿技术的生物医学应用研究；

3.人工智能与大数据在检验医学中的应用。

研究背景：

  细菌感染的早期精准诊断仍存在明显不足。目前临床常用的CRP、PCT等宿主炎症指标特异性有限，在感染早期或局部感染时可能尚未明显升高；而血培养及病原核酸等病原学检测虽然特异性较高，但在低菌量、早期感染或既往接受抗菌药物治疗时容易出现假阴性，亟需寻找更灵敏、能更早反映真实细菌感染状态的病原来源生物标志物。

  革兰阴性菌在生长和应激过程中会持续释放外膜囊泡（OMVs），携带LPS、蛋白质、核酸及毒力因子参与宿主-病原相互作用，因此具有作为感染标志物的潜力；但由于OMVs在血液中的丰度较低，且与大量宿主来源EVs及脂蛋白等颗粒在大小和理化性质上高度相似，现有方法难以实现特异识别和准确量化。已有的DNA适配体、LPS抗体、纳米等离子体传感器和聚集诱导发光探针等方法虽取得一定进展，但仍存在交叉反应、复杂生物样本中特异性不足、成本高或操作复杂等问题。基于此，作者利用多黏菌素B对革兰阴性菌LPS的高亲和力，构建多黏菌素B-FITC（PmBF）荧光探针，并结合纳米流式细胞术，尝试实现血液中OMVs的特异标记和定量检测，从而评估其作为细菌感染尤其是早期感染生物标志物的可行性。

研究意义与目的：

目的：建立一种能够在复杂血液样本中特异、灵敏地识别并定量革兰阴性菌OMVs的方法，并进一步验证循环OMVs能否作为细菌感染的早期生物标志物。

意义：其研究意义在于，OMVs来源于细菌本身，理论上比CRP、PCT等宿主炎症指标具有更高的病原特异性；如果能够在血培养转阳前就检测到其升高，就有望用于更早识别细菌感染、辅助鉴别细菌与病毒/支原体感染，并为及时使用抗菌药物和疗效监测提供依据。

解决方案：

 构建PmBF荧光探针，利用多黏菌素B对革兰阴性菌LPS的特异结合能力，对OMVs进行选择性标记，并结合纳米流式细胞术实现复杂血液样本中OMVs的识别与定量。随后通过细胞、动物感染模型及临床血清样本验证该方法的特异性、灵敏度和生物相容性，并进一步评估循环PmBF⁺ EVs在早期细菌感染诊断、细菌与病毒/支原体感染鉴别以及感染动态监测中的应用价值。

总结与展望：

  本研究建立了基于PmBF特异识别LPS并结合纳米流式细胞术定量OMVs的方法，证明循环PmBF⁺ EVs可在感染早期升高，并具有辅助区分细菌感染与病毒、支原体感染的潜力，提示OMVs有望成为新的早期感染生物标志物。未来仍需扩大临床样本和病原菌种类，特别是耐药菌、革兰阳性菌及其他感染类型，并进一步优化探针与检测平台、降低仪器依赖，以提升其在POCT、疗效监测和临床转化中的应用价值。

  文章局限性：临床样本量相对较小，病原覆盖范围有限；对于存在LPS表面修饰的多黏菌素耐药菌，PmBF与OMVs的结合效率可能下降；目前仍缺乏对更多革兰阴性菌、耐药菌及其他病原类型的系统验证。 此外，虽然PmBF标记对OMVs整体结构和生物活性影响较小，但仍需更深入评价其对OMVs天然性质的潜在影响；同时，纳米流式细胞术设备成本较高、操作专业性强，也限制了该方法在床旁检测和大规模临床推广中的应用。