中药抗菌和逆转耐药作用机制研究进展

杭永付，薛晓燕，方芸，丁选胜，苗立云（.中国药科大学临床药学教研室，南京市20009；2.苏州大学附属第一医院，苏州市 25006；.南京大学医学院附属南京鼓楼医院，南京市 20008）

近年来，由于抗生素的滥用导致很多耐药菌的出现，给人类的健康造成了极大威胁。最近，英、印科学家在印度地区发现了一种“超级细菌”——含有一种名为新德里金属-β-内酰胺分解酶（NDM-1）的大肠杆菌，该菌几乎对目前所有的抗生素均耐药[1]。细菌耐药性问题再次成为人们关注的焦点，且形势变得异常紧迫，细菌耐药问题已经成为21世纪全球公共卫生问题[2]。

以金黄色葡萄球菌为例，纵观耐药菌的发展史，从青霉素敏感的金黄色葡萄球菌到产酶金黄色葡萄球菌到耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）再到耐万古霉素金黄色葡萄球菌（VRSA），新的耐药菌的出现总伴随着新一代抗生素的应用。由此可见，单从研发抗菌作用更强、抗菌谱更广的抗菌药物方面巳很难应对日益复杂的耐药菌。目前几乎所有的抗生素均出现了相应的耐药菌，可喜的是尚未出现中药耐药菌的报道，这对深入研究中药的抗菌作用机制和逆转耐药机制有着极其重要的意义。本文就中药抗菌和逆转耐药的机制作一综述，以供参考。

1 中药抗菌作用机制

国内、外很多学者对中药的抗菌作用进行了研究，结果发现中药的体内抗菌作用很难单纯用体外抑菌试验来解释，表明中药还存在其他作用机制，可能是通过对细菌和机体多环节多途径的综合作用来实现的[3]。

1.1 抑制菌体内能量的生成

三羧酸循环是需氧生物体内普遍存在的代谢途径，抑制需氧菌中糖代谢途径是中药抗菌的机制之一。大豆异黄酮（SI）[4]对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌等均有明显的抑制作用。SI的有效组分与苹果酸脱氢酶（MDH）相结合，酶的分子结构变化使酶的活性降低，从而导致菌体三磷酸腺苷（ATP）和烟酰胺辅酶（NADH）的合成受阻，抑制呼吸代谢系统，最终使菌体的合成代谢受到抑制。从刺桐中分离的黄酮类化合物Bidw illon B[5]在最小抑菌浓度（M IC）时显著抑制胸腺嘧啶苷、尿嘧啶核苷、葡萄糖和异亮氨酸进入MRSA，阻碍了能量物质的摄取，抑制了MRSA的生长和恢复。

1.2 改变细胞膜和离子通道的通透性

中药有效成分还可以改变细胞膜和一些离子通道的通透性。中药活性成分肉桂醛、柠檬醛影响了黄曲霉细胞膜麦角甾醇的生物合成，引起真菌细胞膜功能异常，从而抑制了它的生长繁殖，但药物抑制了麦角甾醇生物合成的哪一个环节或多个环节，还有待进一步研究[6]。黄连的主要有效成分为小檗碱[7]，其作用于枯草杆菌后可以使胞内钙离子流失，尤其是小檗碱浓度在2.0mg·m L-1时，钙离子流失非常严重，明显大于阳性对照多粘菌素造成的流失。进一步研究其机制发现并不是小檗碱破坏了细胞壁或者细胞膜，而是可能与小檗碱作用于细胞膜上的钙离子通道有关，改变了离子通道的通透性。

1.3 抑制菌体内酶的活性

细胞新陈代谢的所有化学反应几乎都是在酶的催化作用下进行的。现代研究发现，中药对菌体内多种重要酶类均有抑制作用。拓扑异构酶（Topo）是一大类非常重要的酶，能够催化DNA链的断裂和结合。SI浓度为6.4mg·m L-1时，可完全抑制金黄色葡萄球菌TopoⅠ和TopoⅡ的活性[4]。且当SI浓度＞3.2mg·m L-1时，其对pBR322（常用大肠杆菌质粒载体之一）DNA有直接断裂作用。小檗碱对TopoⅠ的活性也有一定的抑制作用[8]。另有研究发现，小檗碱还能与大肠埃希菌分裂过程中的重要蛋白丝状温度敏感蛋白Z（FtsZ）相结合，影响了FtsZ蛋白鸟苷三磷酸（GTP）酶的活性从而起到抗菌作用[9]。国外有报道[10]，金光蜡菊中高良姜黄素抗耐氟喹诺酮类金黄色葡萄球菌可能与高良姜黄素作用于TopoⅣ（GrlB）亚基氨基酸有关。

β-内酰胺酶也是细菌耐药的重要机制之一，不少文献表明单味中药或者复方对β-内酰胺酶均有抑制作用。黄通旺等[11]筛选出能够抑制β-内酰胺酶的抗菌中草药石芽茶、大蒜、谷精籽的提取液，对氨苄西林诱导出来的β-内酰胺酶有着不同程度的抑菌作用，抑酶率在30%～45%之间，其中大蒜原汁抑菌作用最强。乳酸脱氢酶（LDH）是糖酵解过程中一种重要的酶，戴鼎震等[12]研究复方蛇床子涂膜剂时发现蛇床子等浓度为0.0625 g·m L-1时，无乳链球菌中LDH的含量与对照组相比均明显下降，提示复方蛇床子涂膜剂中的药物成分可能是通过抑制LDH而起抑菌作用。

1.4 增强中性粒细胞的吞噬功能

人体的免疫系统在抵御细菌感染的过程中发挥着主导作用，淋巴细胞是构成免疫系统的核心成分，它能发现并清除外来病原微生物。穿心莲的有效抗菌成分穿心莲内酯化合物使肺炎球菌所致兔眼角膜感染的病程缩短了4～5 d。张志林等[13]在测定血中性粒细胞吞噬肺炎球菌的功能时发现吞噬细菌的白细胞数占18%（NS组为9.5%），吞噬细菌的中性粒细胞数占93%（NS组为74%），与对照组相比均有极显著性差异。说明穿心莲内酯化合物能显著增强中性粒细胞对肺炎球菌和金黄色葡萄球菌的吞噬功能，发挥疗效。

1.5 减少细菌内毒素的释放

众所周知，抗生素均是促进内毒素释放的，而最近报道了一些中药可以减少内毒素的释放。朱义用等[14]在大鼠盲肠结扎并穿孔造成的腹腔感染模型中发现大黄能延缓和减少血浆、肺组织和支气管肺泡灌洗液（BALF）中的内毒素含量的增加。常明向等[15]也观察到了大黄甲醇提取物减少大肠杆菌内毒素释放的现象。另外，中药与抗生素联用也有此效。草珊瑚注射液单用和联合头孢曲松均比单用头孢曲松产生的肺炎克雷伯菌内毒素少[16]，联用显示了更强的减少内毒素释放作用。由上可见，一些中药如大黄、草珊瑚等具有抗菌和减少内毒素释放双重功效。

1.6 代谢产物发挥抗菌作用

从代谢产物的角度去研究中药的抗菌机制为中药的研究打开了一个全新视角。严梅桢等[17]比较黄芩煎剂及其肠道菌代谢产物的抗菌效果，体外试验发现两者均有抗菌作用，但代谢产物对沙门氏菌、痢疾杆菌和变形杆菌的作用均明显强于黄芩煎剂；体内试验发现黄芩煎剂代谢产物对分别由金黄色葡萄球菌和大肠杆菌感染引起的伪无菌小鼠死亡有明显保护作用，而黄芩煎剂则无。这提示黄芩煎剂可能是通过肠道菌转化后的代谢产物发挥抗菌作用的。

1.7 抑制蛋白质的合成

蛋白质是生命的物质基础，细菌的各种活动包括耐药均有蛋白质的参与。王海涛[4]研究显示，SI可以抑制金黄色葡萄球菌总蛋白质的合成，其作用28 h后蛋白表达量减少了90.1%。同位素前体渗入抑制实验在体内证明了小檗碱[7]也可以与细菌的DNA结合，抑制蛋白质的合成。

1.8 抑制细菌生物被膜的形成

生物被膜的形成是细菌耐药、感染反复发作等临床问题的重要原因之一，抑制生物被膜一直以来也是人们关注的焦点。甘澍[18]研究了尿感宁颗粒对术后留置输尿管支架管上细菌生物被膜的影响。结果显示，中药与抗生素对预防细菌生物被膜形成效果相当。单用中药和西药与空白组比较有显著性差异（P＜0.01），联用与单用比较也有显著性差异。黄连素浓度在1～50mg·L-1范围内能显著降低MRSA的黏附和侵入人牙龈成纤维细胞内的能力[19]。

此外，大量的实验表明，中药对目前比较棘手的耐药菌均有显著的抗菌作用。栾耀芳等[20]观察了黄芩、黄连、大青叶3味中药的水煎液对产酶和不产酶大肠杆菌的抑制作用。黄芩对产酶菌的作用最好，产酶与不产酶之间没有显著性差异。黄柏、白头翁、金银花、连翘等对MRSA、甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌（MSSA）抑菌作用强度亦基本相同[21]，这提示MRSA对清热解毒中药无耐药性。中药对临床上耐药机制明确的细菌和敏感菌的作用无差异，从反面证实了中药抗菌机制与西药抗生素的抗菌作用有很大区别，这也为临床上从中药这条途径来寻求解决MRSA等问题提供了一条新的途径。

2 中药逆转细菌耐药性的机制

在研究抗菌机制的同时人们也把目光聚焦在如何恢复已经耐药的细菌对抗菌药物的敏感性方面。中药在这方面的作用尤为引人瞩目，目前已取得一些可喜进展。

2.1 消除抗药性（R）质粒

20世纪80年代，国内、外学者试图通过消除R质粒来逆转细菌耐药，但由于西药的较强毒副作用，人们开始把目光投向传统中药。为此，我国学者进行了大量的体内、外研究，结果中药体内对R质粒的消除作用明显强于体外，这可能与体内细菌不仅受到药物的作用，同时还受到机体的内环境，特别是免疫因素的影响有关。

研究比较多的是黄芩、黄连，两者联用可使R质粒消除率提高10倍，可见中药配伍可大大增强R质粒消除作用。中药的不同组分的R质粒消除率也不同，如艾叶乙醇提取物的消除率最高可达69.4%，艾叶挥发油的消除率为16.67%[22]。张文平等[23]研究表明，中药千里光对大肠杆菌R质粒具有消除作用，且含药血清消除作用强于其水浸液，达14.9%。从R质粒消除的表型来看，经千里光水浸液作用后均表现为单一耐药性的丢失，而含千里光血清作用后还可表现为多重耐药性的丢失，其中以四环素的耐药性消除最多。

2.2 抑制细菌主动外排泵

主动外排机制是多数耐药菌的重要耐药机制之一，也是多重耐药的重要原因之一。国内不少学者发现，中药还可以通过抑制多种外排泵来逆转耐药。宋战昀等[24]构建了含有norA外排泵基因介导的金黄色葡萄球菌的多重耐药菌株，从50种中药提取液中筛选了4种中药（浙贝母、射干、穿心莲和菱角）提取物，发现它们对外排泵介导的金黄色葡萄球菌耐药性有抑制作用，逆转了金黄色葡萄球菌的耐药性。adeABC基因的过度表达是鲍曼不动杆菌对环丙沙星耐药的重要原因[25]，国产萝芙木根中提取的生物碱利血平对外排泵adeABC的抑制作用使得鲍曼不动杆菌对环丙沙星的敏感性部分恢复。穿心莲内酯对铜绿假单胞菌外排泵MexAB-OprM介导的耐药也具有逆转作用，该作用并非是通过抑制密度感应信号C4-HSL的分泌来实现的[26]。

2.3 抑制超广谱β-内酰胺酶（ESBLs）

β-ESBLs通过水解抗菌药物从而起到耐药的作用。现在研究认为，部分中药对目前临床上的产ESBLs的菌株具有逆转耐药性作用。刘平等[27]探讨发现黄芩、黄柏、黄连、连翘、千里光这5种中药水煎液对产ESBLs及持续高产AmpC酶菌株均有抑菌作用。其中黄芩抑菌效果较好。三黄汤、黄连解毒汤、五味消毒饮对产酶大肠杆菌的逆转机制也是通过抑制ESBLs的活性和表达产生逆转效果的[28]。

国外学者从熊莓和狗蔷薇中分离得到的多酚类化合物柯里拉京和tellimagrandinⅠ[29]可以降低MRSA的PBP2a的产生，经和该化合物孵育后的MRSA产生的PBP2a几乎完全失去了结合Bocillin FL的能力；PBP2和PBP3的结合能力也有所降低。显示这2种化合物可以显著降低MRSA对β-内酰胺类的耐药。黄芩苷使MRSA对苯唑西林的M IC下降了2～4个倍比稀释度，16μg·m L-1的黄芩素即可显著逆转MRSA对苯唑西林的高度耐药，这也与两者对MRSA产生的PBP2a有显著抑制作用有关[30]。

2.4 抑制耐药基因的表达

蟾酥为蟾蜍科动物中华大蟾蜍或黑眶蟾蜍的耳后腺及皮肤腺分泌的白色浆液。最近研究[31]表明，其水提液和醇提液在与含有耐药基因TEM和CTX-M-9的大肠杆菌作用5 d后，可使耐药基因的mRNA表达丧失，逆转了耐药大肠杆菌的耐药性。这为今后蟾酥的开发提供了依据。

3 结语

由上可见，中药抗菌机制可以分为两类：一类是通过各种途径直接对细菌进行抑制；第二类是通过提高人体的免疫力来抗菌。目前人们似乎更专注于药物直接抗菌的研究，对中药提高人体免疫力抗菌的这种间接方式研究偏少。当人体免疫力不足以抑制细菌的侵犯时就需要药物来维持这个平衡。中药在这方面具有“扶正祛邪”的双重功效，对这方面的研究将有助于中药抗菌机制的进一步阐明。中药逆转耐药机制作为中药抗菌研究的一个新的领域已经悄然兴起，并且取得了不少成就，在耐药形势如此严峻的情况下让人们看到了希望。目前的研究还局限于体外，还需要体内试验乃至临床试验的进一步证实。

“知己知彼”方能“百战不殆”。细菌感染和耐药均是群体行为，细菌之间可以通过某些化学信号分子进行信息的传递。最近对菌群的研究[32]发现，在菌群中真正有耐药性的细菌只有不到1%，但整个菌群的M IC较小样本的M IC要高。进一步研究发现，耐药大肠杆菌在抗菌药物的压力下会释放出一种名为“吲哚”的分子信号蛋白对敏感菌进行保护，使得它们也具备了耐药功能。由此可见，细菌之间的“交流”在细菌耐药中起着很大的作用。中药对细菌之间信号传递的作用的研究甚少，如何阻断细菌之间的信息传递是抗菌和逆转耐药机制今后研究的一个新方向。

综上所述，目前对中药抗菌作用机制和逆转耐药的研究还处于初级阶段，大部分机制是针对孤立的耐药菌株，而以菌群为单位的研究甚少。中药在中医理论指导下才能发挥最大疗效。中药抗菌并非要将细菌“赶尽杀绝”，而应该是将菌群与机体之间的“失衡状态”进行“再平衡”。这与现代的将感染菌清除的同时要维持菌群平衡的理念相吻合。目前“突变选择窗”理论提倡的关闭突变选择窗策略就是多种不同机制同时作用，这也与中药的多途径、多靶点机制具有相似性，但是中药抗菌的多途径、多靶点机制是一个很宽泛的概念，其各成分作用途径和靶点之间是否具有协同作用、抗菌作用机制与逆转细菌耐药性之间是否存在相关性等问题还有待深入研究。

[1]Kumarasamy KK，Toleman MA，Walsh TR，etal.Emergence of a new antibiotic resistancemechanism in India，Pakistan，and the UK：amolecular，biological，and epi-dem iological study[J].Lancet Infect Dis，2010，10（9）：597.

[2]Patrick DM，Hutchinson J.Antibiotic use and population ecology：how you can reduce your"resistance footprint"[J].Cmaj，2009，180（4）：416.

[3]刁人政.中草药抗大肠杆菌及感染研究进展[A].大连：第九次全国中医药防治感染病学术交流大会论文集[C]，2009：94.

[4]王海涛.大豆异黄酮的抑菌活性及其机制的研究[D].大连：辽宁师范大学，2009.

[5]Sato M，Tanaka H，YamaguchiR，etal.Synergistic effects ofmupirocin and an isoflavanone isolated from Erythrina variegata on grow th and recovery ofmethicillin-resistant Staphylococcusaureus[J].IntAntimicrob Agents，2004，24（3）：241.

[6]谢小梅，龙 凯，方建茹，等.肉桂醛、柠檬醛抑制黄曲霉生长机制研究[J].中国公共卫生，2007，23（3）：301.

[7]华国强.小檗碱抑菌特点即抑菌机制的初步研究[D].济南：山东大学，2005.

[8]Li TK，Bathory E，LaVoie EJ，et al.Human topoisomerase I poisoning by protoberberines：potential roles for both drug-DNA and drug-enzyme interactions[J].Biochemistry，2000，39（24）：7 107.

[9]Domadia PN，BhuniaA，Sivaraman J，etal.Berberine targetsassembly of escherichia colicell division protein FtsZ[J].Biochemistry，2008，47（10）：3 225.

[10]Cushnie TP，Lamb AJ.Assessmentof the antibacterialactivity of galangin against 4-quinolone resistant strains of staphylococcus aureus[J].Phytomedicine，2006，13（3）：187.

[11]黄通旺，杨撷强，庞 珊.抑制β-内酰胺酶的中草药的筛选研究[J].汕头大学学报（自然科学版），2000，15（2）：46.

[12]戴鼎震，杨永贵，方泰惠，等.中药体外抑菌效果及其对无乳链球菌LDH的影响[J].江苏农业学报，2006，22（1）：38.

[13]张志林，顾亚明，吴菊芳，等.穿心莲内酯化合物抗感染机制探讨[J].新药与临床，1982，1（1）：3.

[14]朱义用，景炳文，娄永华.大黄对肠源性感染早期肺损伤大鼠内毒素的影响[J].医药导报，2004，23（1）：13.

[15]常明向，章 晶，陈科力.黄连、赤芍及大黄对大肠杆菌内毒素释放的影响[J].中成药，2007，29（5）：752.

[16]朱国婵，俞 冰，康盛坤.3种中药对细菌释放内毒素的影响[J].中国药业，2009，18（10）：25.

[17]严梅桢，左 风，宋红月，等.黄芩汤及其代谢产物抗菌作用的比较研究[J].中国中药杂志，2003，28（3）：243.

[18]甘 澍.中药对在体输尿管支架管细菌生物膜形成的影响[D].广州：广州中医药大学，2007.

[19]Yu HH，Kim KJ，Cha JD，etal.Antimicrobial activity of berberine alone and in combinationw ith ampicillin or oxacillin against methicillin-resistant Staphylococcus aureus[J].Med Food，2005，8（4）：454.

[20]栾耀芳，张凤花，吴国英.黄芩等8种中药对产β-内酰胺酶大肠埃希菌的敏感性研究[J].山东中医杂志，2005，24（10）：629.

[21]杨明炜，陆付耳，徐丽君，等.20种清热解毒中药对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌体外抑菌的初步观察[J].中国药师，2006，9（2）：141.

[22]韩 伟，张 铁，钟秀会.中药对细菌R质粒消除作用的研究概况[J].中国畜牧兽医，2006，33（8）：52.

[23]张文平，曹镐禄，张文书，等.千里光对大肠埃希菌R质粒消除作用的血清药理学研究[J].广东医学，2007，28（8）：1 238.

[24]宋战昀，冯 新，韩文瑜，等.金黄色葡萄球菌norA外输泵中药耐药抑制剂的筛选[J].吉林农业大学学报，2007，29（3）：329.

[25]范志茹.耐环丙沙星鲍曼不动杆菌主动外排机制的研究及耐药逆转初步探讨[D].长沙：中南大学，2009.

[26]郭 威，周 莹，叶 露，等.穿心莲内酯抑制铜绿假单胞菌外排泵MexAB-OprM的作用[J].中国医院药学杂志，2010，30（16）：1 343.

[27]刘 平，叶惠芬，陈惠玲，等.5种中药对产酶菌的抑菌作用[J].中国微生态学杂志，2006，18（1）：39.

[28]贾云鹏，程 宁.中药对大肠埃希菌抗生素耐药性逆转作用的实验研究[J].陕西中医，2009，30（3）：366.

[29]Shiota S，Shim izu M，Sugiyama J，et al.Mechanisms of action of corilagin and tellimagrandin I that remarkably potentiate the activity of beta-lactams against methicillin-resistant Staphylococcus aureus[J].Microbiol Immunol，2004，48（1）：67.

[30]陈勇川，谢林利，熊丽蓉，等.黄芩苷/黄芩素对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌抗药性的逆转作用研究[J].中国药房，2008，19（9）：644.

[31]余道军，徐叶艳.蟾酥逆转大肠埃希菌耐药性的研究[J].中华中医药学刊，2010，28（5）：1 033.

[32]Lee HH，Molla MN，Cantor CR，et al.Bacterial charity work leads to population-w ide resistance[J].Nature，2010，467（7 311）：82.