多酚化合物抗菌活性的最新进展

柯春林，王 娣，谢海伟，汪张贵，吕超田，邓源喜

(蚌埠学院生物与食品工程系，安徽蚌埠233030)

多酚化合物抗菌活性的最新进展

柯春林，王 娣，谢海伟，汪张贵，吕超田，邓源喜

(蚌埠学院生物与食品工程系，安徽蚌埠233030)

多酚是高等植物的次级代谢产物，对人类健康有着潜在的作用，具有抗氧化、抗过敏、抗炎、抗癌、抗高血压和抗菌等多种生物活性。本文主要报道了多酚化合物的抗细菌和抗真菌活性，讨论了其作用机制及其结构与功能的关系。此外，考虑到目前微生物耐药性已成为全球日益关注的问题，本文也对多酚化合物协同抗生素的抗菌作用进行了讨论。

多酚化合物，抗菌活性，抗菌机制

Abstract:Polyphenols are secondary metabolites produced by higher plants，which have potential healthy properties on human organism，mainly as antioxidants，anti-allergic，anti-inflammatory，anticancer，antihypertensive，and antimicrobial agents.In the present review the antibacterial and antifungal activities of the most active polyphenol classes are reported，highlighting，where investigated，the mechanisms of action and the structure-activity relationship.Moreover，considering that the microbial resistance has become an increasing global problem，the synergistic effect of polyphenols in combination with conventional antimicrobial agents against clinical multidrug-resistant microorganisms was discussed.

Key words:polyphenol compounds;antimicrobial activity;antimicrobial mechanism

多酚是高等植物产生的次级代谢产物。根据其化学结构，多酚可分为黄酮和非黄酮两大类。黄酮类化合物的基本结构特征是2-苯基苯并［α］-吡喃或黄烷核，包括两个苯环(A和B)通过杂环吡喃环相连(C)。根据中央三碳链的氧化程度、B-环连接位置以及三碳链是否构成环状等特点，黄酮类化合物可分为黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、花色素、黄烷醇以及异黄酮等。非黄酮类多酚化合物主要有酚酸，它可进一步分为苯甲酸衍生物，如没食子酸、原儿茶酸以及肉桂酸衍生物。此外，多酚在植物组织中主要以糖苷或有机酸连在一起或与高分子量聚合物连在一起的形式存在［1-2］。近20年来，研究发现多酚能预防一些慢性疾病，如心血管疾病、癌症、骨质疏松症、糖尿病、神经退行性疾病。这些作用归功于它的抗氧化活性、自由基清除能力、螯合金属离子性质以及抑制不同酶活性的能力。近来又发现多酚参与细胞信号转导途径并能与细胞受体相互作用［3-4］。此外，植物性食品和药用植物中多酚类物质对不同微生物的抗菌活性也得到广泛的研究。多酚化合物中，尤以黄烷-3-醇、黄酮醇和单宁受到关注，与其他多酚类物质相比，它们具有更广泛和更高效的抗菌活性。事实上它们中的大多数成员能够抑制许多微生物的致病因子(如抑制生物膜的形成、减少对宿主配体的黏附力、中和细菌毒素)，并且显示了良好的抗生素协同作用。由于多酚具有抗菌活性，它们可以被开发成新型的食物防腐剂［5］;也可被开发成治疗各种微生物感染的创新抗菌药物［6-7］，这样可以缓解传统抗生素治疗中出现的微生物耐药性问题。本文报道了多酚化合物抗细菌和抗真菌作用及其协同抗生素对多重耐药病原体作用的最新研究进展。

1 黄烷－3－醇的抗菌活性

黄烷-3-醇中，尤以儿茶素类抗菌活性显著。20世纪90年代，研究者发现乌龙茶和绿茶儿茶素在体外能够抑制多种细菌的生长，如霍乱弧菌、变形链球菌、产气荚膜梭菌和大肠杆菌。最近发现绿茶儿茶素具有抗嗜麦芽窄食单胞菌的作用［8］。近来研究表明，茶叶中的儿茶素化合物如没食子儿茶素-3-没食子酸酯、表没食子儿茶素-3-没食子酸酯、儿茶素-3-没食子酸酯、表儿茶素-3-没食子酸酯等具有很强的抗食源性致病菌作用。这些化合物的抗菌活性强于一般抗生素，如四环素或万古霉素。据推测茶叶儿茶素可能对胃肠道微生物疾病发挥积极的抗菌作用［9］。茶叶儿茶素类中，表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)最受关注，其抗菌和抗真菌活性已得到深入研究。为了确定EGCG的抗菌活性，研究者采用56株幽门螺杆菌(一种产尿素酶并能引起人胃溃疡和胃癌的致病菌，其中包括19株对甲硝唑和/或克拉霉素高度耐药菌株)临床分离株进行实验，以确定这些菌在体外对EGCG的敏感性。结果发现EGCG最小抑菌浓度(MIC)为100mg/mL，而且那些对抗生素高度耐药性的临床分离菌株也表现出类似的EGCG敏感性［10-11］。如上所述，茶叶中的儿茶素具有抗大肠杆菌活性。值得注意的是在MIC为25mg/mL时，EGCG并不能影响大肠杆菌O157:H7的生长率，但表现出显著的抗菌活性，因为它能降低一些毒力因子的毒力，如生物膜的形成和细菌群运动［12］。EGCG还显示出时间依赖性和浓度依赖性的杀真菌活性。有研究表明包括白色念珠菌在内的几种真菌对EGCG比较敏感，并由此推断，黄烷-3-醇可用于治疗口腔、肠道和阴道等处白色念珠菌感染病，这些部位常常因为过度使用抗生素而导致白色念珠菌产生耐药性［13］。

2 黄酮醇的抗菌活性

黄酮醇对一些细菌具有很显著的抗菌活性，其中包括革兰氏阳性菌如金黄色葡萄球菌、嗜酸乳杆菌、内氏放线菌;革兰氏阴性菌如普氏菌、口腔链球菌、产黑普氏菌、牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌。对黄酮醇抗细菌作用机制的说法有多种，其中最令人信服的是黄酮醇通过凝集细菌菌体细胞而发挥抗菌活性［14］。下面的研究表明鼠李素、杨梅素、桑黄素和槲皮素对肺炎衣原体具有高度的抗菌活性。肺炎衣原体是一种专性细胞内革兰氏阴性病原体，常引起上呼吸道和下呼吸道感染，包括咽炎、鼻窦炎和肺炎。在目前研究中，用黄酮醇体外预处理的HL细胞(一种常用于肺炎双球菌培养的细胞)，同未加黄酮醇的对照组比较，实验组中的黄酮醇能把肺炎双球菌对细胞的感染率降低到50%，该实验中黄酮醇浓度为0.5～50μmol/L 不等［15］。不断在培养细胞中加入黄酮醇化合物，肺炎双球菌的致病性明显降低，降低程度从0～32%不等。对衣原体病抗菌效果最好的是鼠李素，在上述测试浓度范围内，鼠李素杀死了肺炎双球菌。此外，鼠李素的抗菌活性强于槲皮素和桑黄素，这可能是因为鼠李素A环上有甲氧基，具有较强的疏水性［15］。同时，黄酮醇优越的疏水性使它能够穿透细菌细胞磷脂膜，在致病菌细胞内发挥其抗菌活性。黄酮醇也具有抗真菌的活性，有研究显示蜂胶可减轻各类真菌性皮炎，对一些真菌如石膏样小孢子菌、须癣毛癣菌和红色毛癣菌具有抗菌活性，其活性主要与一些黄酮醇化合物单体如高良姜素和依沙黄素有关［16］。其他蜂胶活性多酚也陆续被发现，如黄酮中的松属素和松球素，查耳酮中的2＇，4＇-二羟基查耳酮和2＇，4-二羟基-3-甲氧基查耳酮，而且有研究表明这些多酚化合物具有抗菌活性［17-18］。

3 单宁的抗菌活性

单宁可分为原花青素(缩合单宁)和没食子酸鞣质和鞣花单宁(水解单宁)。原花青素来源于许多植物的果实、树皮、树叶和种子。它们常常是儿茶素类化合物的二聚体、寡聚体或多聚体。这些儿茶素类化合物常常在C4和C8(或C6)处进行连接，形成各种各样的聚合体。这些聚合体的不同点在于，首先是黄烷醇相互连接的区域和立体异构不同;其次是酚羟基不同;最后是黄烷-3-醇中羟基化C-环C3构象不同。这些寡聚黄烷醇可分为两种基本类型即A型和B型，其特点是两个黄烷醇之间为双重或单一的连接［1］。聚合度、单体及连接键的不同使得原花青素具有多种异构体，造成其分析起来很困难。分析原花青素的生物学特性或它们的构效关系是相当具有挑战性的工作。研究得比较多的是那些来自浆果的原花青素，它们能抑制多种致病菌的生长，如肾盂肾炎大肠杆菌、致龋变形链球菌和耐苯唑西林金黄色葡萄球菌［19］。蔓越莓原花青素主要由儿茶素四聚体和五聚体组成，其中至少有一个A-型连接，该结构是已报道的对病原菌有重要抑制活性的结构。几个机制可以解释A型原花青素对细菌生长的抑制作用，如破坏细菌细胞质膜的稳定性、改变细胞膜的通透性、抑制细胞外微生物酶活性、直接对微生物代谢途径作用或剥夺微生物生长所需要营养物质，尤其是重要的矿物质、微量营养素等(通过与原花青素螯合铁和锌金属)，其损耗严重限制了细菌生长［20-21］。

没食子酸鞣质和鞣花单宁类化合物为莽草酸衍生化没食子酸(3，4，5-三羟基苯甲酸)的代谢产物。通过各种酯化和酚氧化偶联反应产生众多(近1000个)单体和寡酚醛没食子酰基糖酯衍生物［1］。水解单宁具有很好的抗菌活性，如鞣花单宁类化合物悬钩子属和草莓属化合物(树莓、云莓和草莓)对革兰氏阴性肠道细菌(沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、幽门螺杆菌、大肠杆菌、梭状芽孢杆菌、弯曲杆菌和芽孢杆菌)有不同程度的抑制作用，但它们并不对革兰氏阳性菌乳酸菌作用，而且，常见的食源性人兽共患病的病原体李斯特菌也不会受这些浆果类化合物的抑制［22］。就没食子酸鞣质而言，五-O-没食子酰基葡萄糖、六-O-没食子酰基葡萄糖、七-O-没食子酰基葡萄糖、八-O-没食子酰基葡萄糖、九-O-没食子酰基葡萄糖和十-O-没食子酰基葡萄糖，这些从芒果内核分离到的化合物对食源性细菌具有抗菌活性。革兰氏阳性菌对这些化合物的敏感性强于革兰氏阴性菌。事实上，这些化合物对枯草芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、肉毒杆菌、空肠弯曲菌、单增李斯特菌和金黄色葡萄球菌的MIC值为0.2mg/mL或更小。对产肠毒素大肠杆菌和沙门氏菌产生抑制作用的MIC为0.5～1mg/mL。另外，在这种情况下，乳酸菌显示了较大的耐受性［23］。

没食子鞣质的活性与其对铁有较强的亲和力有关，同时也关系到其对膜结合蛋白的灭活作用。没食子鞣质类化合物的抗真菌活性源于硬木(如橡树和栗子)中鞣质类化合物，该鞣质类化合物能沉淀蛋白质和/或通过其强大的金属离子亲和力并移走金属辅助因子，形成一道微生物屏障。最近的一项研究显示，一种从降香黄檀(巴西常用的一种药用植物)中分离出的没食子鞣质类化合物(1.6μmol/L)对近平滑念珠菌有抗菌作用［24］。

4 非黄酮类多酚化合物的抗菌活性

据报道，与黄酮类化合物相比，非黄酮多酚类化合物表现出较弱的抗菌活性。尽管如此，一些研究结果也是值得一提的。非黄酮化合物中的一些酚酸(五倍子、咖啡因和阿魏酸)对革兰氏阳性(金黄色葡萄球菌和单增李斯特菌)和革兰氏阴性菌(大肠杆菌和绿脓杆菌)具有抗菌活性。这些非黄酮化合物的抗菌效果好于常规的抗生素，如庆大霉素和链霉素。不同的是，非黄酮多酚类化合物中绿原酸对革兰氏阳性菌没有抗菌作用［7］。值得注意的是另一种非黄酮化合物木酚素，最近的一项研究表明，墨西哥传统医药马兜铃属一种植物提取物中含有新木酚素，该化合物抗菌活性很强，对单耐变种和12株临床分离结核分枝杆菌的MIC为3.12～12.5mg/mL。这些结果证实了以前的研究以及木酚素生物学活性，推测这些化合物是潜在的抗结核病抗菌剂［25］。

5 多酚化合物在抗微生物耐药和抗感染药中的应用前景

目前在发达国家和发展中国家，传染病仍然是导致高发病率和死亡率的主要因素。由于抗生素选择性压力不断产生，误用和滥用抗感染药物也加快了抗生素耐药性微生物的产生速度(细菌、病毒或寄生虫)。在现有的临床用药浓度范围内，这些耐药性微生物仍然与一些非常严重的疾病密切相关，如艾滋病、肺结核、淋病、疟疾、流感、肺炎、腹泻以及由细菌生物被膜引起的慢性感染等。现有治疗方案对一些病原体(如耐青霉素、耐甲氧西林、耐万古霉素金黄色葡萄球菌和多重耐药霍乱弧菌)的作用极为有限，因此需要研发具有发展前景的新一代抗菌药物。由于抗生素是细菌或其他微生物的代谢产物，并能杀死或抑制其他细菌的生长和繁殖［26］，而植物次级代谢产物多酚，可作为防治植食性昆虫、真菌或细菌病的药物，因此多酚也能与抗生素联合使用，可增强其疗效，降低抗生素的剂量，从而减少抗生素使用中的不良反应［27-28］。

在体外，两种黄酮(山奈酚和槲皮素)协同利福平(一种复杂的大环抗生素)对甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌(MRSA)分离株具有抗菌作用［29］。至于作用机制，槲皮素和山奈酚单独使用仅仅显示轻微的β-内酰胺酶的抑制作用，但联用利福平时，它们对β-内酰胺酶具有良好的抑制作用(分别为57.8%和75.8%)。在同一研究中，作者研究了山奈酚和槲皮素协同环丙沙星的抗菌活性，当在环丙沙星中加入低于MIC量的山奈酚和槲皮素时，其抗菌活性大大提高。这些喹诺酮类药物的作用机制是结合金黄色葡萄球菌拓扑异构酶IV，抑制了细菌的DNA合成进而抑制了细菌的生长，同时引起细菌染色体中众多的双链DNA发生断裂，从而导致细菌细胞死亡。有研究表明槲皮素和山奈酚都能抑制细菌拓扑异构酶的催化活性，这也许可以解释一些环丙沙星协同槲皮素/山奈酚作用的结果［29］。最近的一项研究也证实了这个结果，即从月桂中分离的山奈酚苷能够协同喹诺酮类药物抗MRSA并降低其MIC值［30］。

许多文章报道，EGCG协同各种β-内酰胺类抗生素能够抗MRSA［31］。最近研究表明韩国绿茶多酚提取物含有五个主要的化合物(EGCG，EGC，儿茶素没食子酸，表儿茶素和ECG)，它们对13株MRSA临床株和17株甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌(MSSA)有抗菌作用。在这13株MRSA菌株中，低于最小抑菌浓度(＜0.5MIC)的多酚类物质与苯唑西林联用，其MIC值可减小到原来的1/8至1/128倍不等。这表明多酚具有协同苯唑西林抗临床MRSA菌的作用。至于其作用机制，二维聚丙烯酰胺凝胶电泳结果表明黄烷-3-醇可以以不同的方式刺激这些细菌中各种蛋白质的表达［32］。从冬青栎属分离出来的原花青素与传统抗菌素联合使用，不但对人类细菌具有抗菌作用，而且对一些真菌也有抗菌活性，同时原花青素与联苯苄唑和酮康唑联用可提高这些常规杀菌剂的活性［33］。

总之，最近二十年，大量的文献报道了一些多酚的体外抗菌活性。这些活性主要表现为直接的抗细菌和抗真菌作用以及抑制微生物致病因子作用。越来越多的证据显示多酚化合物能协同各种抗生素对抗多重耐药性的病原微生物。这些结果表明未来应该侧重对多酚化合物在体内的活性、毒性、生物利用度的研究，以确定其对人和动物感染性疾病的治疗效果。

［1］Quideau S，Deffieux D，Douat-Casassus C，et al.Plant polyphenols:chemical properties， biological activities， and synthesis［J］.Chem Int Ed，2011，50:586-621.

［2］D’Archivio M，Filesi C，Di Benedetto R，et al.Polyphenols，dietary sources and bioavailability［J］.Ann Ist Super Sanità，2007，43:348-361.

［3］Kang NJ，Shin SH，Lee HJ，et al.Polyphenols as small molecular inhibitors of signaling cascades in carcinogenesis［J］.Pharmacology ＆ Therapeutics，2011，130(3):310-324.

［4］Byun EH，Omura T，Yamada K，et al.Green tea polyphenol epigallocatechin-3-gallate inhibits TLR2 signaling induced by peptidoglycan through the polyphenol sensing molecule 67-kDa laminin receptor［J］.FEBS Letters，2011，585(5):814-820.

［5］Rodríguez Vaquero MJ，Aredes Fernández PA，Manca de Nadra MC，et al.Phenolic compound combinations on Escherichia coli viability in a meat system［J］.J Agric Food Chem，2010，58:6048-6052.

［6］Jayaraman P，Sakharkar MK，Lim CS，et al.Activity and interactions of antibiotic and phytochemical combinations against pseudomonas aeruginosa in vitro［J］.Int J Biol Sci，2010(6):556-568.

［7］Saavedra MJ，Borges A，Dias C，et al.Antimicrobial activity of phenolics and glucosinolate hydrolysis products and their synergy with streptomycin against pathogenic bacteria［J］.Med Chem，2010(6):174-183.

［8］Nicola C Gordon，David W.Wareham.Antimicrobial activity ofthe green tea polyphenol(-)-epigallocatechin-3-gallate(EGCG)against clinical isolates of Stenotrophomonas maltophilia［J］.International Journal of Antimicrobial Agents，2010，36(2):129-131.

［9］Fríedman M，Henika PR，Levin CE，et al.Antimicrobial activities of tea catechins and theaflavins and tea extracts against Bacillus cereus［J］.J Food Prot，2006，69:354-361.

［10］Yanagawa Y，Yamamoto Y，Hara Y，et al.Combination effect of epigallocatechin gallate，a major compound of green tea catechins，with antibiotics on Helicobacter pylori growth in vitro［J］.Curr Microbiol，2003，47:244-249.

［11］Brahma N Singh，Sharmila Shankar，Rakesh K Srivastava.Green tea catechin，epigallocatechin-3-gallate(EGCG):Mechanisms，perspectives and clinicalapplications［J］ .Biochemical Pharmacology，2011，82(12):1807-1821.

［12］Lee KM，Kim WS，Lim J，et al.Antipathogenic properties of green tea polyphenol epigallocatechin gallate at concentrations below the MIC againstenterohemorrhagic Escherichia coli O157∶H7［J］.J Food Prot，2009，72:325-331.

［13］Hirasawa M，Takada K.Multiple effects of green tea catechin on the antifungal activity of antimycotics against Candida albicans［J］.J Antimicrob Chemother，2004，53:225-229.

［14］CushnieTPT，HamiltonVES，ChapmanDG，etal.Aggregation of Staphylococcus aureus following treatment with the antibacterial flavonol galangin［J］.J Appl Microbiol，2007，103:1562-1567.

［15］Alvesalo J，Vuorela H，Tammela P，et al.Inhibitory effect of dietary phenolic compounds on Chlamydia pneumoniae in cell cultures［J］.Biochem Pharmacol，2006，71:735-741.

［16］Agüero MB，Gonzalez M，Lima B，et al.Argentinean propolis from Zuccagnia punctata Cav.(Caesalpinieae)exudates:phytochemical characterization and antifungal activity［J］.J Agric Food Chem，2010，58:194-201.

［17］Avila HP，Smania EF，Monache FD，et al.Structure-activity relationship of antibacterial chalcones［J］.Bioorg Med Chem，2008，16:9790-9794.

［18］Batovska D，Parushev S，Stamboliyska B，et al.Examination of growth inhibitory properties of synthetic chalcones for which antibacterial activity was predicted［J］.Eur J Med Chem，2009，44:2211-2218.

［19］Cöté J，Caillet S，Doyon G，et al.Bioactive compounds in cranberries and their biological properties［J］.Crit Rev Food Sci Nutr，2010，50:666-679.

［20］Heinonen M.Antioxidant activity and antimicrobial effect of berry phenolics ― a Finnish perspective［J］.Mol Nutr Food Res，2007，51:684-691.

［21］Dixon RA，Xie DY，Sharma SB.Proanthocyanidins― a final frontier in flavonoid research?［J］New Phytol，2005，165:9-28.

［22］Puupponen-Pimiä R，Nohynek L，Hartmann-Schmidlin S，et al.Berry phenolics selectively inhibit the growth of intestinal pathogens［J］.J Appl Microbiol，2005，98:991-1000.

［23］Engels C，Schieber A，Gänzle MG.Inhibitory spectra and modes of antimicrobial action of gallotannins from mango kernels(Mangifera indica L.)［J］.Appl Environ Microbiol，2011，77:2215-2223.

［24］Yamaguchi MU，Garcia FP，Cortez DA，et al.Antifungal effects of ellagitannin isolated from leaves of Ocotea odorifera(Lauraceae)［J］.Antonie Van Leeuwenhoek，2011，99:507-514.

［25］León-Díaz R，Meckes M，Said-Fernández S，et al.Antimycobacterial neolignans isolated from Aristolochia taliscana［J］.Mem Inst Oswaldo Cruz，2010，105:45-51.

［26］Martinez JL.The role of natural environments in the evolution of resistance traits in pathogenic bacteria［J］.Proc Biol Sci，2009，276:2521-2530.

［27］Coutinho HDM，Costa JGM，Lima EO，et al.Herbal therapy associated with antibiotic therapy:potentiation of the antibiotic activity against methicillin―resistant Staphylococcus aureus by Turnera ulmifolia L［J］.BMC Complement Altern Med，2009(9):13-35.

［28］Eumkeb G，Sakdarat S，Siriwong S.Reversing β -lactam antibiotic resistance of Staphylococcus aureus with galangin from Alpinia officinarum Hance and synergism with ceftazidime［J］.Phytomedicine，2010，18:40-45.

［29］Lin RD，Chin YP，Hou WC，et al.The effects of antibiotics combined with natural polyphenols against clinical methicillinresistant Staphylococcus aureus(MRSA)［J］.Planta Med，2008，74:840-846.

［30］Liu MH，Otsuka N，Noyori K，et al.Synergistic effect of kaempferol glycosides purified from Laurus nobilis and fluoroquinolones on methicillin-resistant Staphylococcus aureus［J］.Biol Pharm Bull，2009，32:489-492.

［31］Stapleton PD，Shah S，Anderson JC，et al.Modulation of beta-lactam resistance in Staphylococcus aureus by catechins and gallates［J］.Int J Antimicrob Agents，2004，23:462-467.

［32］Cho YS，Schiller NL，Oh KH.Antibacterial effects of green tea polyphenols on clinical isolates of methicillin-resistant Staphylococcus aureus［J］.Curr Microbiol，2008，57:542-546.

［33］Karioti A，Sokovic M，Ciric A，et al.Antimicrobial properties of Quercus ilex L.proanthocyanidin dimers and simple phenolics:evaluation of their synergistic activity with conventional antimicrobials and prediction of their pharmacokinetic profile［J］.J Agric Food Chem，2011，59:6412-6422.

Research progress in antibacterial activity of polyphenol compounds

KE Chun-lin，WANG Di，XIE Hai-wei，WANG Zhang-gui，LV Chao-tian，DENG Yuan-xi
(Department of Biotechnology and Food Engineering，Bengbu College，Bengbu 233030，China)

TS201.3

A

1002-0306(2012)17-0405-04

2012-03-13

柯春林(1976-)，男，博士，副教授，主要从事天然产物化学和食品微生物学方面的研究。

安徽省高等学校省级自然科学基金项目(KJ2012B094);蚌埠学院博士科研启动基金项目。