植物提取物对细菌毒力因子抑制作用研究进展

刘晓琳，宋雪娇，徐程程，孙 磊，田春莲，张德显，刘明春

（沈阳农业大学畜牧兽医学院，辽宁沈阳110866）

抗菌药物是治疗细菌性感染的重要方法，是通过限制细菌自身成分的合成和组装来干扰细菌的生长，但是却导致了靶细菌的耐药性问题。近年来，研究人员将抗菌药物的研发从传统的以抑菌或杀菌能力为主要指标的研究转变到干预感染过程的模式。细菌的毒力因子是细菌引发疾病的主要因素，目前已经发现的毒力因子包括内毒素、溶血素、肠毒素、神经氨酸酶以及与侵袭力相关的一些毒力因子，如荚膜、黏附素和蛋白酶等。细菌的毒力因子通常不是细菌生长所必须的，以细菌毒力为作用靶标的抗菌药物对细菌生长的选择压力比较小，进而不易产生耐受性［1］。因此，抗毒力策略成为一种替代策略而受到广泛的关注。

抗毒力因子药物的研发依赖于具有抗毒力因子特性的天然化合物的发现，而药用植物是人们寻找这种天然化合物的重要资源，国内外学者对植物提取物在抑制毒力因子方面进行了大量的研究，如在抗金黄色葡萄球菌毒力因子的研究中，绿茶提取物茶多酚和黄芩提取物黄芩苷能够对其毒力因子α－溶血素产生抑制作用［2－3］；来源于多种植物中的多酚类化合物能够对霍乱弧菌中霍乱肠毒素、变异链球菌的黏附性等致病菌的毒力因子产生抑制作用［4］。本文对国内外研究人员在植物提取物抑制毒力因子方面的研究进展进行综述，为植物提取物作为新型的细菌性疾病治疗药物提供参考。

1 植物提取物对内毒素的抑制作用

内毒素作为细菌毒素是致病菌产生致病性的重要毒力因子。内毒素主要是革兰阴性菌细胞壁中脂多糖的成分，它的毒性程度弱，能够介导多种炎症反应。而多数植物提取物可以通过抑制炎性细胞的活性或炎性介质的释放来抑制内毒素的毒性作用［5］。

在内毒素介导炎性因子释放的过程中，小鼠分裂原活化蛋白激酶P38（MAPkp38）的激活是炎症发生的重要环节，MAPkp38的激活可促使IL－6（白细胞介素6）和TNF－α（肿瘤坏死因子）等炎性因子基因的表达和产生，引起炎症反应。而板蓝根提取物能够抑制内毒素诱导的MAPkp38的激活，从而发挥抑制内毒素的致炎作用［6］。板蓝根的活性物丁香酸、苯甲酸和水杨酸等对大肠埃希菌的内毒素也具有良好的抑制作用［7］，进一步证实了板蓝根具有抗细菌内毒素的作用。Bae H 等［8］研究了五味子提取液对经内毒素灌注的小鼠组织的影响，结果显示五味子提取液能够抑制中性粒细胞和巨噬细胞浸润，并降低炎性因子IL－8（白细胞介素8）和MCP－1（单核细胞趋化因子）的分泌，进而发挥抗内毒素作用。因此，部分植物提取物可调节炎性细胞或者在一些药物植物提取物的作用下增强免疫调节作用，通过这些途径降低了细菌毒力对机体的损害作用。

2 植物提取物抗溶血素作用

溶血素是细胞溶素中的一部分，能够使红细胞溶解。很多革兰阳性菌和阴性菌都能产生溶血素，作用于细胞膜，破坏其结构和功能，使细胞内大量成分泄露，最终导致细胞死亡。溶血素是多种细菌致病过程中最为重要的毒力因子之一，已经成为国际上抗细菌感染药物开发的重要靶标。金黄色葡萄球菌分泌的α－溶血素（Hla）是一个由hla基因编码的33.2ku多肽，Hla以水溶性单体的形式分泌，然后形成一个232.4ku的膜内嵌入七聚体。Hal通过七聚体的调节使水分、离子和小分子量分子泄漏到细胞外，并且能够使细胞溶解［9］。有研究表明，黄芩中的黄芩苷能够结合在Hal的结合位点Y148，P151和P153上，通过这些相互结合而抑制七聚体的形成，继而对金黄色葡萄球菌的Hla产生抑制作用，阻断了其对机体的损害作用［3］。邱家章等［10］的研究表明甘草中甘草查尔酮E能够显著降低金黄色葡萄球菌Hla的分泌，但其作用机制是甘草查尔酮E对agrA（hla基因受到agrA的正向调节而使Hla的分泌增加）的转录产生抑制性。

大蒜提取物大蒜素对多种革兰阳性菌和革兰阴性菌具有较强的抑制作用。大蒜素中的二硫化合物可以结合到肺炎链球菌溶血素的活性位点半胱氨酸残基上，从而抑制了巯基酶的活性，而该半胱氨酸残基是保护肺炎链球菌溶血素相关氨基酸序列的关键残基，大蒜素通过此过程降低了肺炎链球菌溶血素的活性。而在大蒜素抑制副猪嗜血杆菌溶血素的研究中，发现经过8μg／mL和16μg／mL大蒜素处理的副猪嗜血杆菌，溶血素的表达基因hhdA受到显著抑制，从而使溶血素的分泌降低，表明大蒜素能够抑制副猪嗜血杆菌溶血素的分泌［11］。尽管上述几种植物提取物对于不同细菌的溶血素的作用机制不同，但是它们都是从调节溶血素的表达基因和竞争活性位点两个方面来达到抑制溶血素的效果。

3 植物提取物对肠毒素的抑制作用

肠毒素是一种由多种细菌产生的外毒素，可引起呕吐、腹泻等，金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌、霍乱弧菌、产气荚膜梭菌等都能够产生肠毒素。很多植物提取物都能够对霍乱肠毒素产生抑制作用，但是它们的作用机制却各不相同。生姜可通过将其提取物6－姜酚结合到霍乱肠毒素上，干扰霍乱肠毒素与肠上皮细胞表面的神经节普脂GM1受体的结合，从而达到抑制霍乱肠毒素的效果［12］。而常见的红辣椒的提取物辣椒素对霍乱肠毒素也有很好的抑制作用。通过对辣椒素的反转录实时定量PCR 分析发现，辣椒素能够抑制ctxA、tcpA 和toxT这3种调节肠毒素产生的基因的转录，而对这3种基因转录有着负性调节的hns基因的转录却显著提高，由此可见辣椒素通过提高hns基因的转录来抑制霍乱肠毒素的产生［13］。因此，植物提取物对于霍乱肠毒素的作用机制因其植物种类和成分的不同而异，但主要是干扰肠毒素的致病过程或抑制基因的转录调控。

4 植物提取物对神经氨酸酶的抑制作用

神经氨酸酶能够水解唾液酸（N－乙酰－神经氨酸）与糖蛋白之间的糖苷键。作为一种重要的致病菌毒力因子，能够调节细胞间的识别和黏附作用，同时还能够利用宿主唾液残基进行伪装，使细菌表面唾液酸化，进而逃避宿主的先天和选择性免疫。

有资料报道，金银花、丹参、薄荷、桑叶、青蒿和蒲公英提取物的活性化合物可以作为H1N1病毒神经氨酸酶抑制剂，其可能的作用机制是这些植物的活性化合物表面周围的氧原子团能够与受体蛋白神经氨酸酶活性位点Arg118、Arg292、Arg371和TYR406形成氢键，从而对神经氨酸酶产生抑制作用［14］。此外，Xie Y等［15］研究了天然植物中化合物咖啡酸对流感病毒神经氨酸酶的影响，表明咖啡酸衍生物对神经氨酸酶具有抑制活性。对于咖啡酸神经氨酸酶抑制剂的具体作用机制还不是很明确，有研究表明，将含有咖啡酰基的植物性药物与流感病毒神经氨酸酶进行分子对接试验后发现，咖啡酰基并不和神经氨酸酶的活性位点结合，表明咖啡酰基可能在其他活性区域进行作用而发挥神经氨酸酶抑制作用［16］。目前，天然植物对细菌神经氨酸酶抑制作用的机制研究较少。张波等［17］对96种中草药对神经氨酸酶的影响，研究结果表明，包括五倍子、苏叶、柴胡、丁香等在内的71种中草药对神经氨酸酶的活性均有抑制作用，而五倍子、苏叶、槟榔等7种中草药的抑制率在80%以上，但是作用机制尚不明确。

对于神经氨酸酶的研究，在抗病毒方面研究比较广泛而且对神经氨酸酶抑制剂的作用机制研究也比较透彻。虽然神经氨酸酶是重要的细菌毒力因子之一，但该方面的研究比较少，其具体作用方式和作用机制还有待深入的研究。

5 植物提取物对细菌群体感应系统的抑制作用

细菌群体感应系统（quorum system，QS）是致病菌自发产生或释放一些特定的信号分子，当信号分子浓度达到一定值时启动某种基因表达，以调节微生物的群体行为。群体感应系统能够调节致病菌毒力因子的表达，例如在哈维弧菌中群体感应系统能调控酪蛋白酶、白明胶酶、磷脂酶等毒力因子的产生。一些植物提取物由于化学结构与群体感应信号分子相似，所以可作为信号分子类似物与群体感应的信号分子竞争受体蛋白而达到抑制群体感应的效果。例如人心果、圣罗勒、豌豆等提取物都能通过此机制抑制紫色色素杆菌毒力因子紫色杆菌素的产生［18］。而穿心莲提取物中的穿心莲内酯则能够通过抑制铜绿假单胞菌的信号分子OdDHL和LasR的相互作用和降低群体感应调控基因（lasR，lasI，rhlR 和rhlI）的表达而抑制群体感应系统的调控［19］。Vandepute O M 等［20］研究证明，蔷薇科植物中的柚皮素及松科植物中的紫杉叶素也能够下调铜绿假单胞菌的群体感应调控基因，显著降低OdDHL和BHL（铜绿假单胞菌群体感应的信号分子）的合成和分泌，表现出对群体感应系统的抑制作用。此外，Zhang J M 等［21］研究了罗萨玫瑰茶提取物对大肠埃希菌K－12和铜绿假单胞菌的群体感应系统的影响，表明罗萨玫瑰茶中的多酚类物质对两者的群体感应系统存在显著的抑制性。

综上所述，多种植物提取物参与下调群体感应调控基因的表达或与信号分子竞争受体蛋白，而抑制细菌的群体感应系统对细菌毒力因子产生的调节，最终达到抑制致病菌感染的效果。

6 其他

除了以上毒力因子外，一些与侵袭力相关的毒力因子，如黏附素、荚膜和细菌蛋白酶等也是一些致病菌对机体产生致病性的重要毒力因子。细菌通过黏附宿主体表或呼吸道、消化道等的黏膜上，然后在局部生长繁殖，最后引起机体感染，具有黏附作用的细菌结构称为黏附素或黏附因子。研究表明，药用植物蔓越莓和绿茶提取物多酚类化合物能够有效降低变异链球菌的黏附性，其中蔓越莓对黏附性产生抑制作用的机制可能是由于提取物中的多酚类化合物能够结合或者掩盖口腔变异链球菌细胞表面的疏水性蛋白，降低疏水性，从而降低了黏附性［22］。除了通过降低疏水性来抑制黏附性外，很多报道均显示出通过减弱致病菌的群集运动也能够达到抑制黏附性的效果。在由大肠埃希菌、铜绿假单胞菌PAO1、奇异杆菌和灵杆菌所致的尿路感染的研究中发现，姜黄中的姜黄素通过减弱尿路病原菌的群集运动来降低其黏附性，从而达到预防由这几种病原菌引起的尿路感染［23］。

细菌荚膜本身对机体无毒，但是却能够抵抗吞噬作用和体液中杀菌物质的杀菌作用，使致病菌能在机体内大量繁殖而引起病变。Lin T H 等［24］的研究表明乌梅提取物有机酸类化合物能够显著抑制肺炎克雷伯氏菌K1和K2两种血清型的荚膜多糖的生物合成，继而抑制肺炎克雷伯氏菌的致病性，其可能的作用机制是乌梅提取物有机酸在荚膜多糖的转录水平上下调了K1和K2的cps基因，使cps基因的表达受到抑制。

细菌蛋白酶能分解宿主蛋白质，激活血管舒张素－激肽级联系统，为致病菌提供生长所需的营养物质并破坏补体和免疫球蛋白，进而引起致病菌对机体的感染。铜绿假单胞菌的弹性蛋白酶被认为是其引起致病性的关键毒力因子，它能够广泛地降解宿主的组织蛋白和重要的生物分子。近些年的相关研究表明，草本植物蓝冠菊提取物倍半萜烯内酯、收敛两翼木提取物漆树酸混合物和番石榴提取物总黄酮对铜绿假单胞菌的关键毒力因子弹性蛋白酶均能够产生抑制作用［25－27］，其作用机制可能与群体感应相关，但并不是绝对的，具体的作用机制还需要深入的探讨。

综上研究，一些植物提取物通过调节细菌毒力因子的结构、运动性、相关基因的表达等来抑制毒力因子的毒性作用，但有些植物提取物的抑制性机制还不是很明确，需要在相关研究的基础上进行其他试验来探索可能的作用机制。

7 结语

在现阶段植物提取物抗毒力因子的研究中，抗毒力因子的作用机制取得了一些成果，并且在众多研究中可发现不同的植物提取物对细菌毒力因子的作用机制各不相同，有些植物提取物通过直接调节毒力因子的相关基因的表达或相关结构来发挥抑制作用，如植物提取物对内毒素、肠毒素等的抑制性。而有些植物提取物则是间接通过抑制调控毒力因子产生的群体感应系统进而达到抑制毒力因子的效果。由于植物提取物对毒力因子的作用机制因植物种类的不同、提取物成分的不同、毒力因子的不同而具有差异性，因此，要完全掌握植物提取物抗毒力因子的作用机制还需进行更多的相关研究，这对于新型植物抗菌剂的开发将起到重要作用。植物作为抗菌性药物具有毒副作用小，不易产生耐药性等特点，所以植物提取物或有效成分作为新型抗菌性药物有着良好的发展前景。研究表明，多种植物提取物对不同细菌的多种毒力因子都有着较好的抑制效果，或者对毒力因子的产生有抑制作用。但是天然植物活性成分复杂，并兼有抗菌、抗病毒、抗炎的效果，那么提取物的有效成分在抗菌和抗病毒等过程中是否具有协调作用还有待进一步研究。

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