蜂蜜中抗菌活性物质的研究进展

吴雨祺 郑宇斐 张言政 胡福良

（浙江大学动物科学学院，杭州310058）

蜂蜜中抗菌活性物质的研究进展

吴雨祺 郑宇斐 张言政 胡福良

（浙江大学动物科学学院，杭州310058）

蜂蜜作为外用杀菌药物曾有着悠久的应用史，但随着现代医学的发展，蜂蜜在医学上的应用逐步减少。近年来，随着病菌抗药性的不断提高以及蜂蜜对耐药病菌有效的杀菌作用，人们重新产生了将蜂蜜用于医疗领域的兴趣。但是，由于我们对蜂蜜抗菌物质组成及其作用机制缺乏了解，严重阻碍了蜂蜜在医学上的有效应用。本文综述了近年来在这一方面的相关研究，包括蜂蜜的抗菌活性成分的鉴定，以及这些抗菌活性物质可能的抗菌作用机制，以期为蜂蜜抗菌活性的进一步研究与应用提供参考。

蜂蜜；抗菌活性物质；作用机制

蜂蜜有着广为人知的抗菌功效，在古代，就曾被广泛运用于伤口的处理与保护[1]。近现代更是有大量的科学研究都指出蜂蜜可以有效地抑制致病菌的增殖[2-5]，显示蜂蜜在医疗抗菌领域有着良好的应用价值。但是随着现代医学的发展，因其抗菌机制不明确以及现代抗生素的不断发展等多种原因，蜂蜜逐渐被抗生素所替代。近年来，随着抗生素研发的放缓和细菌抗药性的不断提升，将蜂蜜重新应用于医学领域又受到了人们的关注，而蜂蜜对耐药菌的有效抑菌效果[6,7]更进一步提升了人们的兴趣。为了探明蜜蜂抗菌成分的作用机制，以便将蜂蜜更好地应用于医疗领域，近年来大量学者对蜂蜜的抗菌组分及其作用机制进行了深入的探索与研究。本文对相关的研究进展进行综述，以期为蜂蜜抗菌活性成分的进一步研究与应用提供参考。

1 蜂蜜的理化性质

成熟蜂蜜的理化性质就决定了蜂蜜是一种非常不适合细菌生长和繁殖的物质。糖类是成熟蜂蜜的主要成分，以果糖和葡萄糖为主，占蜂蜜总重量的约80%，高浓度的糖类成分使得成熟蜂蜜有着极高的渗透压，极度不利于微生物的生长与繁殖。此外，成熟的蜂蜜中还含有以葡萄糖酸为主的多种有机酸，使得成熟蜂蜜的pH值偏酸性（3.4至6.1）[8]，能有效抑制细菌生长。

但是大量的研究都发现，成熟过程中的蜂蜜或大比例稀释后的成熟蜂蜜，仍保留有一定程度的抑菌能力，这意味着除了高渗透压和低pH值这些理化因素外，蜂蜜一定还有其他的抗菌手段。进一步研究发现，蜂蜜中的多种抗菌活性物质对蜂蜜的抗菌活性有着重要的作用。

2 蜂蜜中的抗菌活性物质

2.1 H2O2

过氧化氢（H2O2）是蜂蜜中第一个被鉴定出来的抗菌物质，蜂蜜中的H2O2主要由蜜蜂掺入花蜜中葡糖氧化酶生成[9]。H2O2被认为可以保证蜂蜜在未成熟前不会因微生物的原因腐坏变质。随着蜂蜜成熟度的提高，葡糖氧化酶会逐步失活，但随着蜂蜜重新被稀释又能再次激活[10]。有研究指出，在将成熟蜂蜜稀释到原蜜浓度30~50%时，H2O2有着最高的累积速率量[11]。

不同蜜源和产地的蜂蜜中的含量有着显著差异，有的蜂蜜甚至不含有H2O2（比如新西兰麦卢卡蜂蜜）[12,13]，造成这一现象的原因尚无定论。有学者认为可能是由于来自植物花蜜的H2O2导致蜂蜜中H2O2含量有差异[14]；也有观点认为来自植物的葡糖氧化酶导致了这一差异[14]；有学者则认为可能是来自植物的过氧化氢酶降解了蜂蜜中的H2O2[15]，但到目前为止没有在蜂蜜中检出过氧化氢酶的报道。

2.2 甲基乙二醛

采自麦卢卡树（Leptospermum scoparium）的麦卢卡蜂蜜因其良好的抗菌活性闻名于世，Molan等[3]最早报道了麦卢卡蜂蜜的抗菌活性物质，并将其命名为“独麦素”（unique manuka factor,UMF），但是当时并不能确定是何种物质。

2008年，Mavric等[16]通过检测发现麦卢卡蜂蜜中含有浓度很高的抗菌物质甲基乙二醛（methylglyoxal, MGO）（38~761 mg/kg）；进一步体外抑菌试验显示，MGO抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的MIC为1.1 mM，麦卢卡蜂蜜被稀释至原蜜浓度的15~30%时，其相应的MGO浓度为1.1~1.8 mM时也表现出抑菌活性，这表明麦卢卡蜂蜜的抗菌活性与MGO密切相关。

针对麦卢卡蜂蜜中MGO来源的研究显示，麦卢卡蜂蜜中的MGO是源自麦卢卡花蜜中的二羟基丙酮（dihydroxyacetone,DHA）[17]，这一转变过程随着蜂蜜的储存缓慢自发进行而不需酶的参与。新鲜的麦卢卡蜂蜜中含有较低浓度的MGO和较高含量的DHA，随着储存时间的延长，DHA的含量逐渐降低而MGO的含量逐渐升高，且麦卢卡花蜜中只能检测到DHA而检测不到MGO的存在[18]。

为了研究MGO的作用机制，Rabie等[19]将不同浓度的MGO作用于大肠杆菌和枯草芽孢杆菌。当暴露于接近MIC浓度的MGO时，细菌的菌毛和鞭毛会受损，并且数量会明显减少，此外在高浓度下还能观察到明显的细胞膜损伤。Roberts等[20]的研究也指出麦卢卡蜂蜜能抑制鞭毛相关基因的表达。Henriques等[21]用麦卢卡蜂蜜处理铜绿假单胞菌后用扫描式电子显微镜观察发现细菌结构完整性、形状和表面结构发生了显著变化，并且发现细菌胞体的大量破碎和溶解，确定麦卢卡蜂蜜对铜绿假单胞菌有抑制作用。Maddocks等[22]研究发现麦卢卡蜂蜜能够抑制酿脓链球菌细胞膜的形成并且减少其两种纤维连接蛋白的表达，从而发挥抑制作用。综合目前的研究，MGO能破坏或抑制细菌鞭毛和菌毛的产生，降低病菌的粘附能力和运动能力，在高浓度下还能导致细菌溶解，进而抑制病菌的生长与繁殖。

有研究指出，MGO对蜂蜜中的蛋白质和多肽（比如产生过氧化氢的葡萄糖氧化酶）的结构和功能有着不利的影响[23]，这很有可能是麦卢卡蜂蜜中检测不到H2O2的主要原因。

2.3 植物源多酚类物质

除了转化自DHA的MGO外，蜂蜜中来自植物的多酚类物质也表现出了一定的抗菌活性。María Inés Isla等[24]使用氯仿∶乙酸乙酯（4.4∶0.6）为展开剂，将阿根廷蜂蜜样本和从中提取的多酚类物质在薄层色谱上展开，然后在薄层色谱板上覆盖培养基培养细菌，16 h后观察细菌的生长情况并与蜂蜜薄层色谱展开的图谱进行比较，在培养基上能看到多个抑菌圈，并且这些抑菌圈的位置与蜂蜜中多酚类物质展开后的位置一致，其中一个抗菌组分被鉴定为松属素。

2.4 抗菌肽和王浆主蛋白

除了来自植物的抗菌物质外，蜜蜂自体分泌的抗菌活性物质也在蜂蜜中起着重要的作用。

抗菌肽是无脊椎动物的一种重要的先天免疫系统，蜜蜂具有多种抗菌肽，并且这些抗菌肽的抗菌谱有着一定的差异，共同构成了一个广谱的抗菌系统[25]。防御素-1（Defensin-1）是蜜蜂的一种重要的抗菌肽，主要作用于革兰氏阳性菌[26]，在血淋巴、胸唾腺[27]和蜂王浆[28]中均有检出。Kwakman等[29]于2010年首次在医用级蜂蜜Revamil蜂蜜中检测到了防御素-1的存在，而在麦卢卡蜂蜜中没有检出这一抗菌肽。

蜂王浆和蜂蜜的防御素-1主要来自于工蜂的咽下腺[29]，但有研究指出，在不同蜂王浆和蜂蜜样品中防御素-1的含量有着明显的差异[12,26]。考虑到防御素-1能有效作用于幼虫芽孢杆菌，有学者怀疑防御素-1的分泌与蜜蜂蜂群美幼病的患病情况有关[15]。

Brudzynski等[30]于2015年发现蜂蜜中糖基化的王浆主蛋白（major royal jelly protein,MRJP）也起着抗菌作用。他们首先使用伴刀豆球蛋白A亲和色谱分离得到了蜂王浆中的糖蛋白组分，并且确定这些蛋白有着高效的抑制细菌生长和杀菌作用，这些糖蛋白能特异性地连接和聚集细菌细胞并非特异性地造成细菌细胞膜穿透，同时表现出浓度和时间依赖性。针对这些糖蛋白的进一步分离和质谱鉴定显示起着主要作用的是糖基化的MRJP-1。MRJP-1的序列中包括了多个抗菌肽（Jelleins-1、Jelleins-2和Jelleins-4），这些抗菌肽可能是MRJP-1具有抗菌功能的重要原因[31]。

Brudzynski等[32]还同时将多种临床上的耐药性菌株用于检测蜂蜜糖蛋白成分的抗菌活性，他们从多个不同的蜂蜜样品中提取了糖蛋白成分用于检测。结果显示，这些糖蛋白组分有着一致的抗菌功效并且能有效抑制多种耐药菌株的生长与繁殖。

3 不同抗菌成分对不同菌株的作用

蜂蜜中多样而复杂的抗菌活性物质也导致不同蜂蜜对不同微生物的作用效果有着一定的差异。Kwakman等[12]比较了两种医用级蜂蜜Revamil蜂蜜和麦卢卡蜂蜜的杀菌效果，结果显示这两者对病菌的杀灭能力有着明显的差异。虽然两种蜂蜜在24 h内都能完全杀灭测试细菌，但Revamil蜂蜜能在2 h内杀灭枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌，而麦卢卡蜂蜜只对枯草芽孢杆菌表现出这样的快速杀菌能力。很明显，这一差异是由这两种蜂蜜中抗菌活性成分的不同造成的。

为了进一步明确这些抗菌活性成分在蜂蜜抗菌中起到的作用，有学者使用多种方法逐步去除了蜂蜜中的抗菌活性成分H2O2、MGO和防御素-1，通过过氧化氢酶处理去除H2O2，使用醛酮变位酶消除MGO，利用抗体结合的方法去除防御素-1，并将处理后的产物作用于多种病菌进行了检测。实验结果显示，与对照组（稀释蜂蜜）和空白组（人工配制的糖水）相比，消去任一抗菌活性物质都会导致蜂蜜的抗菌活力下降，但是不同的抗菌活性成分对不同菌株的抗菌效果影响有差异；H2O2对大多数的受测病菌都有着良好的杀菌效果，但不能有效作用于枯草芽孢杆菌；MGO也表现出了广谱抗菌性；防御素-1的抗菌效力则主要出现在几种耐药性病菌上[29]。

4 展望

近年来，细菌的耐药性不断提高，甚至出现了超级细菌，因此寻找新的抗菌药物的需求迫在眉睫。蜂蜜不但是一种有效的广谱抗菌物质，有报道还指出，蜂蜜具有使耐药细菌恢复对抗生素敏感性的功能[33]。无论是单独使用还是和抗生素配合，都有着极高的医学应用价值。通过进一步的广泛深入研究，我们不但能为解决当下困扰医学界的细菌耐药性问题提供一个解决方案，也能为蜂蜜产业提供一个新的发展方向与思路。为了能合理高效地将蜂蜜应用于医学治疗，国内外学者对蜂蜜中抗菌物质的鉴别和定性做出了卓有成效的贡献，同时对这些抗菌活性物质的作用机制进行了一定的探索，但是相关的研究仍不完善，还有很多值得进一步深入研究的问题。

目前相关的研究主要集中在医用级蜂蜜麦卢卡蜂蜜和Revamil蜂蜜上，仅有少数国外研究将目光集中在本土产蜂蜜。我国作为一个产蜜大国，出产多种地理来源和蜜源不同的优质蜂蜜，而这些蜂蜜的抗菌能力、内含的抗菌物质还有待进一步的探索与明确，进而使中国产蜂蜜也能应用于医疗领域。

针对蜂蜜中抗菌活性物质的机理研究虽然已取得了一定的进展，但是相关研究仍显不足，特别是对蜂蜜中来自蜜蜂的抗菌成分，对这些物质的来源、作用机制、影响分泌的因素等仍缺乏相应的研究。

此外，蜂蜜抗菌能力的评估方法也有待进一步的完善。有研究发现在不同的培养方法下，同一种蜂蜜对白色念珠菌的抗菌效果有着明显的差异，在使用肉汤稀释法和琼脂稀释法时有着良好的抗菌活性，但使用琼脂扩散法时却没有抑制生长的效果。这显示不同的试验方法可能会显著影响蜂蜜抗菌效果的显现，进而影响对其抗菌效力的判断。因此，如何对蜂蜜的抗菌能力进行评价也是一个亟待解决的问题。

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Research progress on antibacterial substances in honey

Wu Yuqi,Zheng Yufei,Zhang Yanzheng,Hu Fuliang
(College of Animal Sciences,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China)

Since ancient times,honey has been used for treatment and prevention of wound infections,with the advent of antibiotics,the clinical application of honey was abandoned in modern medicine.But in recent years, antibiotic resistance is increasing worldwide and the potent activity of honey against antibiotic-resistant bacteria resulted in renewed interest for its application.However,the incomplete knowledge of the antibacterial compounds involved and the variability of antibacterial activity become the major obstacles for applicability of honey in medicine. This review will elaborate on the antibacterial compounds in honey,by summarizing recent researches about activity of these individual compounds,their antimicrobial mechanism and contribution to the complex antibacterial activity of honey.We aim to provide insights for further study about antibacterial substances in honey and further application in medical.

honey;antibacterial substances;antibacterial mechanism

国家蜂产业技术体系专项（CARS-45）

胡福良，E-mail:flhu@zju.edu.cn