天然生物抗菌劑研究概況

李 楊 楊國平 錢金栿

云南省大理學(xué)院藥學(xué)與化學(xué)學(xué)院，云南 大理 671000

自然界中的有害細(xì)菌、真菌和病毒等微生物是誘發(fā)人類疾病的主要原因。天然生物抗菌劑來源于自然界，人們通過提取、純化獲得，是最早為人們所利用的抗菌劑。但是，對(duì)其開發(fā)一直停留在傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)水平上。近年來，隨著生物技術(shù)水平的迅速提高，天然抗菌劑受到更多的關(guān)注。通過對(duì)國內(nèi)外文獻(xiàn)的查閱發(fā)現(xiàn)，開發(fā)利用新型天然抗菌劑已成為當(dāng)前對(duì)抗菌藥物研發(fā)的一大熱點(diǎn)。根據(jù)天然生物抗菌劑來源的不同，可將其分為植物源抗菌劑、動(dòng)物源抗菌劑和微生物源抗菌劑［1］。本文擬對(duì)目前的研究情況進(jìn)行綜述。

1 植物源抗菌劑

目前，植物源抗菌劑是研究最多的一類天然抗菌劑，其利用植物中含有殺菌活性物質(zhì)的某些部位或提取有效成分制成的殺菌劑，具有高效、低毒或無毒、無污染、選擇性高，不易產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點(diǎn)［2］。目前對(duì)植物天然抗菌劑的開發(fā)還剛剛起步，對(duì)其抗菌機(jī)理還有待深入的研究，主要可分為以下幾類。

1.1 抗菌單味中草藥

已明確抗菌作用且較常用的抗菌中草藥有近百種。特別是丁香、大蒜、三七、千里光、丹參、甘草、防風(fēng)、金銀花、連翹、荊芥、柴胡、桂枝、黃連、黃芩、黃柏、麻黃、薄荷、藿香等都有較深入的研究［3］。研究表明，含有抗菌成分的藥用植物資源主要集中在菊科、唇形科、木蘭科、馬兜鈴科、蓼科、木犀科、百合科、葫蘆科、莎草科、豆科、十字花科等植物［4］。雖然眾多的植物提取物對(duì)致病微生物都有抑制作用，但是同一種活性物質(zhì)對(duì)不同病原體的抑制程度不同，同一病原體對(duì)不同的提取物敏感性亦存在差異。

1.2 抗菌復(fù)方中草藥

常用的抗菌復(fù)方中草藥主要有:三黃液、連翹甘草湯、肝炎防治方、松針散、麻黃甘草湯、銀翹解毒方、感冒寧、閉瘟方［5］、銀翹散、桑菊飲、柴葛解肌湯、清營湯、黃連解毒湯等［6］，對(duì)多種感染性疾病均有較好的療效。

1.3 中西聯(lián)用

中藥的直接抑菌作用弱于抗生素，因此將中藥與抗生素連用以取得更好的治療效果。毛理納等［7］觀察黃連、大黃合用頭孢他啶的體內(nèi)外抗菌作用，發(fā)現(xiàn)大黃合用頭孢他啶組，黃連合用頭孢他啶組，單用頭孢他啶組和單用黃連組的受感染小鼠死亡率分別為0%，20%，50% ，65%。說明黃連或大黃合用頭孢他啶可增強(qiáng)大腸埃希菌的抗感染作用。熊南燕等［8］報(bào)道魚腥草注射液體內(nèi)外無抗菌活性，卻對(duì)兔體內(nèi)的硫酸慶大霉素注射液抗菌活性有明顯的增強(qiáng)作用。但是，某些中藥注射劑與抗生素配伍靜脈滴注可導(dǎo)致藥液pH的改變、渾濁、沉淀、微粒顯著增加，藥效降低［9］。因此需注意配伍禁忌問題。

1.4 植物抗菌劑的主要有效成分

植物是生物活性化合物的天然寶庫，其產(chǎn)生的次生代謝產(chǎn)物超過40萬種［10］，隨著我國天然藥物研究的不斷深入，越來越多抗菌活性成分被發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)有的研究結(jié)果表明，植物中抗菌有效成分主要包括萜類化合物及其衍生物、生物堿類、甾體、氨基酸、多糖抗菌肽、木脂素、皂苷、新型結(jié)構(gòu)等［11］。

李曼玲報(bào)道延胡索酸、琥珀酸、沒食子酸、馬兜鈴酸、白花月酸、松蘿酸等有機(jī)酸類為一些藥如金銀花、訶子、蓍草、九里明、腫節(jié)風(fēng) (九節(jié)風(fēng))等有效成分［12］。另很多學(xué)者對(duì)其他類型的成分進(jìn)行過系統(tǒng)研究，但若要系統(tǒng)的研究抗菌中藥的機(jī)理尚需從藥劑及化學(xué)結(jié)構(gòu)等方面研究，設(shè)法提高血藥濃度［13］。

2 動(dòng)物源抗菌劑

動(dòng)物源抗菌劑有氨基酸類、天然肽類、高分子糖類等，資源十分豐富。陳月開等［14］研究了氨基酸的抗菌活性，發(fā)現(xiàn)半胱氨酸對(duì)金黃色葡萄球菌具有較強(qiáng)的抑制作用。半胱氨酸有極強(qiáng)的抗氧化作用，推斷其抑菌作用與抗氧化性有關(guān)。

天然肽類抗菌劑，目前已成為抗菌劑的研究熱點(diǎn)。很早以前人們就知道人奶和牛奶中含有抗菌性物質(zhì)，如溶菌酶、乳過氧化物酶等。溶菌酶對(duì)人體安全無副作用，其作用機(jī)制是破壞細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖中的β－1，4糖苷鍵。K.H.Yu等認(rèn)為來自3種鱗翅目昆蟲 (Galleria mellonella，Bombyx mori，Agri—US convolvidi)幼蟲血淋巴的溶菌酶對(duì)革蘭氏陽性菌具有很強(qiáng)的抗性，對(duì)革蘭氏陰性菌也有抑制活性［15］。此外，酰胺酶能切斷細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖中NAM與肽“尾”之間的N一乙酰胞壁酶一L－丙氨酸鍵;內(nèi)肽酶能使肽尾及肽“橋”內(nèi)的肽鍵斷裂;葡聚糖和甘露聚糖酶可分解酵母細(xì)胞的細(xì)胞壁;殼多糖酶可分解霉菌細(xì)胞壁。

最常用的天然抗菌劑是殼聚糖，為一種帶正電荷的活性物質(zhì)。殼聚糖抗菌劑具有良好的生物相容性和廣譜抗菌性，無毒，對(duì)人體免疫抗原小，且具消炎、止痛及促進(jìn)傷口愈合等功效［16］。殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量越小、脫乙酰度越大，溶解度越大。殼聚糖具有較強(qiáng)的抗菌活性，其對(duì)大腸桿菌、枯草桿菌和金黃色葡萄球菌的MIC值達(dá)到 (250～500) ×10－5。此外，殼聚糖對(duì)植物病原菌有抑制作用，如1%殼聚糖對(duì)尖鐮菌 (F.Solani)和腐皮鐮菌 (F.oxysporum cepae)有完全抑制的作用［17］。但是，殼聚糖的抗菌性能受濃度、酸度、相對(duì)分子質(zhì)量、脫乙酰化度的影響，這使其應(yīng)用范圍受到很大限制［19］。天然有機(jī)抗菌劑的安全使用性高，對(duì)人體無毒、無刺激，但天然有機(jī)抗菌劑的耐熱性差且藥效持續(xù)時(shí)問短，因此使其應(yīng)用受到限制［18］。

3 微生物源抗菌劑［20］

微生物源抗菌劑主要是抗菌微生物來源的物質(zhì)，其包括某些微生物自身和一些微生物的拮抗性代謝產(chǎn)物。由于不同微生物物質(zhì)的抗菌譜及抗菌效力不同，導(dǎo)致微生物物質(zhì)在臨床治療上受到限制。目前，真正廣泛用于臨床的抗菌微生物制劑主要是天然抗生素。但是，隨著耐藥性等問題的日益嚴(yán)峻，人類還需發(fā)展其它抗感染藥物。

3.1 抗菌微生物的種類

3.1.1 噬菌體 是感染細(xì)菌、真菌、放線菌、螺旋體等微生物的病毒。對(duì)宿主菌具有高度的專一性，根據(jù)其侵染宿主菌后的狀態(tài)和結(jié)果，有毒性噬菌體和前噬菌體兩種類型。

3.1.2 益生菌 是一類通過改善宿主微生物菌群的平衡而發(fā)揮作用的活性微生物。益生菌具有改善菌群結(jié)構(gòu)，抑制病原菌，消除致癌因子，提高機(jī)體免疫力，降低膽固醇等重要的生理功效。

3.2 微生物拮抗性代謝產(chǎn)物的種類

3.2.1 抗生素 某些微生物代謝過程中產(chǎn)生的一類能抑制或殺死某些其它微生物或腫瘤細(xì)胞的物質(zhì)。天然抗生素大多由放線菌和真菌產(chǎn)生，細(xì)菌類有多粘菌素、桿菌肽等。由于抗生素種類繁多、應(yīng)用廣泛，目前使用的多為人工合成和半合成的抗生素。

3.2.2 細(xì)菌素 由細(xì)菌產(chǎn)生只作用于與產(chǎn)生菌同種或親緣關(guān)系很近的其它菌株的抗菌蛋白質(zhì)。是一類具有抑菌活性的多肽或多肽與糖和脂的復(fù)合物，具有高效、無毒、耐高溫、無殘留、無抗藥性等優(yōu)點(diǎn)。

4 抗菌藥物的作用機(jī)制

4.1 植物源抗菌劑抗菌機(jī)制

植物源抗菌劑可能有多種抗菌機(jī)制，這些作用機(jī)制主要包括: (1)破壞或降解細(xì)胞壁; (2)破壞細(xì)胞質(zhì)膜;(3)破壞細(xì)胞膜蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu); (4)使細(xì)胞內(nèi)容物泄露;(5)使細(xì)胞質(zhì)凝聚;(6)減弱質(zhì)子運(yùn)動(dòng)力。但這幾種作用機(jī)制并非都是獨(dú)立，可能會(huì)相互影響，一種機(jī)制的反應(yīng)可能會(huì)受另一種反應(yīng)物或生成物的影響［21］。

研究者［22］對(duì)止痢草中的主要成分香芹酚和百里香酚的作用機(jī)制研究表明，膜穿孔和膜黏合被認(rèn)為是首要的作用模式。香芹酚和百里香酚的一個(gè)重要特點(diǎn)是其具有疏水性，可讓細(xì)胞膜和線粒體上的磷脂結(jié)構(gòu)分開，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)細(xì)胞膜通透性，從而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)生命物質(zhì)外泄，損害細(xì)菌酶系統(tǒng)，最終導(dǎo)致微生物死亡。此外，香芹酚和百里香酚為天然的酚類物質(zhì)，能導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞壁蛋白的變性，從而改變細(xì)菌細(xì)胞壁原有的結(jié)構(gòu)和特性，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

中藥復(fù)方制劑的抗菌作用不僅是方劑本身有效成分對(duì)細(xì)菌直接抑制，而且還表現(xiàn)在方劑各單味藥多種成分相互作用的綜合效應(yīng)，故對(duì)方劑抗菌機(jī)制的研究還應(yīng)包括方劑對(duì)細(xì)菌所產(chǎn)生的間接作用，最主要的是提高自身免疫功能，通過單核細(xì)胞的吞噬，細(xì)胞的殺傷以及其它免疫細(xì)胞、免疫因子的作用，達(dá)到抗菌目的［23］。

4.2 動(dòng)物源抗菌劑抗菌作用機(jī)制［17，19］

大量研究中，以下兩種機(jī)制是被人們廣泛接受的:(1)殼聚糖分子中的氨基陽離子帶正電，能吸附在細(xì)胞表面，一方面可形成一層高分子膜，阻止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)向細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸，另一方面使細(xì)胞壁和細(xì)胞膜上的負(fù)電荷分布不均，破壞細(xì)胞壁的合成與溶解平衡，溶解細(xì)胞壁，從而起到抑菌殺菌作用;(2)通過滲透進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，吸附細(xì)胞體內(nèi)帶有陰離子的物質(zhì)，擾亂細(xì)胞正常生理活動(dòng)，從而殺滅細(xì)菌。

對(duì)革蘭氏陽性與革蘭氏陰性細(xì)菌，殼聚糖的作用機(jī)理不同。對(duì)革蘭氏陽性細(xì)菌，殼聚糖主要作用于其細(xì)胞表面起作用;革蘭氏陰性細(xì)菌，小分子的殼聚糖可以進(jìn)入其細(xì)胞內(nèi)作用而起作用。研究結(jié)果表明，隨著脫乙酰度和濃度的提高，殼聚糖的抗菌活性增強(qiáng)。研究認(rèn)為隨著殼聚糖相對(duì)分子質(zhì)量的降低，對(duì)大腸桿菌抑制性增強(qiáng)，而對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制性減弱。

4.3 微生物源抗菌劑抗菌作用機(jī)制

4.3.1 分泌抗菌素 是傳統(tǒng)抗生素類抗菌藥物作用的機(jī)制［24］:(1)抑制細(xì)菌細(xì)胞壁的合成;(2)改變胞漿膜的通透性;(3)抑制蛋白質(zhì)的合成;(4)影響核酸和葉酸代謝。

4.3.2 參與營養(yǎng)和生存空間的競(jìng)爭(zhēng) 通過占有生存空間、消耗氧氣等方式削弱以至消除同一生存環(huán)境中的某些病原物。

4.3.3 誘導(dǎo)寄主產(chǎn)生抗病性 微生物可以誘導(dǎo)寄主產(chǎn)生防御反應(yīng)或?qū)Σ≡苯蛹纳种撇≡?/p>

4.3.4 對(duì)病原菌直接作用 L.L.Wilson等［25］發(fā)現(xiàn)木霉和酵母能寄生在病原菌上，并分泌一種能破壞真菌細(xì)胞壁的酶。

5 結(jié)語

作為一種理想的抗菌劑，應(yīng)該具有即效、廣譜、長效、穩(wěn)定及安全的抗菌效果。然而，現(xiàn)有的抗菌劑都沒有達(dá)到理想的要求?，F(xiàn)有的各類抗菌劑，都具有特有的抗菌機(jī)理，只有在抗菌機(jī)理上作出全面、深層次的研究，綜合各類抗菌劑的特點(diǎn)，才能進(jìn)一步改善抗菌劑的有效性。

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