具有抗菌活性的天然二萜類(lèi)化合物研究進(jìn)展

韋春玲， 崔培梧， 肖 瑾， 羅 姣， 蔣詩(shī)琴， 劉向前*

(1.湖南中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410208；2.國(guó)家中醫(yī)藥管理局中藥藥性與藥效三級(jí)科研實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410208)

二萜類(lèi)化合物是由4個(gè)異戊二烯單元組成，由焦磷酸香葉基香葉酯衍生而成，此類(lèi)化合物廣泛存在于植物界、昆蟲(chóng)、真菌、海洋生物中，具有抗病毒、抗腫瘤、抗炎、抗菌作用[1-4]。近年來(lái)，抗生素的廣泛應(yīng)用加重了細(xì)菌耐藥問(wèn)題，天然二萜類(lèi)化合物具有低毒、抗菌譜廣、耐藥性低等優(yōu)點(diǎn)，且與抗生素聯(lián)合使用能增強(qiáng)抗菌效果，本文對(duì)二萜類(lèi)化合物的抗菌譜及其抗菌作用機(jī)制研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 結(jié)構(gòu)類(lèi)型

二萜類(lèi)化合物包括無(wú)環(huán)二萜、單環(huán)二萜、雙環(huán)二萜、三環(huán)二萜、四環(huán)二萜等。雙環(huán)二萜可再分為半日花烷型、克羅烷型、海兔烷型、細(xì)齒烷型烷、viscidane烷型等。半日花烷型二萜母核為十氫萘，結(jié)構(gòu)類(lèi)型多變，A/B環(huán)呈反式連接，C-5位為β-H，C-10位為α-甲基[5]?？肆_烷型二萜的基本骨架也為十氫化萘，是半日花烷二萜的結(jié)構(gòu)重排類(lèi)型。

三環(huán)二萜類(lèi)化合物可再分為松香烷型、海松烷型、fusicoccane型等。松香烷二萜基本骨架為氫化菲，A、B、C環(huán)常帶有不同的官能團(tuán)，C-4位存在1個(gè)偕二甲基，C-10位有1個(gè)甲基，C-13位有1個(gè)異丙基[6]。海松烷二萜最初也是從松香中分離出來(lái)的，根據(jù)分子中手性中心的差異，海松烷二萜又可分為海松烷型、異海松烷型、對(duì)映-海松烷型、對(duì)映-異海松烷型[7]。Fusicoccane型是具有5/8/5環(huán)系的三環(huán)二萜[8]

四環(huán)二萜類(lèi)化合物分為貝殼杉烷型、harziane型、cyclopiane烷型。貝殼杉烷型二萜以氮化氫為母核，該類(lèi)型各化合物的結(jié)構(gòu)差別主要在于含氧基團(tuán)取代情況不同[9]。harzianone型二萜擁有獨(dú)特的四環(huán)骨架，融合了四、五、六、七元碳環(huán)結(jié)構(gòu)[8]。

2 抗菌活性

二萜化合物主要通過(guò)破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，影響其代謝途徑，或與細(xì)胞表面的蛋白結(jié)合，阻止?fàn)I養(yǎng)吸收，從而抑制生長(zhǎng)導(dǎo)致細(xì)菌死亡。研究發(fā)現(xiàn)，有117個(gè)代表性二萜化合物具有比較好的抗菌活性(表1)，其中半日花烷型和松香烷型抗菌活性較為突出，半日花烷型結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1，松香烷型結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖2。

2.1 金黃色葡萄球菌 金黃色葡萄球菌是人類(lèi)化膿感染中最常見(jiàn)的病原菌，可引起局部化膿感染，也可引起肺炎、心包炎、膿毒癥等多種疾病，是感染重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的對(duì)象。Jurkaninov等[36]對(duì)從彩葉草中分離得到的4個(gè)化合物的抗菌活性進(jìn)行測(cè)定，其中松香烷型二萜sincoetsin C可抑制耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)，其骨架上羥基的糖基化抑制了抗MRSA活性，C-7位和C-16位的甲氧基化作用增強(qiáng)了抗MRSA活性，C-13位的取代基對(duì)活性也有影響。Banerjee等[10]研究發(fā)現(xiàn)，穿心蓮內(nèi)酯對(duì)MRSA有較好的抑制作用，其MIC為100 μg/mL，可以抑制金黃色葡萄球菌細(xì)胞內(nèi)DNA生物合成，并呈劑量依賴性，其胞外環(huán)亞甲基和羧酸基團(tuán)對(duì)抗MRSA起到重要作用。Siddique等[13]從紫色姜根莖分離得到的松香烷型二萜(E)-8(17),12-labdadiene-15,16-dial對(duì)MRSA有抑制作用，其在C-8位有環(huán)外亞甲基，在C-12位有1個(gè)烯烴，在C-16位和C-17位有2個(gè)醛基，這些不飽和的存在對(duì)MRSA菌株的抗菌活性起到重要作用。

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

2.2 變形鏈球菌 變形鏈球菌是引起口腔疾病的主要成分之一。Ito等[32]探討松香烷型二萜松香酸對(duì)致齲細(xì)菌變形鏈球菌體外生長(zhǎng)的抑制作用，通過(guò)觀察變形鏈球菌的生長(zhǎng)、酸化和生物膜形成，發(fā)現(xiàn)64、128 μg/mL松香酸對(duì)ATP活性的抑制作用約為80%，64 μg/mL松香酸能抑制變形鏈球菌生物膜的形成。長(zhǎng)期使用以松香酸為原料的抑菌劑可能有助于預(yù)防變形鏈球菌生物膜感染，Khan等[24]從Polyalthialongifoliavar.pendula(Linn.)中分離得到的克羅烷二萜16-oxo-cleroda-3,13(14)E-diene-15oic acid能夠降低變形鏈球菌的生物膜形成和代謝活性，其抗生物膜潛力比抗生素(如頭孢克肟、硫酸慶大霉素)對(duì)變形鏈球菌的抑制能力強(qiáng)5倍。16-oxo-cleroda-3,13(14)E-diene-15oic acid在C-12位有開(kāi)放鏈，存在游離的醛和羧基，可以很容易地穿透生物膜內(nèi)的孔和水通道，殺死細(xì)菌細(xì)胞，而細(xì)菌細(xì)胞反過(guò)來(lái)又負(fù)責(zé)停止生物膜的形成。

2.3 結(jié)核分枝桿菌 結(jié)核分枝桿菌是最致命的傳染病病原體之一。Baldin等[37]從Tetradeniariparia分離得到6,7-dehydroroyleanone對(duì)結(jié)核分枝桿菌具有抑制作用，其特有的疏水性易滲透結(jié)核分枝桿菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，從而影響其代謝途徑，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。Wei等[38]從月腺大戟中分離得到的eupractenoid B能抑制結(jié)核分枝桿菌GlmU的乙酰轉(zhuǎn)移活性(IC50=41.85 μmol/L)，成為新的結(jié)核治療靶點(diǎn)。Zhao等[51]從巴豆分離得到的4個(gè)巴豆烷型二萜，分別為4-deoxy-20-oxophorbol12-tiglyl-13-acetate、7-oxo-5-ene-phorbol-13-(2-methylbutyrate)、12-o-tiglylphorbol-13-acetate、crotignoid F，研究發(fā)現(xiàn)，它們對(duì)結(jié)核分枝桿菌具有抑制作用，MIC值分別為19.5、20.9、20.5、13.4 μmol/L。

2.4 白色念珠菌 白色念珠菌存在于人體陰道、口腔和腸道，當(dāng)機(jī)體免疫功能低下時(shí)，該菌會(huì)大量繁殖侵入細(xì)胞引起疾病。Chakrabartty等[12]從黑果山姜中分離得到(E)-labda-8(17),12-diene-15,16-dial，當(dāng)其質(zhì)量濃度≥0.025 mg/mL時(shí)，對(duì)白色念珠菌有抑制作用，可引起細(xì)胞裂解，通過(guò)抑制底物的吸收，延緩白念珠菌的生長(zhǎng)，并呈濃度依賴性。它還與真菌細(xì)胞表面的某些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合，阻止其營(yíng)養(yǎng)吸收，從而抑制其生長(zhǎng)。Yang等[21]從Stachybotryschartarum分離得到的atranone Q對(duì)白色念珠菌具有抑制作用，經(jīng)atranone Q處理后，細(xì)胞形態(tài)變形、起皺、不規(guī)則，細(xì)胞壁呈變薄趨勢(shì)，細(xì)胞膜變形，細(xì)胞質(zhì)中出現(xiàn)液泡，細(xì)胞內(nèi)容物部分或全部滲漏。

2.5 銅綠假單胞菌 銅綠假單胞菌是常見(jiàn)的致病菌之一，可引起褥瘡、化膿性中耳炎和尿路感染等多種疾病。Majumdar等[11]研究發(fā)現(xiàn)，14-deoxy-11,12-didehydroand-rographolide與阿奇霉素或慶大霉素在亞抑菌濃度下共同作用48 h，可協(xié)同抑制92%銅綠假單胞菌的生物膜生成。原子力顯微鏡的進(jìn)一步研究表明，與對(duì)照組比較，實(shí)驗(yàn)組生物膜的粗糙度和高度都降低。14-deoxy-11,12-didehydroand rographolide可通過(guò)抑制銅綠假單胞菌群體感應(yīng)通路作為抑制生物膜形成的藥物分子。Dang等[30]從康定鼠尾草分離得到的4個(gè)松香烷型二萜，分別為丹參酮ⅡA、丹參酚酮、隱丹參酮、鐵銹醇，研究發(fā)現(xiàn)，它們可以抑制銅綠假單胞菌，MIC分別為20、30、30、15 μg/mL。

2.6 內(nèi)氏放線菌 內(nèi)氏放線菌是引起口腔疾病的主要致病菌之一。Souza等[14]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)ent-copalic acid的質(zhì)量濃度在6.25～12.538 μg/mL之間時(shí)，孵育72 h內(nèi)可顯示出殺菌活性，ent-copalic acid與鹽酸氯己定聯(lián)合孵育24 h后，內(nèi)氏放線菌微生物的數(shù)量減少，并在孵育48 h產(chǎn)生殺菌效果，當(dāng)ent-copalic acid的質(zhì)量濃度為 1 000 μg/mL時(shí)，內(nèi)氏放線菌生物膜的去除率為99.9%。Abr?o等[18]從CopaiferaduckeiDwyer分離得到的(-)-polyalthic acid對(duì)內(nèi)氏放線菌的MIC為25 μg/mL，其胞外亞甲基和羧基對(duì)抗菌活性起到重要作用。

2.7 表皮葡萄球菌 表皮葡萄球菌是人體皮膚和黏膜的正常菌群，致病力較低，少引起感染，但在一定條件下，也可致病，引起化膿性感染、前列腺炎等疾病。Helfenstein等[31]研究發(fā)現(xiàn)，松香酸對(duì)表皮葡萄球菌具有抗菌活性，但其對(duì)細(xì)菌細(xì)胞的選擇性較差，在高濃度時(shí)通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)乳酸脫氫酶泄漏而造成細(xì)胞膜損傷。Algreiby等[26]從光禿愛(ài)沙木中分離得到的4個(gè)細(xì)齒烷型二萜，分別為8,18,20-trihydroxyserrulat-14-en-19-oic acid、8,18,20-triacetoxyserrulat-14-en-19-oic acid、18-acetoxy-8-hydroxyserrulat-14-en-19-oic acid、20-acetoxy-8-hydroxyserrulat-14-en-19-oic acid，研究發(fā)現(xiàn)，它們對(duì)表皮葡萄球菌有抑制作用，MIC分別為256、256、256、32 μg/mL。

2.8 具核梭桿菌 具核梭桿菌是口腔根尖周感染的主要致病菌之一，與口腔內(nèi)外的多種感染性疾病和與結(jié)直腸癌等相關(guān)。Moreti等[46]從Mikaniaglomerata分離得到的異貝殼杉烯酸對(duì)具核梭桿菌具有抑制作用，可以通過(guò)抑制生物膜的形成起到預(yù)防作用，也可以通過(guò)消除已形成的生物膜起到治療作用。Mendes等[15]從SalviaofficinalisL.分離得到的半日花烷型二萜淚杉醇對(duì)具核梭桿菌有較強(qiáng)的抑制作用，MIC為50 μg/mL。

3 小結(jié)

部分二萜類(lèi)化合物已被臨床證實(shí)具有抗菌作用，如穿心蓮內(nèi)酯在臨床上用于治療由李斯特菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌引起的細(xì)菌性痢疾；丹參酮IIA在臨床上用于治療由金黃色葡萄球菌引起的細(xì)菌性結(jié)膜炎。二萜抗菌的致病菌研究大多集中在口腔疾病的研究，多種二萜類(lèi)化合物對(duì)口腔致病菌具有較強(qiáng)的抑制作用，如(-)-polyalthic acid、松香酸具有抑制口腔致病菌(如伴放線放線桿菌、牙齦卟啉單胞菌、具核梭桿菌等)的作用，可用于開(kāi)發(fā)治療口腔疾病的藥物，生產(chǎn)口腔沖洗產(chǎn)品和治療齲齒的抗菌填充材料。部分二萜類(lèi)化合物還可以抑制細(xì)菌致病性生物膜，這類(lèi)二萜可能會(huì)成為抗厭氧細(xì)菌的新制劑來(lái)源。不同的取代基對(duì)抗菌活性產(chǎn)生不同的影響，甲氧基化作用增強(qiáng)了抗菌活性，亞甲基和羧酸基團(tuán)對(duì)抗菌活性起到重要作用，烯烴、醛基等不飽和基團(tuán)的存在對(duì)抗菌活性也有顯著影響，而糖基化則抑制了抗菌活性。在未來(lái)的研究中，應(yīng)結(jié)合關(guān)注二萜抗菌活性的構(gòu)效關(guān)系，并通過(guò)結(jié)構(gòu)修飾對(duì)天然二萜進(jìn)行優(yōu)化，研發(fā)出更高活性的抗菌藥物。

4 展望

二萜化合物在自然界分布廣泛，具有抗菌譜廣、低毒、作用靶位多、抗菌活性較高等特點(diǎn)，對(duì)抗菌藥物的研發(fā)產(chǎn)生重要的作用，但大部分的研究都處于初步階段，缺乏與抗生素聯(lián)合使用的研究，缺乏其抑菌活性的深入研究及作用機(jī)制全面系統(tǒng)的研究，限制天然二萜類(lèi)化合物的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

耐藥菌、真菌感染和條件致病菌的增加成為近年突出的醫(yī)療問(wèn)題之一，研究和開(kāi)發(fā)低毒且不易產(chǎn)生耐藥的新型抗菌藥物是解決感染問(wèn)題的重要舉措。二萜化合物種類(lèi)繁多，藥理活性顯著，是當(dāng)今藥物研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，深入研究二萜化合物的抗菌活性，研發(fā)新型低毒高效的天然二萜化合物來(lái)替代傳統(tǒng)的抗菌藥物是未來(lái)努力的方向。