中藥化合物的抗菌及增效作用

翟貫星 陸璐 陳代杰 金慧子,*

(1 上海師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，上海 200234；2 華東理工大學(xué)生物工程學(xué)院，上海 200237；3 上海交通大學(xué)藥學(xué)院，上海 200240)

隨著臨床上抗生素的濫用，許多臨床上有效的抗生素也失去了應(yīng)有的效果，尤其是TOP12耐藥菌的存在，細(xì)菌耐藥性在世界范圍內(nèi)獲得越來越多的關(guān)注[1]，細(xì)菌耐藥性在臨床方面成為日益增長的巨大問題，需要開發(fā)新的藥物來解決細(xì)菌的耐藥性問題，中藥作為天然藥物的寶庫，在抗菌方面也有一定的作用，受到越來越多的關(guān)注。

很多中藥具有抑菌活性，部分中藥與抗生素聯(lián)用具有抗菌增敏作用，并且中藥的毒副作用較低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易產(chǎn)生耐藥。但是與抗生素相比，其對細(xì)菌的作用很微弱，臨床上常用抗菌中藥和抗生素聯(lián)合用藥以降低細(xì)菌的耐藥發(fā)展[2]。傳統(tǒng)的中藥復(fù)方組分復(fù)雜，其作用機(jī)制往往難以探究。隨著中藥活性成分的提取工藝的快速發(fā)展，中藥有機(jī)溶劑提取物、中藥單體在臨床上越來越廣泛，近年來越來越多的學(xué)者也把注意力放到中藥單體的研究上。以下對目前已知的具有抗菌增效作用的中藥單體化合物進(jìn)行總結(jié)。

1 中藥化合物抗菌增效劑的理論基礎(chǔ)

植物中也有較好的抗菌化合物，并且在許多情況下，這些化合物能夠進(jìn)入的體循環(huán)中，其濃度足以抑制微生物的生長。在通常情況下，這些化合物在植物中有許多不同的衍生物，能夠有效的控制耐藥性[3]，中藥化合物也有直接的抗菌作用：丁香酚(eugenol)在4～8μg/mL即可抑制耐多黏菌素的大腸埃希菌的生長[4]，但是大部分中藥化合物需要很高的濃度才能抑制微生物的生長，例如肉桂醛(cinnamaldehyde)在0.31mg/mL的濃度才能夠抑制大腸埃希菌與金黃色葡萄球菌的生長[5]，穿心蓮(andrographis)或艾蒿(artemisia)中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)酯，達(dá)到相對高的濃度，也能夠顯示出良好的抗菌活性[6]，而臨床許多抗生素的最低抑菌濃度(MIC)為1～2μg/mL。因此，在一般情況下，中藥是作為一種抗菌增效劑來使用。例如，表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)是來自綠茶的茶多酚化合物，是一種很有前途的候選藥物，它具有與抗生素協(xié)同作用的能力，并且有許多抗菌機(jī)制有助于預(yù)防耐藥，應(yīng)用前景比較廣泛[7]。

2 中藥化合物抗菌增效劑種類

2.1 中藥化合物抑制β-內(nèi)酰胺酶的活性

β-內(nèi)酰胺抗生素是最廣泛使用的一類抗生素。自青霉素發(fā)現(xiàn)以來，已發(fā)現(xiàn)數(shù)千種新的青霉素衍生物和相關(guān)的β-內(nèi)酰胺類頭孢菌素、頭孢霉素、單環(huán)內(nèi)酰胺和碳青霉烯類。細(xì)菌對β-內(nèi)酰胺抗生素的耐藥性主要是由于細(xì)菌產(chǎn)生的β-內(nèi)酰胺酶水解β-內(nèi)酰胺環(huán)，從而使藥物失活[8]，新德里金屬-β-內(nèi)酰胺酶1(NDM-1)是“超級細(xì)菌”產(chǎn)生的一種β-內(nèi)酰胺酶，使得細(xì)菌對β-內(nèi)酰胺包括碳青霉烯類抗生素耐藥[9]，magnolol是在厚樸(Magnolia officinalis)或廣玉蘭(Magnolia grandiflora)中發(fā)現(xiàn)一種木質(zhì)素類化合物，研究表明，magnolol能夠通過有效的抑制新德里金屬-β-內(nèi)酰胺酶的活性，恢復(fù)美羅培南對NDM-1型大腸埃希菌的活性[10]。木犀草素(luteolin)是一種黃酮類化合物，最常見于植物的葉子，木犀草素對MRSA菌株的MIC為62.5μg/mL，并能夠增效氨芐西林、苯唑西林、慶大霉素對MRSA的抗菌作用，這些發(fā)現(xiàn)證明了木犀草素與抗生素聯(lián)合用藥在抑制MRSA生長方面具有較大的巨大潛力[11]。來源于西南黃芩(Scutellaria amoenaCM.Wright)的黃酮類化合物黃芩苷(baicalin)與青霉素G/阿莫西林的組合對臨床20種產(chǎn)生青霉素酶的金黃色葡萄球菌株的均具有協(xié)同作用，對另外10株MRSA也具有同樣的效果，黃芩素能夠保護(hù)青霉素，防止其被青霉素酶分解，黃芩素對青霉素酶活性的抑制是協(xié)同和保護(hù)作用的原因[12]。

2.2 中藥化合物抑制代謝活動相關(guān)酶的活性

還有一些中藥化合物是通過抑制DNA、RNA或其它代謝相關(guān)酶等的活性而發(fā)揮抗菌增敏作用。蒜素(allicin)可以抑制細(xì)菌和真菌的增殖或徹底殺死細(xì)菌，包括耐藥菌株如MRSA等[13]。研究表明，蒜素主要是通過抑制微生物RNA合成酶的活性進(jìn)而影響其RNA的合成從而發(fā)揮作用[14]。中藥單體化合物5'-(methylthio)-5'-deoxyadenosine、octanal 2,4-dinitrophenylhydrazone、脫氧紫草素(deoxyshikonin)、kavahin與沒食子酸十二酯(dodecyl gallate)能夠抑制肺炎球菌組氨酸激酶(VicK)的活性，VicK是肺炎鏈球菌中VicK/VicR雙組分調(diào)節(jié)系統(tǒng)(TCS)之一，對肺炎球菌的存活至關(guān)重要[15]，這5種化合物能夠抑制化膿性鏈球菌(Streptococcus pyogenes)、緩癥鏈球菌(Streptococcus mitis)、變形鏈球菌(Streptococcus mutans)或假肺炎鏈球菌(Streptococcus pseudopneumoniae)的生長，同時(shí)脫氧紫草素和沒食子酸十二酯對金黃色葡萄球菌有很強(qiáng)的抑制作用，這5種化合物均對青霉素有增效作用，deoxyshikonin和十二烷基沒食子酸酯在體內(nèi)和體外顯示出與青霉素顯著的協(xié)同抗菌活性。此外，這兩種化合物還顯示出與紅霉素和四環(huán)素的協(xié)同抗菌活性，表明這些新型VicK抑制劑可能是有希望的抗肺炎球菌以及青霉素抗性菌株的化合物[15]。

2.3 中藥化合物抑制外排泵劑

革蘭陰性菌對抗生素耐藥的一個(gè)主要原因是存在各種形式的外排泵，外排泵能夠?qū)⒃S多抗生素包括氟喹諾酮類、β-內(nèi)酰胺類、四環(huán)素類、噁唑烷酮類以及β-內(nèi)酰胺酶抑制劑排除到細(xì)胞外，從而降低胞內(nèi)抗生素的濃度，外排泵抑制劑能夠提高藥物的胞內(nèi)濃度，從而降低耐藥[16]。從迷迭香植物中分離得到的鼠尾草酸(carnosic acid)是一種天然化合物，在結(jié)構(gòu)上與已知的抗生素?zé)o關(guān)，可以作為norA外排泵的抑制劑，增加藥物在細(xì)菌菌體內(nèi)的濃度[17]，鼠尾草酸是針對耐藥性腸球菌和金黃色葡萄球菌感染組合療法的新型候選藥物[18]。鷹嘴豆芽素A(Biochanin A)是異黃酮化合物，單獨(dú)使用鷹嘴豆芽素A對MRSA41577菌株無抑制作用，用鷹嘴豆芽素A與環(huán)丙沙星聯(lián)合，具有較好的協(xié)同作用，能夠抑制MRSA41577的生長，鷹嘴豆芽素A使MRSA41577胞內(nèi)的環(huán)丙沙星增加了83%，其中NorA蛋白和外排系統(tǒng)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ATP結(jié)合蛋白的活性均顯著降低[19]。 麝香草酚(thymol)與香芹酚(carvacrol)是由各種芳香植物產(chǎn)生的兩種單萜烯酚，實(shí)驗(yàn)表明，麝香草酚與香芹酚是外排泵抑制劑，能夠抑制腸炎沙門菌(Salmonella enteritidis)對苯扎氯銨的外排作用，從而使苯扎氯銨對腸炎沙門菌的MIC降低2～8倍[20]。

2.4 中藥化合物改變細(xì)胞膜的通透性

近年來，有文獻(xiàn)報(bào)道中藥的有效成分可改變細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性。山蒼子油(Litsea cubebaoil)對黑曲霉、大腸埃希菌、金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌均有不同程度的抑制作用，經(jīng)山蒼子油處理一段時(shí)間后的蛋白質(zhì)利用率有所下降，細(xì)菌通透性明顯增強(qiáng)，引起內(nèi)含物的滲漏。結(jié)果表明，山蒼子油的抑菌機(jī)制可能在于破壞細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞變形和菌體蛋白質(zhì)減少，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡[21]。綠原酸(chlorogenic acid)及其類似物異綠原酸A對大腸埃希菌具有較強(qiáng)的抑制作用，實(shí)驗(yàn)表明，綠原酸及異綠原酸A均可破壞細(xì)菌細(xì)胞壁、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞的通透性增加，進(jìn)而使細(xì)胞內(nèi)容物外泄，并且異綠原酸A對細(xì)菌細(xì)胞壁、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞作用強(qiáng)于綠原酸[22]。

2.5 中藥化合物抑制細(xì)菌生物膜的形成

生物膜是細(xì)菌形成的復(fù)雜的、固著在物體表面的微生物群落，包裹著細(xì)菌的生物膜基質(zhì)使細(xì)菌能夠忍受惡劣的條件與抗生素的治療。因此，篩選能夠減少和根除生物膜的抗生物膜藥物至關(guān)重要[23]。魚腥草酸鈉(sodium houttuyfonate)，是一種phytoanticipin衍生物，與左氧氟沙星對銅綠假單胞菌具有明顯的協(xié)同作用，能夠有效抑制銅綠假單胞菌的生物膜形成。魚腥草酸鈉與左氧氟沙星聯(lián)合處理后，通過熒光顯微鏡，能夠觀察到更多地去除胞外聚合物結(jié)構(gòu)(EPS)，這種有效的抗微生物劑能夠有效降低對生物膜引起相關(guān)感染[24]。殼聚糖(chitosan)可抑制細(xì)菌、霉菌生長，并且可以提高慶大霉素抵抗細(xì)菌生物膜的形成，用殼聚糖和慶大霉素的共同處理導(dǎo)致李斯特菌生物膜的減少，殼聚糖可以抑制生物膜形成，從而促進(jìn)慶大霉素進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)，并且對Listeria welshimeri與Listeria innocua等也有同樣的效果[25]。有機(jī)酸類化合物丁香酚(eugenol)對MRSA和甲氧西林敏感金黃色葡萄球菌(MSSA)臨床菌株形成的生物膜具有明顯的活性，丁香酚能夠抑制生物膜形成，破壞細(xì)菌細(xì)胞間的連接，分解形成的生物膜，并能夠殺死MRSA和MSSA生物膜中的細(xì)菌，丁子香酚可用于控制或根除金黃色葡萄球菌生物膜引起的相關(guān)感染[26]。

2.6 中藥化合物消除耐藥質(zhì)粒

質(zhì)粒通常攜帶多種抗生素抗性基因，有助于多藥耐藥(MDR)的傳播，通過接合，質(zhì)?？梢栽谕环N內(nèi)的細(xì)菌或不同種細(xì)菌之間轉(zhuǎn)移。因此，消除耐藥質(zhì)粒，能夠減少耐藥基因的傳播。研究表明中藥能夠消除耐藥質(zhì)粒，目前主要集中在中藥提取物的研究上。例如，千里光能夠消除大腸埃希菌內(nèi)的具有耐藥基因的R質(zhì)粒[27]，五倍子能夠消除產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶的大腸埃希菌的質(zhì)粒[28]，黃芩也能夠消除NDM-1乙酸鈣不動桿菌的耐藥質(zhì)粒[29]。中藥單體化合物對耐藥質(zhì)粒消除研究較少，汪東海等[30]對黃芩苷的質(zhì)粒消除作用進(jìn)行研究表明，經(jīng)黃芩苷作用后，能夠消除37.5%的耐藥質(zhì)粒，并且質(zhì)粒消除后，能夠使對慶大霉素與環(huán)丙沙星耐藥的鮑曼不動桿菌重新恢復(fù)敏感性。

3 總結(jié)與展望

中藥單體化合物對細(xì)菌的抗菌作用研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，中藥單體化合物能夠在抑制β-內(nèi)酰胺酶、抑制代謝活動相關(guān)酶、抑制外排泵、改變細(xì)胞膜通透性、抑制細(xì)菌菌膜、消除耐藥質(zhì)粒方面具有一定的效果，并且能夠顯著的增效抗生素對細(xì)菌的活性。另外，有些中藥單體化合物的抗菌作用機(jī)制往往不是單一的，能夠在多個(gè)方面作用消除細(xì)菌耐藥，因此不容易產(chǎn)生耐藥，表明中藥單體化合物在耐藥菌的治療中具有一定的優(yōu)勢與廣闊的應(yīng)用前景。

目前，中藥抗菌作用主要集中在中藥的粗提取物的研究，中藥單體化合物的研究較少，但是提取物比較復(fù)雜，作用機(jī)制難以闡述。中藥的成分比較復(fù)雜，分離與提取較為困難，但是隨著中藥提取與分離技術(shù)的快速發(fā)展，如超高壓提取、超聲提取、微波萃取等的提取技術(shù)的快速發(fā)展[31]，很多天然藥物已經(jīng)分離出了單體化合物，并且已經(jīng)對一部分中藥化合物的抗菌作用、增效作用以及作用機(jī)制方面已經(jīng)進(jìn)行了很多研究[32]，但也僅僅對一部分中藥化合物做了較多的研究，還有更多的中藥化合物需要進(jìn)一步的研究。

另外，目前的研究主要是在體外的抑菌實(shí)驗(yàn)，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，體內(nèi)的作用研究較少。藥物的開發(fā)往往需要藥物具有明確的結(jié)構(gòu)與作用機(jī)制，需要對具有抗菌及增效作用的中藥化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對其抗菌作用及作用機(jī)制進(jìn)行研究，并進(jìn)行一系列體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)。此外，需要多學(xué)科的合作研究，將中藥提取、抗菌研究和化學(xué)合成同步進(jìn)行，能夠更快地促進(jìn)中藥化合物抗菌研究的進(jìn)展。