吲哚及吲哚衍生物對細(xì)菌耐藥性的研究進(jìn)展

摘 要 吲哚是細(xì)菌一種重要的細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間信號分子，并參與細(xì)菌的多種生理活動，如耐藥性、控制毒力、生物膜形成等。多項(xiàng)研究證實(shí)吲哚通過調(diào)控多藥耐藥性基因的表達(dá)使細(xì)菌獲得多重耐藥性，這為新型外排泵抑制劑的研制提供了潛在性的靶標(biāo)與思路。目前，許多天然的和合成的吲哚衍生物已被作為外排泵抑制劑用于干擾或破壞細(xì)菌耐藥泵的作用從而阻斷病原菌的耐藥機(jī)制，增強(qiáng)傳統(tǒng)抗生素的殺菌能力。

關(guān)鍵詞 吲哚 吲哚衍生物 耐藥性 雙向信號調(diào)控系統(tǒng)

中圖分類號：TQ251.34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

吲哚是色氨酸酶（TnaA）產(chǎn)生的一種芳香雜環(huán)有機(jī)化合物，色氨酸酶可以將色氨酸轉(zhuǎn)化為吲哚，丙酮酸和氨（Snell， 1975）。在大腸桿菌中，色氨酸酶的表達(dá)由操縱子控制。目前，多項(xiàng)研究證實(shí)吲哚作為細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞間信號分子能夠輕松地跨膜傳遞，并可以通過調(diào)控多藥耐藥性基因的表達(dá)使細(xì)菌獲得多重耐藥性，此現(xiàn)象不僅存在于產(chǎn)吲哚的細(xì)菌中，也存在于不產(chǎn)吲哚的致病菌如人類致病菌鼠傷寒沙門氏菌、銅綠假單胞菌以及惡臭假單胞菌中（Hirakawa et al.， 2009； Nikaido et al.， 2012； Lee et al.， 2009； Molina-Santiago et al.， 2014）。

1吲哚對自產(chǎn)吲哚的細(xì)菌耐藥性調(diào)控

Hirakawa等（2005）發(fā)現(xiàn)吲哚通過雙向信號調(diào)控系統(tǒng)BaeSR和CpxAR或轉(zhuǎn)錄激活因子GadX上調(diào)多藥耐藥性外排泵基因mdtE、acrD、acrE、emrK、yceL和cusB的表達(dá)，從而提高大腸桿菌對羅丹明6G（rhodamine 6G）和SDS的抗性，并呈濃度依賴型。0.5-2 mM吲哚（此濃度接近大腸桿菌平臺期培養(yǎng)上清液的吲哚濃度）（Kim et al.， 2011）范圍內(nèi)，多藥耐藥性外排泵基因表達(dá)量隨吲哚濃度增加而升高。其中，吲哚對mdtE和acrD的上調(diào)作用最為顯著，2 mM吲哚可使mdtE和acrD表達(dá)量分別提高22倍和6.5倍。Hirakawa等（2005）提出了關(guān)于吲哚上調(diào)大腸桿菌多藥耐藥性外排泵基因表達(dá)提高對羅丹明6G和SDS抗性的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控途徑。如圖1所示，吲哚信號分子首先作用于大腸桿菌雙向信號調(diào)控系統(tǒng)BaeSR和CpxAR的組氨酸蛋白激酶BaeS和CpxA，隨后傳遞到反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白BaeR和CpxR。激活的反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白BaeR和CpxR直接結(jié)合到arcD和mdtA啟動子上游的相應(yīng)位點(diǎn)，從而上調(diào)多藥耐藥性外排泵基因arcD和mdtABC的表達(dá)。BaeR可以直接上調(diào)arcD和mdtABC基因的表達(dá)而不需要CpxR，但CpxR可以通過結(jié)合到BaeR結(jié)合位點(diǎn)上游的多個區(qū)域增強(qiáng)BaeR的作用。還發(fā)現(xiàn)CpxA信號通路可以通過未知因子上調(diào)mdtABC基因的表達(dá)，此信號通路不依賴BaeR的調(diào)控。另外，吲哚可通過轉(zhuǎn)錄激活因子GadX調(diào)控多藥耐藥性外排泵基因mdtEF的表達(dá)。雖然雙向信號調(diào)控系統(tǒng)EvgSA可以調(diào)控mdtEF基因表達(dá)，但是GadX可同時調(diào)控mdtEF的信號通路而不需要EvgA的參與。研究發(fā)現(xiàn)baeR和cpxR不參與吲哚對多藥耐藥性外排泵基因mdtEF的調(diào)控作用。同樣地，吲哚對多藥耐藥性外排泵基因arcD和mdtABC的調(diào)控作用不受gadX缺失的影響。

2吲哚對不產(chǎn)吲哚的細(xì)菌耐藥性調(diào)控

多項(xiàng)研究證實(shí)，外源添加吲哚還可以影響那些不產(chǎn)吲哚的病原菌的耐藥性（Nikaido et al.， 2012； Lee et al.， 2009； Molina-Santiago et al.， 2004）。在鼠傷寒沙門氏菌中，外源吲哚可提高多藥耐藥外排泵AcrAB-TolC的轉(zhuǎn)錄激活因子ramA基因的表達(dá)并呈濃度依賴型。吲哚濃度在1-4 mM時，ramA的表達(dá)隨吲哚濃度的增加而升高，4 mM外源吲哚可使ramA基因表達(dá)量提高39倍，并且吲哚對ramA基因的調(diào)控依賴于ramR的存在。吲哚通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子ramA基因的表達(dá)上調(diào)鼠傷寒沙門氏菌多藥耐藥性外排泵acrAB-tolC提高細(xì)菌耐藥性（圖2）。吲哚首先激活轉(zhuǎn)錄因子ramA基因的啟動子促進(jìn)RamA蛋白產(chǎn)生，RamA結(jié)合到acrAB和tolC啟動子上游從而上調(diào)多藥耐藥外排泵基因acrAB-tolC的表達(dá)，增加耐藥性。Lee等（2009）研究發(fā)現(xiàn)外源吲哚通過抑制編碼MexGHI-OpmD的多藥耐藥性外排泵基因的表達(dá)增強(qiáng)銅綠假單胞菌對四環(huán)素、慶大霉素、氨芐青霉素的耐藥性。Molina-Santiago等（2014）發(fā)現(xiàn)惡臭假單胞菌在TtgABC外排泵基因缺失的情況下，吲哚提高其由質(zhì)粒編碼的TtgGHI外排泵基因的表達(dá)，增加對殺菌劑（氨芐青霉素、諾氟沙星等）和抑菌劑（氯霉素、紅霉素和四環(huán)素等）耐藥性。

3吲哚衍生物作為外排泵抑制劑的研究進(jìn)展

吲哚作為細(xì)胞間信號分子參與細(xì)菌耐藥性的調(diào)控，為新型外排泵抑制劑的研制提供了潛在性的靶標(biāo)與思路。目前，許多天然的和合成的吲哚衍生物已被作為外排泵抑制劑用于干擾或破壞細(xì)菌耐藥泵的作用從而阻斷病原菌的耐藥機(jī)制，增強(qiáng)傳統(tǒng)抗生素的殺菌能力（咸瑞卿 & 馬淑濤，2007）。

利血平是第一個被證實(shí)對細(xì)菌耐藥泵有抑制作用的吲哚生物堿（Hsieh et al.， 1998），其主要抑制金黃色葡萄球菌的NorA耐藥泵及與其同源的耐藥泵（如肺炎球菌的耐藥泵PmrA），它能將諾氟沙星、環(huán)丙沙星等藥物對金黃色葡萄球菌的最低抑菌濃度（MIC）降至原來的一半從而增強(qiáng)細(xì)菌對藥物敏感性。

Markham等（1999）從370個吲哚衍生物中篩選得到30個活性化合物，其中對耐藥泵抑制作用最強(qiáng)的是5-硝基吲哚類（INF55）。5-硝基吲哚類與環(huán)丙沙星聯(lián)合作用可以逆轉(zhuǎn)固有耐藥菌株和獲得性耐藥菌株的耐藥性，降低耐藥菌株出現(xiàn)率。Samosom等（2006）設(shè)計合成了一系列具有5-硝基-2-芳基-1H-吲哚結(jié)構(gòu)的5-硝基吲哚類衍生物，檢測發(fā)現(xiàn)其中有3種可抑制NorA多藥耐藥泵并增強(qiáng)黃連素抗菌活性。

此外，Lepri等（2016）通過對吲哚C5和N1化學(xué)修飾設(shè)計了48種吲哚衍生物作為NorA泵抑制劑，其中有4種化合物對NorA泵的半抑制濃度（IC50）低于5 M，顯示了良好的耐藥泵抑制活性。

4展望

對吲哚及吲哚衍生物在細(xì)菌耐藥機(jī)制中的研究，為今后通過控制吲哚水平或吲哚衍生物降低外排泵基因的表達(dá)，削弱病原菌的耐藥性，提高現(xiàn)有抗生素的藥效，有效控制病害發(fā)生，提供科學(xué)的理論依據(jù)。

作者簡介：張耀，1992年6月，女，山東省濟(jì)寧市人，中國海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院2014級微生物學(xué)碩士，研究方向：分子微生物。

參考文獻(xiàn)

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