細(xì)菌群體感應(yīng)及其抑制劑的研究進(jìn)展

馮 閃楊瑩瑩馬隴豫孫夢(mèng)瑤劉超群

河南大學(xué) 藥學(xué)院，河南 開(kāi)封475004

近幾十年中，細(xì)菌感染性疾病作為世界上最大的健康問(wèn)題之一，引起了廣泛的關(guān)注。當(dāng)前，用于細(xì)菌感染的最廣泛接受的治療方法是抗生素。但是，過(guò)量使用抗生素會(huì)增加細(xì)菌的抵抗力，降低治療效果，并導(dǎo)致高死亡率。在自然界中，細(xì)菌傾向于不可逆地附著在基質(zhì)上，并生活在稱(chēng)為生物膜的多細(xì)胞群落中，超過(guò)80%的細(xì)菌感染與生物膜有關(guān)。生物膜是由細(xì)胞外基質(zhì)包裹、高度組織化表面吸附類(lèi)細(xì)菌群體，包被有生物膜的細(xì)菌對(duì)傳統(tǒng)抗生素產(chǎn)生耐藥性，從而引發(fā)多種慢性和難治性感染疾病，例如耳部感染、細(xì)菌性心內(nèi)膜炎、燒傷感染等。所以，消除生物膜的困難在各個(gè)領(lǐng)域中造成了重大問(wèn)題，包括持續(xù)性感染、生物醫(yī)學(xué)植入物和設(shè)備、工業(yè)環(huán)境、海洋設(shè)備和食品包裝等領(lǐng)域。

細(xì)菌群體感應(yīng)（Quorum sensing，QS）可以調(diào)控多種細(xì)菌的生理現(xiàn)象，例如生物膜的形成、毒素的產(chǎn)生、熒光的產(chǎn)生等。首次提出群體感應(yīng)是在20 世紀(jì)60 年代末和70 年代初，當(dāng)時(shí)研究人員發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae）的遺傳能力和兩種海洋細(xì)菌的發(fā)光能力需要細(xì)胞外分子的產(chǎn)生［1?2］。然后，通過(guò)這些分子的細(xì)胞信號(hào)被認(rèn)為是化學(xué)交流的一種形式，但是這些早期發(fā)表的作品受到質(zhì)疑，通常被忽略。后來(lái)，對(duì)費(fèi)氏弧菌發(fā)光機(jī)理的研究發(fā)現(xiàn)其光密度與細(xì)菌濃度呈比例相關(guān)性［3］。自20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，群體感應(yīng)研究的數(shù)量不斷增加，研究領(lǐng)域也顯著多樣化，通過(guò)對(duì)多種不同細(xì)菌進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在這些細(xì)菌中都存在信息交流現(xiàn)象。1994 年，F(xiàn)uqua 等［4］提出群體感應(yīng)，分析綠膿桿菌、費(fèi)氏弧菌及哈維氏弧菌產(chǎn)生的信號(hào)分子、生物功能。研究發(fā)現(xiàn)，群體感應(yīng)具有誘導(dǎo)生物膜的形成、調(diào)控生物發(fā)光、激活毒力途徑等多種功能。破壞群體感應(yīng)途徑的化學(xué)物質(zhì)被稱(chēng)為群體感應(yīng)抑制劑（Quorum Sensing Inhibitors，QSIs），目前已經(jīng)對(duì)群體感應(yīng)抑制劑進(jìn)行了廣泛的研究，其既不會(huì)影響細(xì)菌的生長(zhǎng)，也可以抑制生物膜的形成和成熟，并且作為抗生素的促進(jìn)劑，降低毒力因子的含量減弱微生物的毒性，成為新型抗毒藥物靶點(diǎn)和抗菌策略的代替方法。

本文在前人的基礎(chǔ)上，首先對(duì)群體感應(yīng)的概念和分類(lèi)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，并且系統(tǒng)性總結(jié)群體感應(yīng)抑制劑的機(jī)制、分類(lèi)和主要應(yīng)用，可提供新型廣泛應(yīng)用的安全藥物替代品的開(kāi)發(fā)策略。

1 群體感應(yīng)系統(tǒng)

群體感應(yīng)是一種細(xì)胞間的通信途徑，使細(xì)菌群體根據(jù)細(xì)胞密度協(xié)調(diào)重新編程基因表達(dá)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，在所有的群體感應(yīng)系統(tǒng)中，都產(chǎn)生一個(gè)稱(chēng)為自誘導(dǎo)物質(zhì)（Auto?inducer，AI）的信號(hào)分子，并分泌（或自由擴(kuò)散）到周?chē)h(huán)境中。隨著細(xì)菌數(shù)量的增長(zhǎng)，信號(hào)分子的濃度也在增加，直到達(dá)到一個(gè)閾值濃度，在這個(gè)濃度上，它與一個(gè)同源受體蛋白結(jié)合并激活之。通過(guò)群體感應(yīng)感受器感知到的群體感應(yīng)信號(hào)分子在群體中的所有成員中觸發(fā)了生理反應(yīng)，例如毒素、抗生素和熒光的產(chǎn)生，包括形成適應(yīng)環(huán)境變化的生物膜［5?6］等，最終在整個(gè)群體中重新編程基因表達(dá)。

每種菌體群體感應(yīng)都有不同的信號(hào)分子來(lái)調(diào)節(jié)基因表達(dá)。根據(jù)群體感應(yīng)信號(hào)的不同分子，群體感應(yīng)分為以下幾種類(lèi)型［7］：①以?；呓z氨酸內(nèi)酯類(lèi)分子（Acyl?homoserine lactones，AHLs）作為AI 的革蘭氏陰性菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)；②以寡肽類(lèi)分子（Au?toinducing peptide，AIP）作為AI 的革蘭氏陽(yáng)性菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)；③以呋喃酰硼酸二酯類(lèi)分子（AI?2）作為種間細(xì)菌交流AI 的群體感應(yīng)系統(tǒng)，其在多數(shù)革蘭氏陰性菌和陽(yáng)性菌中都存在；④以應(yīng)激激素腎上腺素和去甲腎上腺素AI?3 作為種間細(xì)菌交流AI 的群體感應(yīng)系統(tǒng)；⑤其他類(lèi)型的群體感應(yīng)系統(tǒng)。下面就按照上述不同類(lèi)型分別進(jìn)行介紹。

1.1 以AHLs 作為AI 的革蘭氏陰性細(xì)菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)

作為群體感應(yīng)的自誘導(dǎo)劑，AHLs 是一種特殊的小分子水溶性化合物，在革蘭氏陰性菌的群體感應(yīng)中起關(guān)鍵作用，并且是由革蘭氏陰性菌產(chǎn)生的信號(hào)分子。LuxI 是一種細(xì)胞內(nèi)蛋白酶，可以催化AI 的合成。LuxI 蛋白酶催化載體蛋白的酰基側(cè)鏈與?；蚐?腺苷甲硫氨酸上的高絲氨酸結(jié)合形成AHLs［8］，AHLs 可以自由進(jìn)入和離開(kāi)細(xì)胞。當(dāng)細(xì)菌密度增加時(shí)，AHLs 積累到一定濃度閾值時(shí)，它們結(jié)合到LuxR 蛋白的氨基殘基上，成為細(xì)胞質(zhì)中的受體，從而激活調(diào)控的基因表達(dá)［9］。例如，銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）具有兩個(gè)群體感應(yīng)系統(tǒng)LasR／LasI 體系和RhlR／RhlI 體系，分別調(diào)節(jié)信號(hào)分子3?oxo?C12?HSL 和C4?HSL 的合成，化學(xué)信號(hào)層次化排列，RhlR 由LasR 調(diào)節(jié)。前者LasR／LasI 系統(tǒng)中的AHLs 信號(hào)分子可與LasR 結(jié)合以激活轉(zhuǎn)錄，增加了外毒素A、堿性蛋白酶和彈性蛋白酶的基因表達(dá)；后者RhlR／RhlI 體系中的AHLs 信號(hào)分子可以與RhlR 受體結(jié)合，以調(diào)節(jié)大量基因的表達(dá)，如鼠李糖脂溶素、氰化物、殼多糖酶和綠膿素等物質(zhì)［10］。

1.2 以AIP 作為AI 的革蘭氏陽(yáng)性菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)

在革蘭氏陽(yáng)性菌中，許多線(xiàn)性和翻譯后修飾的肽基群體感應(yīng)信號(hào)分子與DNA 攝取和加工、偶聯(lián)和毒力相關(guān)。AIP 通過(guò)典型的核糖體合成表達(dá)為無(wú)活性的前肽，隨后經(jīng)過(guò)處理和修飾產(chǎn)生活性群體感應(yīng)信號(hào)，其隨著細(xì)菌濃度的增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定濃度閾值的時(shí)候，位于細(xì)胞膜上的AIP 信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)與之相互作用，最終發(fā)揮調(diào)節(jié)作用［11］。因?yàn)锳IP 不能在細(xì)胞膜間自由擴(kuò)散，受體細(xì)胞對(duì)AIP 的感知通常是由傳感器激酶介導(dǎo)的，它通過(guò)磷酸化級(jí)聯(lián)將信號(hào)從細(xì)胞膜轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)的同源反應(yīng)調(diào)節(jié)因子［12］。例如金黃色葡萄球菌（Staphylo?coccus aureus）中的短肽分子Agr，不能進(jìn)入微生物細(xì)胞，而是通過(guò)與膜受體結(jié)合啟動(dòng)信號(hào)傳輸，磷酸化的AgrA 與轉(zhuǎn)錄因子SarA 相關(guān)，間接激活編碼合成毒性因子的基因轉(zhuǎn)錄，AgrA 還可以激活靶啟動(dòng)子，上調(diào)分泌的毒力因子，下調(diào)參與宿主細(xì)胞粘附和生物膜形成的表面蛋白［13］。

1.3 以AI?2 作為種間細(xì)菌交流AI 的群體感應(yīng)系統(tǒng)

雖然上面描述的AHLs 和AIP 只局限于一個(gè)相對(duì)狹窄的細(xì)菌種類(lèi)，但有跡象表明一種常見(jiàn)的細(xì)菌信號(hào)分子。AI?2 種間交流群體感應(yīng)系統(tǒng)，與AHLs首次在發(fā)光的海洋生物哈維氏弧菌（Vibrio harveyi）中被識(shí)別。在AI?2 介導(dǎo)的種間交流群體感應(yīng)中，細(xì)菌可以通過(guò)AI?2 感知周?chē)?xì)菌的存在，并調(diào)節(jié)自身行為［14?15］。AI?2 是可擴(kuò)散的信號(hào)分子，一種呋喃氧基硼酸二酯分子，由于在其結(jié)構(gòu)中存在硼而獨(dú)特，通過(guò)復(fù)雜的磷接力級(jí)聯(lián)激活哈維弧菌的生物發(fā)光，中間產(chǎn)生LuxLM 合成的AI?1（AHLs 類(lèi)）和由LuxS 合成AI?2［13］，當(dāng)AI?2 達(dá)到一定濃度時(shí)，它進(jìn)入細(xì)胞并在磷酸激酶LsrK 的作用下被磷酸化，形成信號(hào)分子，以調(diào)節(jié)群體感應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)［8］。所以AI?2已被證明在許多不同的革蘭氏陰性菌（如大腸桿菌、螺桿菌、卟啉單胞菌）和革蘭氏陽(yáng)性菌（如釀膿鏈球菌、金黃色葡萄球菌）中，暗示著可能有一個(gè)普遍的細(xì)菌群體感應(yīng)的信號(hào)分子。

1.4 以AI?3 作為種間細(xì)菌交流AI 的群體感應(yīng)系統(tǒng)

以AI?3 作為種間細(xì)菌交流AI 的信號(hào)分子來(lái)源于人類(lèi)應(yīng)激激素腎上腺素和正腎上腺素，其調(diào)控過(guò)程非常復(fù)雜［16］。存在于部分革蘭氏陰性菌，如腸道共生菌、出血性大腸桿菌、大腸埃希氏菌和痢疾桿菌（Shigella dysenteriae）［17］。

1.5 其他類(lèi)型的群體感應(yīng)系統(tǒng)

當(dāng)然還存在一些其他類(lèi)型的群體感應(yīng)系統(tǒng)，例如真菌群體感應(yīng)系統(tǒng)、CAI?1 型群體感應(yīng)系統(tǒng)、DSF調(diào)控的群體感應(yīng)系統(tǒng)和喹諾酮類(lèi)群體感應(yīng)系統(tǒng)（信號(hào)分子PQS 和HHQ）［10］。Hornby 等［18］鑒定了調(diào)節(jié)白色念珠菌形態(tài)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵AI 信號(hào)分子是金合歡醇。從霍亂弧菌和哈維弧菌發(fā)現(xiàn)信號(hào)分子CAI?1。野油菜黃單胞桿菌（Xanthomonas campestris）可產(chǎn)生一種稱(chēng)作DSF 的信號(hào)分子［19］，可以參與多種毒力因子、生物膜形成，細(xì)胞外多糖，鐵吸收，細(xì)胞外酶產(chǎn)生的調(diào)節(jié)［10?20］。銅綠假單胞菌也存在一種新的分子喹諾酮信號(hào)，提供了RhlR 和LasR 之間的連接，所以喹諾酮類(lèi)群體感應(yīng)系統(tǒng)是銅綠假單胞菌所特有的信號(hào)系統(tǒng)［10］。

2 群體感應(yīng)抑制劑

2.1 群體感應(yīng)抑制劑的機(jī)制

影響AI 及其受體蛋白積累或識(shí)別的過(guò)程會(huì)破壞群體感應(yīng)，因此群體感應(yīng)抑制劑的作用機(jī)理主要分為以下四種類(lèi)型：①降解信號(hào)分子，使其不能與受體蛋白結(jié)合，例如枯草芽孢桿菌所產(chǎn)生的AiiA 酶；②抑制AI 的生成，例如三氯生、鄰苯三酚、硼酸和砜類(lèi)化合物；③合成一些AI 的結(jié)構(gòu)類(lèi)似物，與相應(yīng)的受體蛋白競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，例如海洋紅藻、呋喃酮?56、呋喃酮C?3O；④降低AHLs 同源受體蛋白或AHLs 合成酶的活性，例如AHL??；D(zhuǎn)移酶、AHL?內(nèi)酯酶、AHL?氧化還原酶。

2.2 群體感應(yīng)抑制劑的分類(lèi)

根據(jù)其來(lái)源，分為兩種：天然產(chǎn)物群體感應(yīng)抑制劑和人工化學(xué)合成群體感應(yīng)抑制劑［21］。下面分別舉例進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

2.2.1 天然產(chǎn)物群體感應(yīng)抑制劑

群體感應(yīng)抑制劑是由多種生物產(chǎn)生，例如來(lái)自陸地、海洋或淡水生態(tài)系統(tǒng)的植物、微生物、動(dòng)物和真菌等。

1）植物類(lèi)群體感應(yīng)抑制劑。目前，文獻(xiàn)報(bào)道許多植物可以產(chǎn)生抑制群體感應(yīng)的活性物質(zhì)，例如淡水和海洋微藻還有衍生自海洋紅藻（Delisea pul?chra）的鹵代呋喃酮類(lèi)化合物，可以抑制哈氏弧菌的生物熒光的產(chǎn)生［22］。當(dāng)然具有抑制群體感應(yīng)活性的天然產(chǎn)物還包括從假單胞菌中分離提取出來(lái)的姜黃素（curcumin）、兒茶素、肉桂醛、原氨茶素。Thim?maraju 等［23］研究證明，姜黃素可以抑制銅綠假單胞菌中毒力因子的基因表達(dá)，并影響生物膜的成熟、細(xì)菌群游和胞外多糖的產(chǎn)生，同時(shí)還可以增強(qiáng)病原菌對(duì)抗生素的耐受性［24］，被認(rèn)為是一種新型抗毒藥物靶點(diǎn)。哈維氏弧菌BB120 和大腸桿菌O157：H7 菌株的生物膜可以分別被槲皮素和柚皮素抑制［25］。食物大蒜提取物是含AHLs 依賴(lài)性群體感應(yīng)抑制劑。針對(duì)銅綠假單胞菌感染的囊性纖維化患者的臨床實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，口服大蒜提取物有改善的趨勢(shì)，阿焦烯就是從大蒜中提取出來(lái)的抑制劑，可在小鼠肺部感染模型中促進(jìn)銅綠假單胞菌的清除并增強(qiáng)妥布霉素存在時(shí)對(duì)生物膜的殺傷能力，有效抑制鼠李糖脂等毒力因子的產(chǎn)生［26］。群體感應(yīng)抑制劑可以從所有類(lèi)型的植物組織中提取，包括根和根狀莖、花、樹(shù)皮、葉子、莖、種子和果實(shí)等。Musthafa 等［27］證明了人參、香蕉、菠蘿等水提物也可以抑制細(xì)菌的群體感應(yīng)。植物生物堿角氨酸，一種從發(fā)芽大麥中提取的膳食酚類(lèi)植物化學(xué)物質(zhì)，傳統(tǒng)上被用作血管收縮和間接作用腎上腺素能劑。通過(guò)對(duì)其研究發(fā)現(xiàn)可作為一種新型天然群體感應(yīng)抑制劑，抗生物膜劑，氨基糖苷類(lèi)抗生素促進(jìn)劑，以對(duì)抗銅綠假單胞菌。

2）微生物類(lèi)群體感應(yīng)抑制劑。微生物類(lèi)群體感應(yīng)抑制劑主要包括各種群體感應(yīng)猝滅酶和次級(jí)代謝產(chǎn)物［21］。群體感應(yīng)淬滅酶的三種類(lèi)型，即AHL??；D(zhuǎn)移酶，AHL?內(nèi)酰胺酶和AHL?氧化還原酶，可以破壞AHLs，從而使信號(hào)分子失活［28］。微生物的次生代謝產(chǎn)物因其不同的代謝方法而各不相同。群體感應(yīng)抑制劑分子在芽孢桿菌、嗜硫桿菌和假單胞菌等不同屬中都有報(bào)道，然而只有少數(shù)微生物類(lèi)群體感應(yīng)抑制劑已被很好地鑒定。例如環(huán)（L?脯氨酸?L?苯丙氨酸）、環(huán)（L?脯氨酸?L?異亮氨酸）或者環(huán)（L?脯氨酸?L?亮氨酸）可以抑制生物熒光的產(chǎn)生［29］。黏質(zhì)沙雷氏菌（Serratia plymuthica）和耐熱熒光假單胞菌（Pseudomonas fluorescens）會(huì)產(chǎn)生不尋常的抑制劑，即揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC，如二甲基二硫化物［10］，抑制以AHLs 為基礎(chǔ)的群體感應(yīng)調(diào)節(jié)。

3）動(dòng)物類(lèi)群體感應(yīng)抑制劑。Yang 等［30］嘗試用AiiA 特異性抗血清中和AiiA 酶時(shí)，偶然發(fā)現(xiàn)抗AiiA血清對(duì)3?oxo?C12?HSL 有較強(qiáng)的滅活活性，因?yàn)??oxo?C12?HSL 在細(xì)菌毒力基因表達(dá)的群體感應(yīng)調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，所以首次發(fā)現(xiàn)來(lái)自6 種哺乳動(dòng)物的血清樣品可以對(duì)一系列AHLs 信號(hào)顯示出強(qiáng)烈的酶降解活性。研究發(fā)現(xiàn)，在已知的產(chǎn)生群體感應(yīng)抑制劑的動(dòng)物中，大部分屬于海洋生態(tài)系統(tǒng)，Junguk等［31］發(fā)現(xiàn)火蟻（Solenopsis invicta）能夠產(chǎn)生有效的生物群體感應(yīng)抑制劑，其體內(nèi)的生物堿可阻斷群體感應(yīng)。最常見(jiàn)的海洋群體感應(yīng)抑制劑產(chǎn)生者是軟珊瑚和海綿（Ircinia felix），但柳珊瑚、硬珊瑚、海洋苔蘚蟲(chóng)（Flustra foliacea）和腹水蟲(chóng)也產(chǎn)生群體感應(yīng)抑制劑。例如海綿中提取的呋喃三萜化合物在革蘭氏陰性菌中起抑制生物膜的作用［21］、Peters 等［32］發(fā)現(xiàn)海洋苔蘚蟲(chóng)產(chǎn)生不同的溴化生物堿，其阻斷AHLs調(diào)控基因表達(dá)的能力在不同的細(xì)菌中已被證明。包括生活中的肉類(lèi)或肉類(lèi)副產(chǎn)品冷凍魚(yú)、雞胸、牛肉等提取物［33］、家禽肉類(lèi)提取物中脂肪酸類(lèi)化合物也被認(rèn)為是群體感應(yīng)抑制劑的意外來(lái)源。

4）真菌類(lèi)群體感應(yīng)抑制劑。研究發(fā)現(xiàn)，子囊菌青霉屬產(chǎn)生的群體感應(yīng)抑制劑，如青霉素或青霉素酸，其中含有呋喃酮核心，可以靶向RhlR 和LasR 蛋白。例如在海洋真菌（Penicillium sp.QF046）代謝物中發(fā)現(xiàn)的星形曲霉毒素可以有效抑制紫色桿菌的群體感應(yīng)［16］。一些擔(dān)子菌，如食用銀耳、黑木耳（Au?ricularia auricular）提取物、黃孢或者藥用真菌桑黃（Phellinus igniariu）提取物，也可產(chǎn)生群體感應(yīng)抑制劑［34?36］。

2.2.2 人工化學(xué)合成群體感應(yīng)抑制劑

基于藥物設(shè)計(jì)，即信號(hào)或信號(hào)前體類(lèi)似物的化學(xué)合成，或先前識(shí)別的群體感應(yīng)抑制劑類(lèi)似物的化學(xué)合成，通過(guò)這些仿生方法，大量的分子被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)它們的不同結(jié)構(gòu)，人工化學(xué)合成的群體感應(yīng)抑制劑分為呋喃酮類(lèi)、內(nèi)酯類(lèi)和取代的HSL 類(lèi)等。其中，化學(xué)合成的呋喃酮類(lèi)化合物研究相對(duì)廣泛，例如He Z 等［37］發(fā)現(xiàn)的呋喃酮C?30，可以作細(xì)菌群體感應(yīng)信號(hào)分子的拮抗劑。Joseph 等［38］研究發(fā)現(xiàn)信號(hào)分子AHLs（OdDHL）是由Lux 型酶生物合成，而這些AHLs 信號(hào)被細(xì)胞內(nèi)的LuxR 型受體感知，它們結(jié)合信號(hào)后通常形成活性二聚體，作為轉(zhuǎn)錄因子誘導(dǎo)群體感應(yīng)調(diào)控基因的表達(dá)。Reverchon S 等［39］合成的22 種新型AHLs 類(lèi)似物，分別在?；湹腃?4 位上有衍生物、環(huán)烷基或芳基取代基，可以競(jìng)爭(zhēng)性抑制天然誘導(dǎo)劑活性的能力。Morkunas 等［40］發(fā)現(xiàn)銅綠假單胞菌可以產(chǎn)生一系列的毒力因子，增強(qiáng)其破壞宿主組織并導(dǎo)致疾病的能力，其中最重要的毒力因子是花青素。但是通過(guò)一種稱(chēng)為群體感應(yīng)的細(xì)胞間通訊機(jī)制可以調(diào)節(jié)花青素的產(chǎn)生，他們合成的非生物OdDHL 模擬物，能夠與內(nèi)源OdDHL 競(jìng)爭(zhēng)的新化合物，從而抑制花青素的產(chǎn)生。Roy 等［41］開(kāi)發(fā)了AI?2 信號(hào)分子的C?1 烷基類(lèi)似物，該類(lèi)似物與AI?2一樣，被細(xì)菌激酶LsrK 激活，并通過(guò)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子LsrR 調(diào)節(jié)AI?2 特異性基因轉(zhuǎn)錄，同時(shí)抑制多種細(xì)菌的群體感應(yīng)響應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)［42］，針對(duì)AI?2 合成的LuxS 蛋白，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)通路的缺陷，在控制多種病原體方面更為有效。例如鹵代呋喃，對(duì)AI?2 群體感應(yīng)有直接的抑制作用，增加體外產(chǎn)生AI?2 的濃度對(duì)生物膜密度有負(fù)面影響。

2.2.3 細(xì)菌群體感應(yīng)淬滅酶

群體淬滅是在群體感應(yīng)需要信號(hào)分泌、識(shí)別、信號(hào)?受體復(fù)合體形成等任一過(guò)程中被干擾而影響甚至阻斷群體感應(yīng)［43］。群體感應(yīng)調(diào)控的基因與細(xì)菌致病性、致腐性等性狀相關(guān)，所以任一過(guò)程都需要有序并且高效地完成。研究開(kāi)發(fā)的兩種信號(hào)分子類(lèi)似物：環(huán)孢菌素A 與伐司樸達(dá)都可以通過(guò)阻止Rgg2的激活、促 進(jìn)Rgg3 的 抑制，來(lái)干擾生物膜形成［43?44］。Persson 等［45］合成了一些小系列的構(gòu)象限制類(lèi)似物，其中基于硫化物AHLs 被接枝到一個(gè)二硫烷基上，比大蒜衍生的結(jié)構(gòu)更加靈活有效，還可以通過(guò)對(duì)?；湹男揎?，可以與HSL 競(jìng)爭(zhēng)受體結(jié)合位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)群體淬滅。Takaya 等［46］研究發(fā)現(xiàn)Lon 蛋白酶是一個(gè)強(qiáng)大的負(fù)調(diào)控因子，通過(guò)降解特定的底物來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞系統(tǒng)，其中就包括群體感應(yīng)系統(tǒng)。

3 群體感應(yīng)抑制劑的應(yīng)用

3.1 新型抗菌策略

抑制群體感應(yīng)是控制細(xì)菌生長(zhǎng)和致病的有效替代策略。干擾一個(gè)菌群的群體感應(yīng)可以控制致病細(xì)菌的過(guò)度生長(zhǎng)，而不會(huì)對(duì)細(xì)菌遺傳造成過(guò)大的選擇性壓力，從而導(dǎo)致耐藥突變體的產(chǎn)生。群體感應(yīng)抑制劑可以通過(guò)增加生物膜中的細(xì)菌敏感性或者增加感染后的宿主存活率來(lái)提高抗生素治療的成功率［47］。例如Sun 等［48］合成的多種藥物傳遞的氮化碳空心球，通過(guò)群體感應(yīng)抑制劑、抗生素和光動(dòng)力治療聯(lián)合抗菌，然而群體感應(yīng)抑制劑作為單一治療在人類(lèi)治療上的應(yīng)用，似乎不如在其上使用抗生素或抗生素加生物膜分散劑的綜合治療策略。V2O5納米線(xiàn)作為一種催化劑材料，具有類(lèi)似過(guò)氧化物酶的活性，可以催化過(guò)氧化氫和鹵離子生成次鹵酸和單線(xiàn)態(tài)氧，其中次鹵酸可以鹵化信號(hào)分子，干擾信號(hào)分子的產(chǎn)生破壞群體感應(yīng)，阻止生物膜的形成［49］。

3.2 植物源生物防治劑

研究表明，植物源的群體感應(yīng)抑制劑在不抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的情況下能夠抑制細(xì)菌的群體感應(yīng)，來(lái)降低病原菌的致病性，具有不易誘導(dǎo)細(xì)菌耐藥性又可以起到防治細(xì)菌病害的優(yōu)點(diǎn)［50］。例如香樟（Cinna?momum camphora）制備的精油可抑制大腸桿菌、紫色桿菌、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞桿菌的活性，是基于細(xì)菌群體感應(yīng)抑制作用的新型抗菌物質(zhì)，其制備方法簡(jiǎn)單可靠，并且抑菌劑具有對(duì)細(xì)菌不產(chǎn)生耐藥性和無(wú)毒害作用等優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。因此，以細(xì)菌群體感應(yīng)為靶標(biāo)的植物源生物防治劑的研發(fā)已成為熱點(diǎn)。

3.3 水產(chǎn)養(yǎng)殖

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖的集約化，生態(tài)和動(dòng)物健康問(wèn)題出現(xiàn)，其中細(xì)菌性疾病是商業(yè)水產(chǎn)養(yǎng)殖中最嚴(yán)重的問(wèn)題之一?；【⊥ㄟ^(guò)藻類(lèi)、輪蟲(chóng)和用于飼養(yǎng)的青蒿菌傳播，在幾乎任何種類(lèi)的水產(chǎn)養(yǎng)殖生物中都有很高的死亡率。通過(guò)具有信號(hào)分子降解活性的群體感應(yīng)抑制劑處理從而增加水產(chǎn)品的產(chǎn)量［51］。20 世紀(jì)初Defoirdt 等［52?53］證明了天然人工合成的溴化呋喃酮可以通過(guò)破壞以AI?2 基礎(chǔ)的病原菌群體感應(yīng)來(lái)保護(hù)鹵蝦（Artemia franciscana），但其對(duì)高等生物可能具有毒性。研究發(fā)現(xiàn)從歐洲黑鱸（Dicentrarchus Labrax）和亞洲黑鱸（Lates calcarifer）中可以分離出具有兩種不同的AHLs 降解富集培養(yǎng)基（ECs）混合物，由于弧菌的毒力是由AHLs 依賴(lài)的群體感應(yīng)系統(tǒng)介導(dǎo)的，所以這些新型ECs 混合物在水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中起群體感應(yīng)猝滅作用［54］。

3.4 新型食品防腐劑

每年，由于糧食腐敗造成的經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重。新鮮食物的腐敗主要是由微生物活動(dòng)引起的。因此，開(kāi)發(fā)新的防腐劑和開(kāi)發(fā)防止腐蝕的新方法已成為關(guān)注的焦點(diǎn)［55］。由于群體感應(yīng)在食品腐壞和細(xì)菌致病過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，因此干擾群體感應(yīng)系統(tǒng)可能是防止食品腐壞和人類(lèi)感染的有效策略。例如從商業(yè)魚(yú)類(lèi)，綦國(guó)紅等［55］分離出的三種假單胞菌可產(chǎn)生AHLs，并通過(guò)群體感應(yīng)調(diào)節(jié)細(xì)菌腐敗特征的表達(dá)。AHLs 的水平與腐敗細(xì)菌的數(shù)量相關(guān)［56］，在由革蘭氏陰性菌變質(zhì)引起的食物腐敗中檢測(cè)到AHLs，發(fā)現(xiàn)當(dāng)變質(zhì)細(xì)菌達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，將檢測(cè)到AHLs。因此，安全穩(wěn)定的群體感應(yīng)抑制劑將為解決食品變質(zhì)，延長(zhǎng)食品保質(zhì)期，確保食品安全提供新途徑。

3.5 污水處理

為了使膜生物反應(yīng)器（Membrane bioreactor，MBR）的廢水處理具有可持續(xù)的性能，探索新型的生物群體感應(yīng)抑制劑來(lái)控制膜生物淤積是非常有價(jià)值的。在最近的研究中，群體感應(yīng)抑制劑為控制膜生物污染提供了替代途徑。例如甜菜提取物（PBE）作為群體感應(yīng)抑制劑，可以通過(guò)抑制AI 信號(hào)分子的生成來(lái)減緩膜生物淤積［57］，可能成為一種新的靶向AI 控制膜生物污染的藥劑。

3.6 其他應(yīng)用

有研究證實(shí)共價(jià)結(jié)合的群體感應(yīng)抑制劑二氫吡咯酮（DHPs）對(duì)銅綠假單胞菌和金黃色葡萄球菌均有降低黏附的作用［58］，表面固定化抗菌DHPs 在體外48 小時(shí)可以減少細(xì)菌粘附和生物膜的形成。因此，基于加入群體感應(yīng)抑制劑的策略是預(yù)防設(shè)備相關(guān)性感染的一種潛在方法。還有文獻(xiàn)報(bào)道一種新的AHLs 降解蛋白，稱(chēng)為AidH，可以水解AHLs 的高絲氨酸內(nèi)酯環(huán)的酯鍵，顯著降低假單胞菌生物膜的形成和果膠桿菌的致病性，表明該酶能夠通過(guò)降解AHLs 有效地抑制這些細(xì)菌的群體感應(yīng)依賴(lài)功能［59］。所以AHLs 酶促失活的群體猝滅在預(yù)防和治療感染方面有很大的前景。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，細(xì)菌群體感應(yīng)在遺傳學(xué)、生物化學(xué)、基因調(diào)控等方面都有很大的進(jìn)步。通過(guò)對(duì)群體感應(yīng)系統(tǒng)的研究，我們發(fā)現(xiàn)多種菌屬存在大量的群體感應(yīng)信號(hào)分子和調(diào)控功能，擴(kuò)展了群體感應(yīng)信號(hào)分子的生物學(xué)功能，同時(shí)也促進(jìn)了新概念和術(shù)語(yǔ)的出現(xiàn)和傳播，如群體猝滅、抗病毒作用、擴(kuò)散感知、質(zhì)量轉(zhuǎn)移和社會(huì)微生物學(xué)。

隨著多種抗生素耐藥菌株的出現(xiàn)，群體感應(yīng)的抑制提供了一些有趣的可能性來(lái)減少耐藥出現(xiàn)的選擇壓力，被認(rèn)為是一種很有前途的新型抗毒藥物靶點(diǎn)。所以，基于群體感應(yīng)抑制劑的治療是一種有吸引力的策略來(lái)抑制細(xì)菌生物膜的形成而不引起過(guò)度的抗生素耐藥性，很大程度上是由于對(duì)植物化學(xué)物質(zhì)和抗生素的替代或補(bǔ)充方法的需要，這種相對(duì)新穎的抗菌機(jī)制使其在開(kāi)發(fā)新型抗細(xì)菌感染藥物方面有很大潛力。然而，在抑制群體感應(yīng)方面，仍然有許多問(wèn)題有待解決，例如分子或者酶的靶向和傳遞、評(píng)估細(xì)胞毒性、群體感應(yīng)抑制劑在體內(nèi)體外的不良影響等。盡管有相對(duì)豐富的數(shù)據(jù)和相關(guān)的專(zhuān)利，但抑制群體感應(yīng)策略并沒(méi)有廣泛應(yīng)用于創(chuàng)新產(chǎn)品，如海洋工業(yè)的防污漆。雖然許多生物或組織提取物表現(xiàn)出抑制群體感應(yīng)活性，但僅在少數(shù)情況下才對(duì)活性化合物進(jìn)行了充分表征。因此，未來(lái)有必要對(duì)相對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)中關(guān)鍵種群體感應(yīng)及各個(gè)群體感應(yīng)通路間的關(guān)系進(jìn)行研究。