納米銀誘導(dǎo)微生物氧化應(yīng)激及其抗菌機(jī)制

潘蔣娟，李培駿*，蘇東林，趙志遠(yuǎn)，李高陽，單 楊

（1 桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院 廣西桂林541004 2 湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 長沙410125 3 果蔬加工與質(zhì)量安全國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室 長沙410125 4 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 長沙410125 5 果蔬貯藏加工與質(zhì)量安全湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長沙410125）

銀納米粒子（Silver nanoparticles，AgNPs）是以納米技術(shù)為基礎(chǔ)研制而成的新型納米材料，粒徑介于1～100 nm 之間，具有比表面積大、尺寸小、強(qiáng)表面活性、強(qiáng)催化性能等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品、陶瓷、光學(xué)、紡織、化妝品、催化劑、半導(dǎo)體材料、低溫導(dǎo)熱材料、水質(zhì)凈化等方面[1-3]。銀離子對多種革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、霉菌等均有廣譜、強(qiáng)烈的殺滅作用，這是其作為抗菌材料被研究的基礎(chǔ)[4]。已知基于金屬的納米顆粒具有非特異性細(xì)菌毒性機(jī)制（它們不與細(xì)菌細(xì)胞中的特定受體結(jié)合），這不僅使細(xì)菌難以產(chǎn)生耐藥性，而且擴(kuò)大了抗菌活性的范圍[5]。這些顆粒被提議作為傳統(tǒng)抗生素的替代品，以克服細(xì)菌的耐藥性。

AgNPs 對于細(xì)菌和霉菌等650 種微生物都具有抗菌活性[6]。目前認(rèn)為AgNPs 的抗菌機(jī)制有4種：1）黏附到細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的表面；2）滲透到細(xì)胞內(nèi)部，并破壞細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)（線粒體、空泡和核糖體）和生物大分子（蛋白質(zhì)、脂類和DNA）；3）誘導(dǎo)細(xì)胞毒性，通過產(chǎn)生自由基誘導(dǎo)氧化應(yīng)激；4）調(diào)節(jié)信號傳導(dǎo)途徑。此外，還可以通過靶向免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)[7]。可見，AgNPs 抗菌是一個(gè)綜合的生物過程，涉及微生物細(xì)胞、生物大分子、基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)等，這些過程相互關(guān)聯(lián)，互為因果。在這些生物過程中，活性氧（ROS）誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激發(fā)揮了極其重要的作用。

AgNPs 會導(dǎo)致不同類型細(xì)胞內(nèi)活性氧聚集，發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)并導(dǎo)致細(xì)胞損傷、調(diào)亡等現(xiàn)象。明確AgNPs 抗菌活性機(jī)制對于客觀評價(jià)其安全性，合理制備使用AgNPs 十分關(guān)鍵。本文結(jié)合以往關(guān)于AgNPs 脅迫微生物產(chǎn)生氧化應(yīng)激，及其在細(xì)胞水平、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組對細(xì)胞毒性的影響研究來探究AgNPs 的氧化應(yīng)激機(jī)制和抗菌作用的分子機(jī)理。

1 氧化應(yīng)激的產(chǎn)生

氧化應(yīng)激是指由于種種原因，機(jī)體有氧代謝產(chǎn)生的ROS 增多或機(jī)體自行清除的ROS 減少，對大多數(shù)細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用，導(dǎo)致細(xì)胞的DNA、蛋白質(zhì)和脂類破壞的病理性生物化學(xué)反應(yīng)。大量研究表明，細(xì)胞內(nèi)的ROS 主要由線粒體產(chǎn)生，是體內(nèi)一類氧的單電子還原產(chǎn)物，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的氧被還原為自由基超氧陰離子（O2-）、過氧化氫（H2O2）和羥自由基（·OH）后，就產(chǎn)生了ROS[8]。細(xì)胞內(nèi)高水平的ROS，特別是O2-和H2O2，不僅會使酶活性降低，導(dǎo)致生長停止，也會導(dǎo)致DNA 損傷，加速基因突變[9-10]。在正常條件下，ROS 的產(chǎn)生和細(xì)胞中的抗氧化能力是平衡的。然而，當(dāng)產(chǎn)生的ROS 超過細(xì)胞的抗氧化能力時(shí)，細(xì)胞正常機(jī)能遭破壞，導(dǎo)致氧化應(yīng)激[11]。納米粒子（NP）抗菌機(jī)制涉及NP 與細(xì)胞表面之間的直接相互作用，這會影響納米顆粒進(jìn)入并誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的膜的通透性，從而導(dǎo)致細(xì)胞生長受到抑制，并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[12]。為了克服這種應(yīng)激，細(xì)胞做出了酶或非酶的保護(hù)性反應(yīng)。當(dāng)氧化應(yīng)激超出了細(xì)胞防御體系，細(xì)胞壁和生物大分子就會被ROS 和其自由基破壞[8]。

目前，金屬納米顆粒誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)ROS 水平升高的原因主要有3 個(gè)：1）顆粒的細(xì)胞攝取，2）金屬離子的細(xì)胞外/內(nèi)釋放，3）在蛋白表面上的吸附，所有這些因素結(jié)合的結(jié)果誘導(dǎo)了細(xì)胞的氧化應(yīng)激[13]。圖1 表示植物和微生物細(xì)胞氧化應(yīng)激的產(chǎn)生及其導(dǎo)致的細(xì)胞損傷作用[14]。

圖1 納米材料（NMs）抗菌的作用機(jī)理[14]Fig.1 Antimicrobial mechanism of nanomaterials[14]

2 氧化應(yīng)激對微生物細(xì)胞的影響

生物信息學(xué)分析表明，干擾細(xì)胞膜功能和提高細(xì)胞內(nèi)ROS 的產(chǎn)生是AgNPs 產(chǎn)生抗菌作用的主要途徑，這表明AgNPs 可能通過影響細(xì)胞膜并釋放銀離子與蛋白質(zhì)反應(yīng)使細(xì)胞處于氧化應(yīng)激狀態(tài)。相對于銀離子而言，細(xì)胞內(nèi)ROS 的升高證實(shí)了AgNPs 引起的氧化損傷，這可能歸因于納米特性和更高的顆粒吸收效率。

首先，自由基和ROS 可以損傷細(xì)胞膜和電子傳遞鏈。AgNPs 與微生物的相互作用，開始是帶較少正電荷的AgNPs 與負(fù)電荷的微生物細(xì)胞壁和細(xì)胞膜相靠近，產(chǎn)生靜電吸引[15]。然后導(dǎo)致Zeta 電位下降，細(xì)胞膜形態(tài)改變，破壞細(xì)胞膜透過性和呼吸功能，最終破壞了細(xì)胞的完整性從而使細(xì)胞死亡[16]。Quinteros 等[17]利用AgNPs 使金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和綠膿桿菌中ROS 增加，證明了氧化應(yīng)激是通過DNA、細(xì)胞膜脂質(zhì)和蛋白質(zhì)水平的大分子氧化來產(chǎn)生的。Kora 等[18]的研究證實(shí)了ROS 對AgNPs 的抗菌作用與膜損傷具有關(guān)聯(lián)，并證明了AgNPs 使細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生ROS。納米粒子可以通過擾亂氧化劑和抗氧化過程之間的平衡來加速細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激，造成致病菌體內(nèi)ROS 的積累量超過正常水平，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。Perez-Gutierrez 等[19]研究了對暴露于H2O2條件下的胰島β 細(xì)胞（INS-1）的保護(hù)作用，得出納米復(fù)合材料可以通過保護(hù)氧化酶的嚴(yán)重耗竭或通過直接清除ROS 來減輕H2O2誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激，這在維持β 細(xì)胞生理抗氧化應(yīng)激中具有重要作用。

納米材料通過產(chǎn)生ROS 引起氧化應(yīng)激，并對細(xì)胞成分造成破壞，包括DNA 破壞，轉(zhuǎn)錄因子的異常激活，抗氧化劑分子的消耗，蛋白質(zhì)的結(jié)合和喪失能力，并損害細(xì)胞膜[20]。氧化應(yīng)激誘導(dǎo)ROS 可能導(dǎo)致線粒體損傷和脂質(zhì)過氧化[21-22]。特別是，已經(jīng)報(bào)道了ROS 的產(chǎn)生及其與細(xì)胞中的氧化應(yīng)激的關(guān)系。氧化應(yīng)激不僅會導(dǎo)致細(xì)胞中理化性質(zhì)的改變，還會破壞線粒體并導(dǎo)致線粒體形態(tài)發(fā)生急劇變化。已知各種類型的納米顆粒通過產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)ROS 來誘導(dǎo)氧化應(yīng)激。細(xì)胞攝取納米顆粒和細(xì)胞內(nèi)金屬離子的釋放是細(xì)胞內(nèi)ROS 產(chǎn)生的重要因素。此外，ROS 的產(chǎn)生可能是由于納米顆粒與細(xì)胞的相互作用導(dǎo)致線粒體功能障礙。體內(nèi)納米顆粒誘導(dǎo)細(xì)胞因子的分泌，而細(xì)胞因子的分泌又通過產(chǎn)生ROS 和自由基而引起次級氧化應(yīng)激[13]。Yoshimoto 等[23]發(fā)現(xiàn)二甲苯誘導(dǎo)線粒體斷裂和Yap1 的核積累，Yap1 是氧化應(yīng)激響應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子，在用二甲苯處理的酵母細(xì)胞中可激活靶基因GPX2和TRX2的轉(zhuǎn)錄激活，表明二甲苯能夠引起酵母細(xì)胞中的氧化應(yīng)激。氧化應(yīng)激的另一個(gè)重要影響是電子傳遞鏈，AgNPs 釋放Ag+介導(dǎo)產(chǎn)生ROS，能夠?qū)е录?xì)菌參與電子傳遞鏈和質(zhì)子動(dòng)勢的酶失活，從而使其功能喪失。AgNPs 產(chǎn)生的ROS使膜的滲透性增加，導(dǎo)致了蛋白質(zhì)的泄露。而且由于氧化應(yīng)激，一種重要的呼吸酶乳酸脫氫酶（LDH）活性顯著降低，說明ROS 影響呼吸鏈的活性。Gomma[24]采用比色法研究了AgNPs 對于大腸桿菌和金黃色葡萄球菌細(xì)胞呼吸鏈酶脫氫酶的活力，經(jīng)AgNPs 作用后，其酶活力隨時(shí)間下降。這些結(jié)果表明AgNPs 嚴(yán)重破壞了細(xì)胞膜和肽聚糖，進(jìn)入細(xì)胞抑制呼吸鏈脫氫酶，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

其次，微生物生命中的氧化應(yīng)激是ROS 產(chǎn)生與細(xì)胞中和其有害作用的能力之間的不平衡。細(xì)菌可以多種方式對氧化應(yīng)激做出反應(yīng)，一些分子組成存在并有助于維持細(xì)胞內(nèi)還原環(huán)境或化學(xué)清除ROS。此外，特定的酶可降低ROS 的恒定水平，包括過氧化氫酶和超氧化物歧化酶（SOD）。SOD是主要的抗氧化防御酶之一，可對氧化應(yīng)激做出反應(yīng)，并將高毒性的超氧陰離子轉(zhuǎn)化為過氧化氫。El-Houseiny 等[25]通過研究發(fā)現(xiàn)嗜水氣單胞菌感染的群體有顯著升高丙二醛（MDA）水平，說明細(xì)菌副產(chǎn)物可引起氧化應(yīng)激，導(dǎo)致細(xì)胞壁和ROS 脂質(zhì)過氧化增加而導(dǎo)致的MDA 水平升高。Hendiani等[26]通過在銅綠假單胞菌ATCC 27853 中用亞甲藍(lán)（MB）處理下調(diào)了4 個(gè)研究的群體感應(yīng)（QS）基因，即lasI，lasR，rhII和rhlR。pslA和pelF基因也觀察到表達(dá)。pslA 和pelF 是psl 和Pel 多糖生物合成的生化途徑中必不可少的酶。微生物為了應(yīng)對AgNPs 的氧化應(yīng)激，胞內(nèi)的解毒酶的活性也會發(fā)生變化。Yuan 等[27]研究發(fā)現(xiàn)AgNPs 處理能夠提高M(jìn)DA 水平，而MDA 可以作為脂質(zhì)過氧化物氧化應(yīng)激的標(biāo)記物；而且，經(jīng)AgNPs 處理的菌上調(diào)谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶（GSH）、下調(diào)了GSH、SOD 和過氧化氫酶（CAT）的活性。除此之外，氧化應(yīng)激可以導(dǎo)致DNA 損傷，氧化DNA 前體能夠與DNA 反應(yīng)并導(dǎo)致DNA 損傷，通過DNA 修補(bǔ)機(jī)制可以恢復(fù)破壞的DNA[28]。

AgNPs 產(chǎn)生的氧化應(yīng)激除了對細(xì)菌造成影響，還能夠?qū)φ婧思?xì)胞產(chǎn)生毒性影響。自由基和氧化應(yīng)激與許多病理改變及疾病發(fā)生有關(guān)。據(jù)報(bào)道，動(dòng)物和人類經(jīng)常通過吸入、皮膚接觸和口服途徑接觸AgNPs[20]。作為體外模型，細(xì)胞系經(jīng)常用于測試不同納米材料的毒性作用。例如，若干研究已經(jīng)證明，AgNPs 通過氧化應(yīng)激使小鼠和大鼠細(xì)胞凋亡[29]。較小粒徑的AgNPs 可以輕易進(jìn)入并分布在整個(gè)細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞器中[30]。然而，據(jù)報(bào)道較小的Ag-NPs（6 nm）對小鼠成纖維細(xì)胞系和人角質(zhì)形成細(xì)胞系無毒[31]。張幫勇[32]以人肺癌細(xì)胞（A549）和人肝癌細(xì)胞（HepG2）為研究對象，探究AgNPs 對A549 和HepG2 細(xì)胞氧化應(yīng)激作用，并探討氧化應(yīng)激與細(xì)胞毒作用關(guān)系。這是在細(xì)胞和分子水平上探究AgNPs 對A549 和HepG2 細(xì)胞毒作用機(jī)制及其差異原因，為AgNPs 的安全性評價(jià)以及應(yīng)用提供毒理學(xué)資料。張斌[33]以小鼠原代肝細(xì)胞為模型，在細(xì)胞水平上對比研究了不同粒徑銀納米粒子誘發(fā)細(xì)胞氧化應(yīng)激的情況，對比研究了2 種粒徑AgNPs 誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激的機(jī)制。結(jié)果證明：AgNPs 可誘發(fā)細(xì)胞出現(xiàn)氧化應(yīng)激，且粒徑小的AgNPs 比粒徑大的AgNPs 毒性更大。Matsumoto等[34]發(fā)現(xiàn)ROS 的增加會引起組織對血管內(nèi)皮細(xì)胞以及包括胰腺和角膜在內(nèi)的上皮組織的損傷，發(fā)現(xiàn)高血糖誘導(dǎo)的ROS 產(chǎn)生促進(jìn)唾液腺損傷并導(dǎo)致唾液分泌不足的新機(jī)制。由此可見，氧化應(yīng)激對細(xì)胞造成的損傷是多方面的。

3 氧化應(yīng)激對微生物基因表達(dá)和調(diào)控的影響

氧化應(yīng)激是指ROS 的產(chǎn)生與活細(xì)胞和組織中導(dǎo)致炎癥過程的抗氧化防御機(jī)制之間的不平衡。Wunnoo 等[35]使用桉樹葉提取物一步法生物合成了bio-AgNPs，對念珠菌生物膜具有抑制作用，研究表明編碼菌絲體生成和參與水解酶的基因表達(dá)下調(diào)，bio-AgNPs 用作抗氧化劑以預(yù)防與氧化應(yīng)激相關(guān)的人類疾病。同時(shí)，AgNPs 可以用作念珠菌治療的抗真菌劑，也可以摻入醫(yī)療設(shè)備中以防止生物膜形成。除了對于細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的直接影響之外，ROS 還通過激活氧化還原敏感轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，并通過調(diào)節(jié)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)引發(fā)反應(yīng)[36]。Piersanti 等[37]通過分析RNA-seq 的基因表達(dá)譜，使用纖毛狀四膜蟲嗜熱菌闡明了AgNPs 的作用機(jī)理，并將AgNPs 的轉(zhuǎn)錄組學(xué)與可溶性銀鹽AgNO3誘導(dǎo)作用進(jìn)行了比較。研究表明，在亞致死濃度AgNPs 作用24 h 可誘導(dǎo)吞噬作用、轉(zhuǎn)運(yùn)途徑、對氧化應(yīng)激的響應(yīng)、谷胱甘肽過氧化物酶活性、對刺激的響應(yīng)、氧化還原、蛋白水解和氮代謝過程。Hong 等[38]發(fā)現(xiàn)高濃度的吡蟲啉（IMI）主要通過下調(diào)gstmRNA 表達(dá)，抑制酶活性和腸道菌群失調(diào)而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激并抑制解毒系統(tǒng)。Jang 等[39]通過微陣列分析驗(yàn)證了5 nm 的AgNPs 會影響內(nèi)皮和上皮細(xì)胞中基因表達(dá)的變化，并觀察到在細(xì)胞培養(yǎng)初期白細(xì)胞介素（IL）-8 和IL-11基因的顯著增長，表明氧化應(yīng)激相關(guān)基因表達(dá)顯著變化，同時(shí)也造成了細(xì)胞死亡、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞生存相關(guān)基因表達(dá)的顯著變化。

由上述結(jié)果顯示，AgNPs 氧化應(yīng)激作用并非是一個(gè)簡單的生物過程，它涉及到微生物的抗藥性、生物大分子損傷和代謝等多方位的生物過程。雖然目前對于氧化應(yīng)激基因表達(dá)和調(diào)控已經(jīng)有很多報(bào)道，但是由于細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的復(fù)雜性，以及傳統(tǒng)的RT-qPCR 或生物芯片技術(shù)的局限性，仍然無法從整體上把握氧化應(yīng)激對于細(xì)胞生長過程和代謝的影響，因此也影響了我們對于NPs 抗菌機(jī)理的認(rèn)識。

4 組學(xué)研究氧化應(yīng)激對微生物的影響

目前，對于AgNPs 抗菌機(jī)理大多采用細(xì)胞層面和轉(zhuǎn)錄水平的研究方法，然而傳統(tǒng)方法不能夠完全理解微生物及動(dòng)物細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)。高通量測序技術(shù)能夠在全基因組水平實(shí)時(shí)評估細(xì)胞在脅迫下的生長、代謝和應(yīng)激等反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控（mRNA）和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控（microRNA），從而提供大量的高質(zhì)信息用于功能基因分析。與廣泛研究的哺乳動(dòng)物細(xì)胞或者其它模式生物相比，采用轉(zhuǎn)錄組或者轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控來研究AgNPs 致微生物氧化應(yīng)激的報(bào)道還比較少。

Masri 等[12]運(yùn)用RNA-seq 技術(shù)對橙皮苷共軛的銀納米顆粒處理的大腸桿菌K1 進(jìn)行差異基因表達(dá)分析，并對細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)和代謝的基因進(jìn)行研究。研究得出，納米顆粒的抗菌機(jī)制可能與細(xì)胞膜破裂和氧化應(yīng)激有關(guān)，并影響了大腸桿菌K1 中的新陳代謝。此外，在轉(zhuǎn)錄組研究中，鑒定出的轉(zhuǎn)錄物與氧化應(yīng)激耐受基因有關(guān)，包括那些與超氧化物和過氧化物解毒有關(guān)的基因。這表明當(dāng)細(xì)菌位于生物膜中時(shí)，其應(yīng)對氧化應(yīng)激的能力對其生存至關(guān)重要。Liu 等[40]使用生態(tài)生物膜模型，評估了幾種變形鏈球菌分離株與鏈球菌和內(nèi)生放線菌的共培養(yǎng)對蔗糖暴露后生物膜組成的影響。研究得出，分離株也可能削弱其在復(fù)雜生物膜中競爭的能力，影響健康的生物膜群落向能夠引起疾病的生物膜的發(fā)展。Singh 等[41]通過對1 459 種轉(zhuǎn)錄物的分析發(fā)現(xiàn)，AgNPs 首先影響了金黃色葡萄球菌細(xì)菌毒力、抗藥性和代謝（如氨基酸和碳水化合物）基因，而群體感應(yīng)系統(tǒng)和毒力因子有可能抑制了生物膜的形成。研究表明，甚至是低濃度AgNPs都有可能導(dǎo)致水生系統(tǒng)中細(xì)菌生物膜的微擾，并對高等生命產(chǎn)生級聯(lián)效應(yīng)。Singh 等[42]對于綠膿桿菌生物膜開展了全基因轉(zhuǎn)錄組分析（RNA-Seq），在AgNPs 和Ag+脅迫下各有1 599 和2 458 種轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物基因表達(dá)有差異，包括生物膜-特異性、趨化反應(yīng)、群體感應(yīng)和氧化應(yīng)激相關(guān)基因等。AgNPs上調(diào)了氧化應(yīng)激基因，下調(diào)了oxyR、ahpF和trxB基因，其中oxyR基因的降低體現(xiàn)了其氧化應(yīng)激的提升，另外，代謝基因的分析表明氧化應(yīng)激還抑制了DNA、RNA、蛋白質(zhì)和糖酵解。另一項(xiàng)研究中，Pan 等[43]運(yùn)用高質(zhì)量濃度的AgNPs（15 mg/L）對扇形游仆蟲（Euplotes vannus）進(jìn)行脅迫，結(jié)合RNA-seq、microRNAomic 及生理生化試驗(yàn)探索相關(guān)的分子機(jī)制。研究得出，AgNPs 會引起扇形游仆蟲對ROS 的動(dòng)態(tài)防御反應(yīng)，使細(xì)胞產(chǎn)生脫毒和修復(fù)，顯著的調(diào)控了抗氧化分子和酶的基因諸如：谷胱甘肽合成酶、硫氧還蛋白過氧化物酶、抗氧化蛋白、Gr、GPx、GST、BAX 抑制因子1、SOD、DnaJ 和抗壞血酸過氧化酶。

氧化應(yīng)激不僅和代謝的基因有關(guān)，其累積還會增強(qiáng)AgNPs 的抗菌活性。Pareek 等[44]使用RNA測序的深層轉(zhuǎn)錄分析來解讀AgNPs 如何發(fā)揮其對多重耐藥性肺炎克雷伯菌抗菌作用。RNA seq數(shù)據(jù)表明，AgNPs 誘導(dǎo)了一種類似三氯生的殺菌機(jī)制，該機(jī)制可抑制II 型脂肪酸的生物合成。另外，釋放的Ag+在肺炎克雷伯氏菌中在細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)均產(chǎn)生氧化應(yīng)激。

除了轉(zhuǎn)錄組水平研究NPs 的抗菌機(jī)理外，近年來蛋白組學(xué)也開始逐漸被采用。因?yàn)榈鞍捉M學(xué)能夠?qū)?xì)胞或組織中蛋白質(zhì)進(jìn)行精確評估，這些差異表達(dá)或變化可以用作臨床生物標(biāo)記物（如細(xì)胞因子、生長因子和ROS 等），而檢測這些標(biāo)記物是一種檢測NPs 早期對細(xì)胞損害的理想方法，并且通過高通量的方法可以發(fā)掘潛在生物毒性的新的生物標(biāo)記物[45]。在蛋白組研究中，AgNPs 與含硫蛋白和酶相互作用，導(dǎo)致這些分子的失活。而且，細(xì)菌開始產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，表達(dá)一系列的包膜蛋白、熱激蛋白和周質(zhì)蛋白來保護(hù)細(xì)胞[6]。考慮到蛋白質(zhì)水平調(diào)控的可能性，以及蛋白質(zhì)酶促活性可能直接導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)中不同菌種間的變異這一事實(shí)，F(xiàn)ountain 等[46]利用黃曲霉分離株對氧化應(yīng)激的特異性蛋白質(zhì)組學(xué)分析與黃曲霉毒素生產(chǎn)能力的關(guān)系，并確定潛在的生物標(biāo)記和宿主抗性育種的目標(biāo)，鑒定出1 173 種蛋白質(zhì)，差異表達(dá)了220種，表明黃曲霉毒素生產(chǎn)水平與氧化應(yīng)激耐受性和氧化反應(yīng)活力之間存在相關(guān)性。Pelaez-Soto等[47]進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析，鑒定了33 種差異表達(dá)的蛋白質(zhì)，得出可可粉提取物（CPEX）對釀酒酵母蛋白質(zhì)表達(dá)譜的抗氧化應(yīng)激（OS）具有保護(hù)作用。

5 結(jié)論

AgNPs 具有良好的抗菌效果，因此其產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用前景廣闊，然而人們對于AgNPs 抗菌機(jī)理的研究尚不充分，因此需對AgNPs 抗菌機(jī)理深入研究。由上述研究成果可見，AgNPs 抗菌機(jī)理研究涉及到生物膜、細(xì)胞損傷和基因表達(dá)等過程，而活性氧誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激發(fā)揮了極其重要的作用。本文首先概述了氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，然后從細(xì)胞水平闡述了AgNPs 氧化應(yīng)激對模式菌細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、電子傳遞鏈和解毒酶等影響，從基因和表達(dá)水平闡述了氧化應(yīng)激對關(guān)鍵基因表達(dá)、相關(guān)酶類和相關(guān)細(xì)胞通路的影響，最后結(jié)合轉(zhuǎn)錄組和蛋白組學(xué)綜述了氧化應(yīng)激對于細(xì)胞生長、代謝和應(yīng)激等反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控和關(guān)聯(lián)蛋白的影響。

雖然上述研究能夠從各自的方面闡述AgNPs的抗菌機(jī)制，但是由于氧化應(yīng)激效應(yīng)涉及到細(xì)胞損傷、基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)的綜合過程，因此如何從基因和表型上全面解析其分子機(jī)制有待深入研究。目前還沒有一套完整公認(rèn)的評價(jià)納米產(chǎn)品生物安全性的標(biāo)準(zhǔn)方法和體系，這將給AgNPs 在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)大量AgNPs 產(chǎn)品應(yīng)用可能導(dǎo)致的環(huán)境問題也不容忽視，AgNPs 氧化應(yīng)激效應(yīng)研究是納米產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和保證；各國科學(xué)家都呼吁在納米生物醫(yī)療產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用之前，應(yīng)該對其分子機(jī)制進(jìn)行深入研究，因此闡明AgNPs 對微生物氧化應(yīng)激作用，并進(jìn)一步闡明其抗菌機(jī)制具有十分重要的意義。