中药化合物的抗菌及增效作用

翟贯星 陆璐 陈代杰 金慧子,*

(1 上海师范大学生命科学学院，上海 200234；2 华东理工大学生物工程学院，上海 200237；3 上海交通大学药学院，上海 200240)

随着临床上抗生素的滥用，许多临床上有效的抗生素也失去了应有的效果，尤其是TOP12耐药菌的存在，细菌耐药性在世界范围内获得越来越多的关注[1]，细菌耐药性在临床方面成为日益增长的巨大问题，需要开发新的药物来解决细菌的耐药性问题，中药作为天然药物的宝库，在抗菌方面也有一定的作用，受到越来越多的关注。

很多中药具有抑菌活性，部分中药与抗生素联用具有抗菌增敏作用，并且中药的毒副作用较低，结构复杂不易产生耐药。但是与抗生素相比，其对细菌的作用很微弱，临床上常用抗菌中药和抗生素联合用药以降低细菌的耐药发展[2]。传统的中药复方组分复杂，其作用机制往往难以探究。随着中药活性成分的提取工艺的快速发展，中药有机溶剂提取物、中药单体在临床上越来越广泛，近年来越来越多的学者也把注意力放到中药单体的研究上。以下对目前已知的具有抗菌增效作用的中药单体化合物进行总结。

1 中药化合物抗菌增效剂的理论基础

植物中也有较好的抗菌化合物，并且在许多情况下，这些化合物能够进入的体循环中，其浓度足以抑制微生物的生长。在通常情况下，这些化合物在植物中有许多不同的衍生物，能够有效的控制耐药性[3]，中药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肠埃希菌的生长[4]，但是大部分中药化合物需要很高的浓度才能抑制微生物的生长，例如肉桂醛(cinnamaldehyde)在0.31mg/mL的浓度才能够抑制大肠埃希菌与金黄色葡萄球菌的生长[5]，穿心莲(andrographis)或艾蒿(artemisia)中发现的内酯，达到相对高的浓度，也能够显示出良好的抗菌活性[6]，而临床许多抗生素的最低抑菌浓度(MIC)为1～2μg/mL。因此，在一般情况下，中药是作为一种抗菌增效剂来使用。例如，表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)是来自绿茶的茶多酚化合物，是一种很有前途的候选药物，它具有与抗生素协同作用的能力，并且有许多抗菌机制有助于预防耐药，应用前景比较广泛[7]。

2 中药化合物抗菌增效剂种类

2.1 中药化合物抑制β-内酰胺酶的活性

β-内酰胺抗生素是最广泛使用的一类抗生素。自青霉素发现以来，已发现数千种新的青霉素衍生物和相关的β-内酰胺类头孢菌素、头孢霉素、单环内酰胺和碳青霉烯类。细菌对β-内酰胺抗生素的耐药性主要是由于细菌产生的β-内酰胺酶水解β-内酰胺环，从而使药物失活[8]，新德里金属-β-内酰胺酶1(NDM-1)是“超级细菌”产生的一种β-内酰胺酶，使得细菌对β-内酰胺包括碳青霉烯类抗生素耐药[9]，magnolol是在厚朴(Magnolia officinalis)或广玉兰(Magnolia grandiflora)中发现一种木质素类化合物，研究表明，magnolol能够通过有效的抑制新德里金属-β-内酰胺酶的活性，恢复美罗培南对NDM-1型大肠埃希菌的活性[10]。木犀草素(luteolin)是一种黄酮类化合物，最常见于植物的叶子，木犀草素对MRSA菌株的MIC为62.5μg/mL，并能够增效氨苄西林、苯唑西林、庆大霉素对MRSA的抗菌作用，这些发现证明了木犀草素与抗生素联合用药在抑制MRSA生长方面具有较大的巨大潜力[11]。来源于西南黄芩(Scutellaria amoenaCM.Wright)的黄酮类化合物黄芩苷(baicalin)与青霉素G/阿莫西林的组合对临床20种产生青霉素酶的金黄色葡萄球菌株的均具有协同作用，对另外10株MRSA也具有同样的效果，黄芩素能够保护青霉素，防止其被青霉素酶分解，黄芩素对青霉素酶活性的抑制是协同和保护作用的原因[12]。

2.2 中药化合物抑制代谢活动相关酶的活性

还有一些中药化合物是通过抑制DNA、RNA或其它代谢相关酶等的活性而发挥抗菌增敏作用。蒜素(allicin)可以抑制细菌和真菌的增殖或彻底杀死细菌，包括耐药菌株如MRSA等[13]。研究表明，蒜素主要是通过抑制微生物RNA合成酶的活性进而影响其RNA的合成从而发挥作用[14]。中药单体化合物5'-(methylthio)-5'-deoxyadenosine、octanal 2,4-dinitrophenylhydrazone、脱氧紫草素(deoxyshikonin)、kavahin与没食子酸十二酯(dodecyl gallate)能够抑制肺炎球菌组氨酸激酶(VicK)的活性，VicK是肺炎链球菌中VicK/VicR双组分调节系统(TCS)之一，对肺炎球菌的存活至关重要[15]，这5种化合物能够抑制化脓性链球菌(Streptococcus pyogenes)、缓症链球菌(Streptococcus mitis)、变形链球菌(Streptococcus mutans)或假肺炎链球菌(Streptococcus pseudopneumoniae)的生长，同时脱氧紫草素和没食子酸十二酯对金黄色葡萄球菌有很强的抑制作用，这5种化合物均对青霉素有增效作用，deoxyshikonin和十二烷基没食子酸酯在体内和体外显示出与青霉素显著的协同抗菌活性。此外，这两种化合物还显示出与红霉素和四环素的协同抗菌活性，表明这些新型VicK抑制剂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 中药化合物抑制外排泵剂

革兰阴性菌对抗生素耐药的一个主要原因是存在各种形式的外排泵，外排泵能够将许多抗生素包括氟喹诺酮类、β-内酰胺类、四环素类、噁唑烷酮类以及β-内酰胺酶抑制剂排除到细胞外，从而降低胞内抗生素的浓度，外排泵抑制剂能够提高药物的胞内浓度，从而降低耐药[16]。从迷迭香植物中分离得到的鼠尾草酸(carnosic acid)是一种天然化合物，在结构上与已知的抗生素无关，可以作为norA外排泵的抑制剂，增加药物在细菌菌体内的浓度[17]，鼠尾草酸是针对耐药性肠球菌和金黄色葡萄球菌感染组合疗法的新型候选药物[18]。鹰嘴豆芽素A(Biochanin A)是异黄酮化合物，单独使用鹰嘴豆芽素A对MRSA41577菌株无抑制作用，用鹰嘴豆芽素A与环丙沙星联合，具有较好的协同作用，能够抑制MRSA41577的生长，鹰嘴豆芽素A使MRSA41577胞内的环丙沙星增加了83%，其中NorA蛋白和外排系统ABC转运蛋白ATP结合蛋白的活性均显著降低[19]。 麝香草酚(thymol)与香芹酚(carvacrol)是由各种芳香植物产生的两种单萜烯酚，实验表明，麝香草酚与香芹酚是外排泵抑制剂，能够抑制肠炎沙门菌(Salmonella enteritidis)对苯扎氯铵的外排作用，从而使苯扎氯铵对肠炎沙门菌的MIC降低2～8倍[20]。

2.4 中药化合物改变细胞膜的通透性

近年来，有文献报道中药的有效成分可改变细菌细胞膜的通透性。山苍子油(Litsea cubebaoil)对黑曲霉、大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌均有不同程度的抑制作用，经山苍子油处理一段时间后的蛋白质利用率有所下降，细菌通透性明显增强，引起内含物的渗漏。结果表明，山苍子油的抑菌机制可能在于破坏细菌细胞膜结构，导致细菌细胞变形和菌体蛋白质减少，从而导致细菌死亡[21]。绿原酸(chlorogenic acid)及其类似物异绿原酸A对大肠埃希菌具有较强的抑制作用，实验表明，绿原酸及异绿原酸A均可破坏细菌细胞壁、细胞膜的结构，导致细胞的通透性增加，进而使细胞内容物外泄，并且异绿原酸A对细菌细胞壁、细胞膜结构的破坏作用强于绿原酸[22]。

2.5 中药化合物抑制细菌生物膜的形成

生物膜是细菌形成的复杂的、固着在物体表面的微生物群落，包裹着细菌的生物膜基质使细菌能够忍受恶劣的条件与抗生素的治疗。因此，筛选能够减少和根除生物膜的抗生物膜药物至关重要[23]。鱼腥草酸钠(sodium houttuyfonate)，是一种phytoanticipin衍生物，与左氧氟沙星对铜绿假单胞菌具有明显的协同作用，能够有效抑制铜绿假单胞菌的生物膜形成。鱼腥草酸钠与左氧氟沙星联合处理后，通过荧光显微镜，能够观察到更多地去除胞外聚合物结构(EPS)，这种有效的抗微生物剂能够有效降低对生物膜引起相关感染[24]。壳聚糖(chitosan)可抑制细菌、霉菌生长，并且可以提高庆大霉素抵抗细菌生物膜的形成，用壳聚糖和庆大霉素的共同处理导致李斯特菌生物膜的减少，壳聚糖可以抑制生物膜形成，从而促进庆大霉素进入细菌内，并且对Listeria welshimeri与Listeria innocua等也有同样的效果[25]。有机酸类化合物丁香酚(eugenol)对MRSA和甲氧西林敏感金黄色葡萄球菌(MSSA)临床菌株形成的生物膜具有明显的活性，丁香酚能够抑制生物膜形成，破坏细菌细胞间的连接，分解形成的生物膜，并能够杀死MRSA和MSSA生物膜中的细菌，丁子香酚可用于控制或根除金黄色葡萄球菌生物膜引起的相关感染[26]。

2.6 中药化合物消除耐药质粒

质粒通常携带多种抗生素抗性基因，有助于多药耐药(MDR)的传播，通过接合，质粒可以在同一种内的细菌或不同种细菌之间转移。因此，消除耐药质粒，能够减少耐药基因的传播。研究表明中药能够消除耐药质粒，目前主要集中在中药提取物的研究上。例如，千里光能够消除大肠埃希菌内的具有耐药基因的R质粒[27]，五倍子能够消除产超广谱β-内酰胺酶的大肠埃希菌的质粒[28]，黄芩也能够消除NDM-1乙酸钙不动杆菌的耐药质粒[29]。中药单体化合物对耐药质粒消除研究较少，汪东海等[30]对黄芩苷的质粒消除作用进行研究表明，经黄芩苷作用后，能够消除37.5%的耐药质粒，并且质粒消除后，能够使对庆大霉素与环丙沙星耐药的鲍曼不动杆菌重新恢复敏感性。

3 总结与展望

中药单体化合物对细菌的抗菌作用研究已经取得了一定的进展，中药单体化合物能够在抑制β-内酰胺酶、抑制代谢活动相关酶、抑制外排泵、改变细胞膜通透性、抑制细菌菌膜、消除耐药质粒方面具有一定的效果，并且能够显著的增效抗生素对细菌的活性。另外，有些中药单体化合物的抗菌作用机制往往不是单一的，能够在多个方面作用消除细菌耐药，因此不容易产生耐药，表明中药单体化合物在耐药菌的治疗中具有一定的优势与广阔的应用前景。

目前，中药抗菌作用主要集中在中药的粗提取物的研究，中药单体化合物的研究较少，但是提取物比较复杂，作用机制难以阐述。中药的成分比较复杂，分离与提取较为困难，但是随着中药提取与分离技术的快速发展，如超高压提取、超声提取、微波萃取等的提取技术的快速发展[31]，很多天然药物已经分离出了单体化合物，并且已经对一部分中药化合物的抗菌作用、增效作用以及作用机制方面已经进行了很多研究[32]，但也仅仅对一部分中药化合物做了较多的研究，还有更多的中药化合物需要进一步的研究。

另外，目前的研究主要是在体外的抑菌实验，缺乏统一标准，体内的作用研究较少。药物的开发往往需要药物具有明确的结构与作用机制，需要对具有抗菌及增效作用的中药化合物进行结构分析，统一标准对其抗菌作用及作用机制进行研究，并进行一系列体内外实验。此外，需要多学科的合作研究，将中药提取、抗菌研究和化学合成同步进行，能够更快地促进中药化合物抗菌研究的进展。