黄酮类化合物抑菌作用研究进展.docx

1、黄酮类化合物抑菌作用研究进展黄酮类化合物抑菌作用研究进展细菌耐药性是全球公共卫生面临的最严重的威胁之一，迫切需要寻找到新的有效的治疗药物。黄酮是广泛存在于植物中的一大类化合物，具有直接抑菌、协同抑菌及抑制细菌毒性等作用。本文主要对2005年以来黄酮类化合物抑菌作用及其机制研究进展进行概述。标签：黄酮；抑菌活性；协同作用；构效关系；作用机制2013-05-211黄酮结构特征与分类黄酮类化合物是广泛存在于自然界的一大类化合物。黄酮类化合物是指2个苯环（A环与B环）通过C3连接而成的一系列化合物，也就是具有C6-C3-C6结构，并且是以2-苯基色原酮为母核的化合物。现代研究证实，黄酮的基本骨架中A环

2、源于3个丙二酰辅酶A，而B环由桂皮酰辅酶A生物合成而来6。自然界中黄酮类化合物多以苷类形式存在，由于苷元不同，以及糖的种类、数量、连接位置和连接方式的不同，使自然界中形成了数目众多、结构各异的黄酮类化合物。根据黄酮类化合物A环和B环中间的C3链的氧化程度、C3链是否成环等结构特征，可将黄酮类化合物分为：黄酮（flavone）、二氢黄酮（flavonone） 、黄酮醇（flavonol）、二氢黄酮醇（flavanonol）、异黄酮（isoflavone）、二氢异黄酮（isoflavanone）、查耳酮（chalcone）、二氢查耳酮（dihydrochalcone）、橙酮 （aurone）、花色

3、素（anthocyanidins）、黄烷-3-醇（flavan-3-ol）、黄烷-3，4二醇（flavan-3，4-diols）、双苯吡喃酮（xanthone）和双黄酮（biflavonoids）等7。黄酮类化合物的主要化学结构见图1。2黄酮类化合物直接抑菌作用2、1黄酮类化合物直接抑菌活性自20世纪60年代以来，关于天然产物中黄酮类化合物抑菌活性的研究报道日益丰富。进入21世纪后，特别是最近几年，对黄酮类化合物抑菌活性的研究更加广泛、深入。有研究表明，某些从植物或蜂胶中获得的黄酮提取物具有很强的抑菌活性，其最低抑菌浓度（MIC）甚至小于1、0 mg L-1 8-10。黄酮类化合物在抑菌作用方

4、面表现出的良好活性，吸引了越来越多的科研人员开展相关研究。李国章等5研究发现超临界CO2萃取的桑椹子总黄酮提取物对细菌和霉菌均具有抑制作用，对细菌的抑制作用更强。陈乃东等4还比较了不同提取溶剂对春花胡枝子总黄酮提取率及抑菌活性的影响。柯昌松等11采用滤纸片法对从番石榴叶中得到的黄酮类化合物槲皮素进行了抑菌活性研究，发现槲皮素对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、志贺氏菌及枯草芽孢杆菌均有抑制作用，其中对大肠杆菌和沙门氏菌的抑制作用最强。魏福华等12研究发现大豆异黄酮及其水解苷元对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和沙门氏菌均有一定的抑菌活性，且存在浓度依赖效应，大豆异黄酮对革兰阳性菌的抑制

5、效果优于革兰阴性菌。2、2构效关系研究总体来说，关于黄酮类化合物抑菌活性构效关系的研究报道相对较少。2005年，Cushnie等13对此前黄酮类化合物图1黄酮类化合物的主要结构Fig、1Skeleton structures of the main classes of flavonoids抑菌活性构效关系的研究进行了综述。近年来，对于黄酮化合物抑菌活性的构效关系有了更为深入的研究。从结构特征上可以发现，查耳酮（包括二氢查耳酮）具有其他黄酮类化合物所没有的C3链开环结构。虽然很多研究结果表明，对开环结构的查耳酮具有活性增益效果的结构单元对其他黄酮类化合物同样具有增效作用，但是为了更为清晰地阐明

6、黄酮类化合物抑菌活性的构效关系，本文仍将黄酮类化合物分为查耳酮（包括二氢查耳酮）和其他黄酮类化合物分别进行阐述。2、2、1查耳酮类对于A环：综观前人研究可以发现，A环的羟基化及亲脂性对查耳酮的抑菌活性很重要。Avila等14研究证明，查耳酮A环的2位的羟基化能增强其抑菌活性，并发现这种增效作用可能是通过促进查耳酮结构稳定性而间接实现的。Liu X L等15发现，A环4位的羟基化也能提高查耳酮的抑菌活性。Alvarez M D等16研究表明，A环其他位置的羟基化也能提高查耳酮的抑菌活性。Avila14和Batovska等17的研究都表明，A环的亲脂性对于查耳酮的抑菌活性很重要。A环上3位的异戊二

7、烯基取代能显著增强查耳酮的抑菌活性，而A环2位的乙酰氧基化或甲氧基化以及A环3和5位的氟取代都会降低查耳酮的抑菌活性。但奇特的是，Nielsen18发现A环4位的羰基化能提高查耳酮的水溶性近60倍，却对其抑菌活性影响很小。对于B环：在B环4位上的取代对于查耳酮的抑菌作用十分重要。Nowakowska等19研究表明，B环4位上的C6链烷基取代、哌啶基取代或羟基取代能增强查耳酮的抑菌活性。Batovska等17研究表明，相对于A环的亲脂性，查耳酮B环上的羟基化对其抑菌活性的增效作用并不明显。B环3位或5位上的三氟甲基或三溴甲基取代也能提高查耳酮的抑菌活性。2、2、2其他黄酮类化合物对于A环：7位上

8、O-酰基取代20或O-烷胺基取代21都能提高这类黄酮化合物的抑菌活性。Smejkal等22研究表明，A环5位上的羟基化对增强黄酮类化合物的抑菌活性同样重要。Li H Q等23发现A环的6位或者8位上的亲脂性取代基团也能增强黄酮类化合物的抑菌活性。对于B环上取代基的构效关系研究相对较少。Smejkal22等的研究表明，B环上的甲氧基取代会削弱黄酮类化合物的抑菌活性。对于C环，3位上的羟基化能增强黄酮类化合物的抑菌活性。越来越多的研究表明，3位上的O-酰基取代或O-烷基取代能增强黄酮类化合物的抑菌活性24-25。Mughal等26研究表明，C环4位上的O被S或N取代，能明显增强黄酮类化合物的抑菌活

9、性。2、3作用机制研究2005年之前的研究中，大致将黄酮类化合物的直接抑菌作用机制归纳为3种：一是降低膜的流动性或者膜穿孔而导致细菌细胞质膜的损伤27-28；二是抑制拓扑异构酶活性进而抑制细菌核酸的合成29；三是抑制NADH-细胞色素C还原酶活性而抑制细菌的能量代谢30。近年来，对于黄酮类化合物的直接抑菌作用机制有了更进一步的研究。越来越多的研究再次证明了以上3种作用机制。研究表明，黄酮醇类、黄烷-3-醇类和黄烷酮类能通过过氧化氢途径破坏细胞质膜从而抑制细菌生长31-33，黄烷-3-酯与异黄酮类则可通过抑制拓扑异构酶活性34或抑制二氢叶酸还原酶活性35来抑制细菌核酸的合成。Chinnam N等

10、36证实黄烷-3-醇和黄酮类的抑菌机制是通过抑制ATP合成酶活性，进而抑制细菌的能量代谢来产生抑菌活性。另外，近期的研究还提出了2种新的作用机制：一是通过抑制D-丙氨酸-D-丙氨酸连接酶活性37而抑制细菌细胞壁的合成；二是通过抑制FabG，FabI，FabZ，Rv0636，KAS III等关键酶的活性38-41，而抑制细菌细胞膜的合成。至此，作者认为黄酮类化合物抑菌作用机制可以扩展为5种：一是损伤细菌细胞质膜；二是抑制细菌核酸的合成；三是抑制细菌的能量代谢；四是抑制细菌细胞壁的合成；五是抑制细菌细胞膜的合成。但是，上述大多数研究只是针对一、两个化合物进行的。因此，在很长一段时间里，对于黄酮类化

11、合物是否： 每种不同结构的黄酮类化合物具有其独立抑菌作用机制；所有的黄酮类化合物都有多途径的抑菌作用机制；所有的黄酮类化合物都具有同样的单一途径抑菌作用机制，仍然还有争论。由于大多数黄酮类化合物在结构上存在很大的相似性，研究者们普遍认为关于每种不同结构的黄酮类化合物具有其独立抑菌作用机制的假说成立的可能性最小。此外，近年来对于黄酮类化合物的抑菌活性研究进展较快，越来越多的活性黄酮如槲皮素被多次研究，并且得出了多种作用机制。这就使得另外2种假说，所有的黄酮类化合物都具有多途径的抑菌作用机制或者具有同样的单一作用机制，更能为人们所接受。尽管许多研究都认为黄酮类化合物应该具有多途径的抑菌作用机制42

12、，但是最近的研究进展表明多途径作用机制假说并不一定可靠。例如，Li B H等43研究发现表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）对从大肠杆菌中分离提取的FabG酶有聚集作用，但是目前尚不清楚EGCG是否对其他的酶也有聚集效果或其他的黄酮类化合物对类似酶也有同样的聚集作用。更重要的是，这一研究结果，更加使人们对通过体外纯化的酶抑制试验来探讨黄酮类化合物的抑菌作用机制的结果产生怀疑：黄酮类化合物抑菌作用可能源于引起相关酶的聚集，而非对酶的特异性抑制。此外，在一些关于抑菌作用机制的研究中，可能存在着“因果关系”的混淆。例如，如果一个抑菌药物破坏了细菌的细胞质膜，那么必将引起质子动力势的混乱，继而影响AT

13、P的生成和胞内外物质的运输。又例如，如果细菌细胞能量代谢或营养代谢的能力降低，那么其合成DNA及肽聚糖的能力也将减弱。在这种情况下，人们很容易将一个单一途径的抑菌作用机制误认为多途径的抑菌作用机制。同样地，如果一个抑菌药物抑制了细菌DNA回旋酶的活性，那么可能引发细菌细胞的程序性死亡与自溶。在这种情况下，抑制细菌核酸合成途径的抑菌作用机制很有可能被误认为是破坏细菌细胞质膜途径的作用机制。3黄酮类化合物的协同抑菌作用3、1黄酮类化合物的协同抑菌活性研究近年来，有很多关于黄酮类化合物增强抗生素抑菌活性的研究报道。尽管研究所采用的方法不尽相同，但是都通过部分抑菌浓度指数（FICI）分析表明，黄酮类化

14、合物对抗生素抑菌活性的增效作用是真正的协同作用而非简单的加和作用44-46。在所有黄酮类化合物中，黄烷-3-醇类化合物的抑菌协同作用最受关注，也研究的最为深入。Stapleton等47研究发现没食子酰基黄烷-3-醇类，如（-）-表儿茶素没食子酸酯能够增强-内酰胺类抗生素对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的抑菌活性约512倍。农朝赞等48研究证实黄酮类化合物与大环内酯类抗生素具有协同抗菌作用，其作用机制可能是两者化学结构上具有互补性，有望成为药物工业生产抗菌新药的根据。3、2构效关系研究相对于直接抑菌作用，黄酮类化合物协同抑菌作用的构效关系研究还较少。然而，关于黄烷-3-醇的研究结果明确证实

15、，没食子酰基或没食子酸酯基团对于黄烷-3-醇增强-内酰胺酶对MRSA的抑制活性至关重要47。另外，有研究表明，在A环5位、7位以及B环上的羟基化对于黄酮类、黄酮醇类、黄烷酮或黄烷-3-醇类化合物增强异烟肼对结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis）的抑菌活性具有重要作用44。3、3作用机制研究研究表明，没食子酰黄烷-3-醇可能通过减弱细菌细胞壁磷壁酸的D-丙氨酰化作用，或致使青霉素结合蛋白2a （PBP2a）失活及离位，从而实现对-内酰胺抑菌活性的调节49-50。其作用机制可能是抑制了PBP2a的表达或促进了黄烷-3-醇与肽聚糖的结合51。对于其他黄酮类化合物，如黄酮

16、、异黄酮、黄酮醇、黄烷酮等，有研究表明，这些化合物可能通过导致细菌细胞外排泵失活，或干扰细胞质膜稳定性，或阻断PBP2a的合成，或抑制拓扑异构酶活性等途径来增强-内酰胺类抗生素的抑菌活性52-53。4黄酮类化合物对细菌致病性的影响4、1抑制分选酶的活性许多革兰阳性菌的表面蛋白都是经过分选酶的催化作用而组装、锚定到细胞壁上， 由于表面蛋白在病原菌的致病性方面起关键作用， 所以分选酶有可能成为降低革兰阳性菌致病性的重要药物靶标54。Kang等55在细胞水平上研究了桑色素对金黄色葡萄球菌分选酶A和分选酶B的活性，结果表明，经桑色素处理后，金黄色葡萄球菌与纤维蛋白原的结合能力明显下降，进而导致其致病性

17、明显减弱。同时还表明，桑色素对细菌分选酶的抑制作用是特异性的。这也证明，对分选酶的抑制作用可能是黄酮类化合物（如黄烷3-醇，黄烷酮）抑制革兰阳性菌感染的重要途径。4、2中和细菌毒素细菌毒素在细菌致病性方面发挥着重要作用，甚至在细菌本身死亡后细菌毒素仍能发挥作用。最新研究表明，黄酮类化合物能够中和细菌毒素从而抑制细菌致病性。Choi等56通过体内、体外试验证实，儿茶素多聚体能够中和金黄色葡萄球菌毒素。Oh等57研究表明，异黄酮也能中和细菌毒素，如经过金雀异黄素（genistein）处理过的HeLa细胞能够防御创伤弧菌（Vibrio vulnificus）毒素RtxA1的损伤。动物试验也证实，金雀

18、异黄素对创伤弧菌在CD-1小鼠体内感染也有一定的保护作用。此外，Delehanty等58研究表明，儿茶素和表儿茶素的聚合物能够中和内毒素即脂多糖（LPS）。并且在脓毒性休克的发展早期，类黄酮化合物能阻断LPS和其受体TLR4/MD2，CD14之间的相互作用。4、3抑制致病因子的分泌金黄色葡萄球菌致病性与其分泌相关的酶和毒素密切相关。最近研究表明，黄酮类化合物能够抑制这些致病因子的分泌。Shah等59通过检测处理过的金黄色葡萄球菌上清液对血浆的凝固能力及对红细胞的溶解能力，发现表儿茶素没食子酸酯能够抑制细菌凝固酶和毒素的分泌。Qiu等60-61研究表明，甘草查尔酮A也能抑制金黄色葡萄球菌-毒素的

19、分泌，并能减少肠毒素的分泌。通过实时PCR检测发现，在抑制细菌毒素分泌的同时伴随着agrA基因转录水平的下降。这说明甘草查尔酮A抑制金黄色葡萄球菌-毒素的分泌至少部分是通过抑制agrA双组分系统来实现的。5结论自2005年以来，黄酮类化合物抗菌活性的研究取得了很大进展，使得有必要对前人的研究成果及时地进行梳理和总结，以便更好地指导今后的研究工作。本文简单介绍了黄酮类化合物的直接抑菌活性、协同抑菌活性及其对细菌毒性的影响。在今后的黄酮类化合物研究中，在测定黄酮类化合物抑菌活性基础上，确定其活性是否具有选择性，探明其构效关系，分析其可能的作用机制是值得努力的方向。随着细菌耐药性的日益严重，研究新抗

20、菌药的任务也越来越迫切，黄酮类化合物抑菌活性的研究将对今后抑菌新药物的研制提供了一个重要方向。参考文献1何旭瑛、细菌耐药性产生的机制与最新研究进展J、临床和实验医学杂志， 2009， 8 （11）： 117、2李叶，唐浩国，刘建学、黄酮类化合物研究进展J、农产品加工， 2008，12：53、3迟晓喆，曹光群、桑叶总黄酮的提取及其抑菌活性研究J、林产化学与工业，2012，32（2）： 163、4陈乃东，周守标，罗琦，等、不同提取剂对春花胡枝子黄酮含量及抑菌活性影响的研J、中国卫生检验杂志， 2007，17（2）：193、5李国章，于华忠，卜晓英，等、桑椹籽中黄酮的CO2超临界流体萃取及抑菌作用研

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