天然生物抗菌劑研究概況

李 楊 楊國平 錢金栿

云南省大理學院藥學與化學學院，云南 大理 671000

自然界中的有害細菌、真菌和病毒等微生物是誘發人類疾病的主要原因。天然生物抗菌劑來源于自然界，人們通過提取、純化獲得，是最早為人們所利用的抗菌劑。但是，對其開發一直停留在傳統的經驗水平上。近年來，隨著生物技術水平的迅速提高，天然抗菌劑受到更多的關注。通過對國內外文獻的查閱發現，開發利用新型天然抗菌劑已成為當前對抗菌藥物研發的一大熱點。根據天然生物抗菌劑來源的不同，可將其分為植物源抗菌劑、動物源抗菌劑和微生物源抗菌劑［1］。本文擬對目前的研究情況進行綜述。

1 植物源抗菌劑

目前，植物源抗菌劑是研究最多的一類天然抗菌劑，其利用植物中含有殺菌活性物質的某些部位或提取有效成分制成的殺菌劑，具有高效、低毒或無毒、無污染、選擇性高，不易產生抗藥性等優點［2］。目前對植物天然抗菌劑的開發還剛剛起步，對其抗菌機理還有待深入的研究，主要可分為以下幾類。

1.1 抗菌單味中草藥

已明確抗菌作用且較常用的抗菌中草藥有近百種。特別是丁香、大蒜、三七、千里光、丹參、甘草、防風、金銀花、連翹、荊芥、柴胡、桂枝、黃連、黃芩、黃柏、麻黃、薄荷、藿香等都有較深入的研究［3］。研究表明，含有抗菌成分的藥用植物資源主要集中在菊科、唇形科、木蘭科、馬兜鈴科、蓼科、木犀科、百合科、葫蘆科、莎草科、豆科、十字花科等植物［4］。雖然眾多的植物提取物對致病微生物都有抑制作用，但是同一種活性物質對不同病原體的抑制程度不同，同一病原體對不同的提取物敏感性亦存在差異。

1.2 抗菌復方中草藥

常用的抗菌復方中草藥主要有:三黃液、連翹甘草湯、肝炎防治方、松針散、麻黃甘草湯、銀翹解毒方、感冒寧、閉瘟方［5］、銀翹散、桑菊飲、柴葛解肌湯、清營湯、黃連解毒湯等［6］，對多種感染性疾病均有較好的療效。

1.3 中西聯用

中藥的直接抑菌作用弱于抗生素，因此將中藥與抗生素連用以取得更好的治療效果。毛理納等［7］觀察黃連、大黃合用頭孢他啶的體內外抗菌作用，發現大黃合用頭孢他啶組，黃連合用頭孢他啶組，單用頭孢他啶組和單用黃連組的受感染小鼠死亡率分別為0%，20%，50% ，65%。說明黃連或大黃合用頭孢他啶可增強大腸埃希菌的抗感染作用。熊南燕等［8］報道魚腥草注射液體內外無抗菌活性，卻對兔體內的硫酸慶大霉素注射液抗菌活性有明顯的增強作用。但是，某些中藥注射劑與抗生素配伍靜脈滴注可導致藥液pH的改變、渾濁、沉淀、微粒顯著增加，藥效降低［9］。因此需注意配伍禁忌問題。

1.4 植物抗菌劑的主要有效成分

植物是生物活性化合物的天然寶庫，其產生的次生代謝產物超過40萬種［10］，隨著我國天然藥物研究的不斷深入，越來越多抗菌活性成分被發現。現有的研究結果表明，植物中抗菌有效成分主要包括萜類化合物及其衍生物、生物堿類、甾體、氨基酸、多糖抗菌肽、木脂素、皂苷、新型結構等［11］。

李曼玲報道延胡索酸、琥珀酸、沒食子酸、馬兜鈴酸、白花月酸、松蘿酸等有機酸類為一些藥如金銀花、訶子、蓍草、九里明、腫節風 (九節風)等有效成分［12］。另很多學者對其他類型的成分進行過系統研究，但若要系統的研究抗菌中藥的機理尚需從藥劑及化學結構等方面研究，設法提高血藥濃度［13］。

2 動物源抗菌劑

動物源抗菌劑有氨基酸類、天然肽類、高分子糖類等，資源十分豐富。陳月開等［14］研究了氨基酸的抗菌活性，發現半胱氨酸對金黃色葡萄球菌具有較強的抑制作用。半胱氨酸有極強的抗氧化作用，推斷其抑菌作用與抗氧化性有關。

天然肽類抗菌劑，目前已成為抗菌劑的研究熱點。很早以前人們就知道人奶和牛奶中含有抗菌性物質，如溶菌酶、乳過氧化物酶等。溶菌酶對人體安全無副作用，其作用機制是破壞細菌細胞壁肽聚糖中的β－1，4糖苷鍵。K.H.Yu等認為來自3種鱗翅目昆蟲 (Galleria mellonella，Bombyx mori，Agri—US convolvidi)幼蟲血淋巴的溶菌酶對革蘭氏陽性菌具有很強的抗性，對革蘭氏陰性菌也有抑制活性［15］。此外，酰胺酶能切斷細菌細胞壁肽聚糖中NAM與肽“尾”之間的N一乙酰胞壁酶一L－丙氨酸鍵;內肽酶能使肽尾及肽“橋”內的肽鍵斷裂;葡聚糖和甘露聚糖酶可分解酵母細胞的細胞壁;殼多糖酶可分解霉菌細胞壁。

最常用的天然抗菌劑是殼聚糖，為一種帶正電荷的活性物質。殼聚糖抗菌劑具有良好的生物相容性和廣譜抗菌性，無毒，對人體免疫抗原小，且具消炎、止痛及促進傷口愈合等功效［16］。殼聚糖相對分子質量越小、脫乙酰度越大，溶解度越大。殼聚糖具有較強的抗菌活性，其對大腸桿菌、枯草桿菌和金黃色葡萄球菌的MIC值達到 (250～500) ×10－5。此外，殼聚糖對植物病原菌有抑制作用，如1%殼聚糖對尖鐮菌 (F.Solani)和腐皮鐮菌 (F.oxysporum cepae)有完全抑制的作用［17］。但是，殼聚糖的抗菌性能受濃度、酸度、相對分子質量、脫乙酰化度的影響，這使其應用范圍受到很大限制［19］。天然有機抗菌劑的安全使用性高，對人體無毒、無刺激，但天然有機抗菌劑的耐熱性差且藥效持續時問短，因此使其應用受到限制［18］。

3 微生物源抗菌劑［20］

微生物源抗菌劑主要是抗菌微生物來源的物質，其包括某些微生物自身和一些微生物的拮抗性代謝產物。由于不同微生物物質的抗菌譜及抗菌效力不同，導致微生物物質在臨床治療上受到限制。目前，真正廣泛用于臨床的抗菌微生物制劑主要是天然抗生素。但是，隨著耐藥性等問題的日益嚴峻，人類還需發展其它抗感染藥物。

3.1 抗菌微生物的種類

3.1.1 噬菌體 是感染細菌、真菌、放線菌、螺旋體等微生物的病毒。對宿主菌具有高度的專一性，根據其侵染宿主菌后的狀態和結果，有毒性噬菌體和前噬菌體兩種類型。

3.1.2 益生菌 是一類通過改善宿主微生物菌群的平衡而發揮作用的活性微生物。益生菌具有改善菌群結構，抑制病原菌，消除致癌因子，提高機體免疫力，降低膽固醇等重要的生理功效。

3.2 微生物拮抗性代謝產物的種類

3.2.1 抗生素 某些微生物代謝過程中產生的一類能抑制或殺死某些其它微生物或腫瘤細胞的物質。天然抗生素大多由放線菌和真菌產生，細菌類有多粘菌素、桿菌肽等。由于抗生素種類繁多、應用廣泛，目前使用的多為人工合成和半合成的抗生素。

3.2.2 細菌素 由細菌產生只作用于與產生菌同種或親緣關系很近的其它菌株的抗菌蛋白質。是一類具有抑菌活性的多肽或多肽與糖和脂的復合物，具有高效、無毒、耐高溫、無殘留、無抗藥性等優點。

4 抗菌藥物的作用機制

4.1 植物源抗菌劑抗菌機制

植物源抗菌劑可能有多種抗菌機制，這些作用機制主要包括: (1)破壞或降解細胞壁; (2)破壞細胞質膜;(3)破壞細胞膜蛋白質結構; (4)使細胞內容物泄露;(5)使細胞質凝聚;(6)減弱質子運動力。但這幾種作用機制并非都是獨立，可能會相互影響，一種機制的反應可能會受另一種反應物或生成物的影響［21］。

研究者［22］對止痢草中的主要成分香芹酚和百里香酚的作用機制研究表明，膜穿孔和膜黏合被認為是首要的作用模式。香芹酚和百里香酚的一個重要特點是其具有疏水性，可讓細胞膜和線粒體上的磷脂結構分開，破壞細胞結構，增強細胞膜通透性，從而導致細胞內生命物質外泄，損害細菌酶系統，最終導致微生物死亡。此外，香芹酚和百里香酚為天然的酚類物質，能導致細菌細胞壁蛋白的變性，從而改變細菌細胞壁原有的結構和特性，導致細菌死亡。

中藥復方制劑的抗菌作用不僅是方劑本身有效成分對細菌直接抑制，而且還表現在方劑各單味藥多種成分相互作用的綜合效應，故對方劑抗菌機制的研究還應包括方劑對細菌所產生的間接作用，最主要的是提高自身免疫功能，通過單核細胞的吞噬，細胞的殺傷以及其它免疫細胞、免疫因子的作用，達到抗菌目的［23］。

4.2 動物源抗菌劑抗菌作用機制［17，19］

大量研究中，以下兩種機制是被人們廣泛接受的:(1)殼聚糖分子中的氨基陽離子帶正電，能吸附在細胞表面，一方面可形成一層高分子膜，阻止營養物質向細胞內運輸，另一方面使細胞壁和細胞膜上的負電荷分布不均，破壞細胞壁的合成與溶解平衡，溶解細胞壁，從而起到抑菌殺菌作用;(2)通過滲透進入細胞內，吸附細胞體內帶有陰離子的物質，擾亂細胞正常生理活動，從而殺滅細菌。

對革蘭氏陽性與革蘭氏陰性細菌，殼聚糖的作用機理不同。對革蘭氏陽性細菌，殼聚糖主要作用于其細胞表面起作用;革蘭氏陰性細菌，小分子的殼聚糖可以進入其細胞內作用而起作用。研究結果表明，隨著脫乙酰度和濃度的提高，殼聚糖的抗菌活性增強。研究認為隨著殼聚糖相對分子質量的降低，對大腸桿菌抑制性增強，而對金黃色葡萄球菌的抑制性減弱。

4.3 微生物源抗菌劑抗菌作用機制

4.3.1 分泌抗菌素 是傳統抗生素類抗菌藥物作用的機制［24］:(1)抑制細菌細胞壁的合成;(2)改變胞漿膜的通透性;(3)抑制蛋白質的合成;(4)影響核酸和葉酸代謝。

4.3.2 參與營養和生存空間的競爭 通過占有生存空間、消耗氧氣等方式削弱以至消除同一生存環境中的某些病原物。

4.3.3 誘導寄主產生抗病性 微生物可以誘導寄主產生防御反應或對病原菌直接寄生而抑制病原菌。

4.3.4 對病原菌直接作用 L.L.Wilson等［25］發現木霉和酵母能寄生在病原菌上，并分泌一種能破壞真菌細胞壁的酶。

5 結語

作為一種理想的抗菌劑，應該具有即效、廣譜、長效、穩定及安全的抗菌效果。然而，現有的抗菌劑都沒有達到理想的要求。現有的各類抗菌劑，都具有特有的抗菌機理，只有在抗菌機理上作出全面、深層次的研究，綜合各類抗菌劑的特點，才能進一步改善抗菌劑的有效性。

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