山豆根對金黃色葡萄球菌毒力表達的影響*

黃少隆，張翠惠，黃冬枚，郭文婷，鄭慶茹，周 湧

廣東省東莞市濱海灣中心醫院檢驗科，廣東東莞 523903

對自然界中的細菌而言，金黃色葡萄球菌(以下簡稱為金葡菌)是最普通最廣泛的存在，其對生長環境要求較低，耐受性強[1]，并能產生多種毒素，其中血漿凝固酶、溶血素、腸毒素、毒性休克綜合征毒素等對感染人群威脅巨大[2-3]?；?、嘔吐、腹瀉、腸炎及休克是感染金葡菌的患者常出現的臨床癥狀，更嚴重的是，當感染進一步發展成全身性敗血癥時，患者死亡的概率極高[4-5]。然而由于抗菌藥物的濫用，金葡菌耐藥性增加的趨勢變得越發難以控制，近些年甚至出現對萬古霉素敏感性下降的耐甲氧西林金葡菌(MRSA)菌株[6-7]。采用傳統抗菌藥物治療已經面臨嚴峻挑戰，這迫使研究人員必須積極尋求新型抗菌藥物。毒力因子就像金葡菌的武器，決定著其殺傷力的大小[8]，因此如何奪取和削弱“武器”是當前研究的熱點。

山豆根，在中國有著悠久的運用歷史，來自越南槐的干燥根及根莖[9]，據記載這味中藥材性寒、味苦，可用于清熱、消腫、抗菌等[10]。作為一味中藥材卻含有多種生物堿，多糖及有機酸，藥用價值較高，但與此同時也有一定的毒性效應，這吸引著人們不斷對其進行探索和研究[11]。近代研究更證實了山豆根醇提取物，在實驗條件下具有抗病毒、抑菌、抗氧化的作用[12-13]。但是，山豆根是否對金葡菌毒力表達有影響，迄今為止，尚未見關報道。本實驗擬測定山豆根對金葡菌的最低抑菌濃度(MIC)，細胞膜通透性、菌體形態變化、溶血活性和外毒素的影響，旨在為山豆根削弱毒力的機制研究及臨床上山豆根在抗菌治療中的應用提供參考。

1 資料與方法

1.1菌株來源 金葡菌菌株ATCC29213來自廣東省臨床檢驗中心。MRSA分離于臨床患者標本。

1.2儀器與試劑 主要試劑包括β-半乳糖苷酶、脫纖維兔血(Solarbio公司)，α-溶血素多克隆抗體和溶葡萄球菌素、金黃色葡萄球菌A型腸毒素(SEA)和金黃色葡萄球菌B型腸毒素(SEB)多克隆抗體、氮酪蛋白(Sigma公司)，HRP標記的羊抗兔(Solarbio公司)。主要儀器包括Phenom G6 pure型掃描電鏡、菲勒D-7型分光光度計、EPS 600型電泳儀(Tanon公司)、Microfuge5804R型臺式冷凍離心機(Eppendorf公司)、iQ5型實時熒光定量PCR儀(Bio-Rad公司)、HM-96A型酶標儀(恒美科創公司)、Nano-600型超微量核酸分析儀(上海嘉鵬公司)、Tanon 5200型全自動化學發光圖像分析系統(Tanon公司)。

1.3方法

1.3.1山豆根 用40目篩將粗粉過篩后取1.5 g于索氏提取器進行提取，為其濕潤滴加2 mL無水乙醇-濃氨試液(3∶2)。放置0.5 h，再加80 mL三氯甲烷后進行4 h加熱回流提取。提取液濃縮剩藥渣后用甲醇溶解，移至容量瓶，混勻過濾，得到1.5 g提純藥粉，用于后續實驗。

1.3.2山豆根對金葡菌的MIC及金葡菌生長曲線測定[14]實驗根據美國臨床與實驗室標準化協會(CLSI)推薦的標準方法來測定山豆根對金葡菌的MIC。使用紫外分光光度計調定菌液濃度為A600=0.4。用MH培養基將該菌液再次稀釋100倍，使得待測菌液的濃度達到5×106CFU/mL。量取上述提取1.5 g的山豆根藥粉裝入1.5 mL離心管中，將1.5 g/mL溶液稀釋至0.96 g/mL，后續再二倍稀釋依次為0.960 0、0.480 0、0.240 0、0.120 0、0.060 0、0.030 0、0.015 0、0.007 5 g/mL。配制完畢，每實驗孔不同梯度濃度的100 μL山豆根加上100 μL菌懸液溶液，肉眼觀察結果。生長曲線測定，調定菌液濃度A600=0.4，加入不同山豆根的量使得30 mL的溶液最終濃度調整為0、0.015、0.030、0.060 g/mL。12 h內每過1 h檢測A600并記錄。整個實驗過程錐形瓶均在搖床中繼續培養。

1.3.3金葡菌內膜滲性實驗[14]調整菌液使A600=0.4，加入不同山豆根的量使得30 mL的溶液最終濃度調整為0、0.015、0.030、0.060 g/mL。0～8 h內每隔2 h從搖床上的不同培養液中各取出20 mL，離心，去沉淀，往上清液中加入鄰硝基苯-β-D-半乳糖苷(ONPG)進行反應，其濃度為0.05 mol/L。底物反應于水浴箱中進行，反應環境為37 ℃，40 min。加入8 mL濃度為0.5 mol/L Na2CO3終止反應，充分溶解，檢測A420(反映β-半乳糖苷酶的活性，β-半乳糖苷酶的活性越高，金葡菌內膜滲性就越高，表明細胞膜完整性受到破壞)。

1.3.4掃描電鏡實驗實驗[14]按照要求制備玻片。調整菌液使A600=0.4，將菌液加入24孔板中37 ℃培養過夜。次日，將0.03 g/mL山豆根加入到菌懸液中作用0、1.5、3.0 h。磷酸鹽緩沖液(PBS)緩慢地沖洗24孔板底部3次，每次15 min，戊二醛進行固定2 h。沖洗后再用鋨酸固定30 min，使用50%，70%，80%、90%、100%的乙醇沖洗。最后使用叔丁醇置換乙醇，真空干燥，離子噴金，進行掃描電鏡觀察。

1.3.5山豆根對金葡菌的溶血能力的影響 按上述方法配制山豆根濃度為0 g/mL(作對照)及0.015、0.030、0.060 g/mL，并與陰性對照(未加入金葡菌)進行比對。金葡菌菌液離心棄沉淀，取100 μL上清液，800 μL緩沖液，25 μL脫纖維兔血混勻。放置37 ℃溫箱30 min后離心，檢測A543。

1.3.6測定山豆根作用后金葡菌外毒素的表達 調整菌液使A600=0.3，加入不同山豆根的量使得30 mL的溶液最終濃度為0、0.015、0.030、0.060 g/mL。當加有藥液的菌液A600=2.5時，每個梯度取2 mL菌懸液進行離心，分離上清液，沉淀蛋白。次日重復一次，保留沉淀，用冰乙醇進行反復洗滌3次風干。最后加入1 μL苯甲基磺酰氟(PMSF)和10 μL 0.1 mol/L的Tris緩沖液將沉淀溶解后進行Western blot檢測。

2 結 果

2.1山豆根的MIC及其對金葡菌生長的影響 對于金葡菌標準株ATCC29213，山豆根的MIC為0.06 g/mL。對于MRSA菌株觀察得到抑菌作用略差，MIC為0.12 g/mL。不同濃度山豆根作用下金葡菌的生長曲線見表1、圖1，在同一時間點上山豆根濃度越高，對生長的抑制越明顯。

表1 不同濃度山豆根作用下金葡菌菌液A600的檢測值

續表1 不同濃度山豆根作用下金葡菌菌液A600的檢測值

圖1 不同濃度山豆根作用下金葡菌的生長曲線

2.2山豆根作用不同時間點的金葡菌內膜通透性的變化 隨著山豆根濃度的升高，β-半乳糖苷酶的活性也逐漸增加，見表2、圖2。

圖2 山豆根作用后金葡菌β-半乳糖苷酶的活力變化

表2 不同濃度山豆根作用下MRSA菌株菌液在A420的檢測值

2.3掃描電鏡下細菌的形態分析 在0.03 g/mL山豆根刺激作用下，0、1.5、3.0 h不同時間點，細胞形態發生著顯著的改變。對照組中，菌體形態正常呈現圓形均勻，細胞膜完整，表面平滑沒有粘連。山豆根作用1.5或3.0 h時細胞均有不同程度的變化，菌體形態不再是完整的球狀，1.5 h時的細菌已破裂，發生扭曲，凹陷，但有少數菌體仍處于完整的狀態。3.0 h時，菌體破裂程度進一步加深，周圍出現碎片，菌體數量減。見圖3。

注：A為對照組；B為山豆根作用1.5 h時；C為山豆根作用3.0 h時。

2.4山豆根對金葡菌溶血活力的影響 在0、0.015、0.030、0.060 g/mL濃度的山豆根作用下，金葡菌溶血能力呈逐漸下降趨勢，溶液顏色逐漸由紅色變成無色，溶血活力分別為100.00%、67.80%、37.13%、9.11%、9.01%,見圖4。

注：A為溶液顏色觀察；B為菌株溶血活力隨山豆根作用濃度的變化情況；**表示與未標記組比較P<0.05。

2.5Western blot檢測山豆根對毒力蛋白的影響 隨著山豆根濃度增加，蛋白條帶寬度變窄，說明山豆根對金葡菌這3種毒素表達量的影響隨作用濃度的增加而增加。山豆根作用濃度為0.060 g/mL時，SEA和SEB的條帶顏色幾乎看不見，即此濃度下可以完全抑制SEA和SEB的分泌。因此，MIC的山豆根對金葡菌所分泌的有著顯著的抑制作用，且作用效果有劑量依賴性。見圖5。

圖5 亞抑菌濃度的山豆根對MRSA菌株分泌的α-溶血素、SEA以及SEB蛋白的western blot分析

3 討 論

控制細菌感染的治療中，抗菌藥物的使用無疑是人類手中的殺手锏，然而細菌耐藥性的發展正是為躲避“追殺”而演化出的特殊技能，人類對此無能為力。研究表明，金葡菌可以通過群體感應系統來感知外部感染環境及菌群的密度的變化，從而調節菌群的速度及多種毒力因子包括α-溶血素、SEA以及SEB等的表達[15]，使菌群群體行為更有利于生存。如果控制細菌毒力的表達同時又不對細菌生存產生選擇性的壓力，這可能是阻止細菌耐藥發展進程的最佳手段。同時，當細菌失去了毒力因子后，攻擊力大幅度下降，此時機體的免疫系統則可以發揮更全面更有效的清除作用[16]。因此，許多研究者把目光轉向天然的中草藥抑菌研究中，以期從中分離出此類抗菌抑制物。研究表明，山豆根中含有黃酮類、生物堿類、酚類、皂苷類、有機酸、多糖、微量元素等多種化學成分[17]，清熱解毒的特性可用于臨床上咽喉腫痛、牙齦發炎、肝炎、黃疸等病癥。近年來，其在抗菌及抗病毒方面的作用的研究也備受關注?？鄥A類為山豆根根狀莖中主要的活性成分之一，研究表明其對H3N2流感病毒及柯薩奇B3病毒有著明顯的抑制作用[18]，而乙型肝炎病毒則對喹諾里西啶類生物堿敏感[19]。山豆根中含有的眾多種生物堿對多種細菌也具有抑制作用，呈現量效關系[20]。但山豆根對金葡菌抑制作用研究甚少，基于此本實驗從金葡菌的生長、細胞膜完整性、溶血能力及外毒素的表達等方面進行研究，現分析如下。

山豆根對金葡菌的生長抑制作用較差，對于金葡菌標準株ATCC29213，山豆根的MIC為0.060 g/mL。同時對比發現，其對于MRSA菌株抑制作用更弱，MIC為0.120 g/mL，提高了1倍。隨著作用時間增加，每個濃度梯度的金葡菌均有所增殖，但速率卻不盡相同。無山豆根組曲線反映的是在正常不受任何外界環境的刺激下的生長情況，金葡菌在各個時間點的菌液吸光度始終呈現上升趨勢。在0.015 g/mL山豆根作用后，生長曲線略低于正常生長曲線，在0.030 g/mL山豆根的作用下，金葡菌的增殖更加緩慢；在0.60 g/mL山豆根作用下，9 h后金葡菌的生長曲線明顯受到抑制。

金葡菌正常的生長狀態下，β-半乳糖苷酶存在于細胞膜內，并不會分泌到外界。但如果當細胞膜完整性受到破壞，β-半乳糖苷酶便會通過膜滲透到懸液中，使A值發生改變。所以，可通過檢測β-半乳糖苷酶的活力來研究山豆根對金葡菌細胞內膜的破壞程度。實驗表明，山豆根可破壞金葡菌細胞膜通透性，增加山豆根的濃度，可升高溶液的A420值，兩者存在正相關性，這表明山豆根對金葡菌細胞膜通透性破壞能力呈劑量依賴性。隨著山豆根濃度的升高，β-半乳糖苷酶的活性也逐漸增加。山豆根破壞了細胞膜的完整性，濃度越高破壞力越強，細胞膜的內膜通透性增大，β-半乳糖苷酶從胞內流入胞外。在本次研究中，當山豆根濃度為0.060 g/mL時，其能夠持續作用于金葡菌細胞膜，而0.015 g/mL和0.030 g/mL的時間線均呈現出拋物線，分別在2 h和4 h達到高峰。這表明，山豆根濃度為0.060 g/mL時對金葡菌感染治療有較理想的藥用價值。為了更直觀地證明山豆根主要作用于金葡菌細胞膜結構，本實驗利用掃描電鏡從形態上判斷菌體細胞是否受到山豆根的損害。從圖中可以看出，在山豆根作用下的金葡菌細胞膜結構均受到不同程度的破壞，特別是作用3 h后可以明顯觀察到菌體周圍出現碎片，細菌數量減少等現象。根據以往研究報導，可以推斷出在山豆根作用下，它可以首先作用于蛋白質，脂質等細胞外膜，隨著時間的增加，它可以穿過肽聚糖進入細胞膜，使得細胞膜發生顯著的彎曲和畸形。

金葡菌的溶血素有著很強大的溶血能力，對人類細胞破結構壞力巨大，并在細胞膜表面形成多聚體通道，造成細胞內信號肽、蛋白質、無機鹽、酶等生物分子流失。溶血素還可以引起血管抽搐，造成血流不暢，導致組織缺血壞死。如果大量的溶血素進入大腦血管，可以使人腦生物電驟停，使生命體死亡。本實驗主要通過測定不同濃度下的山豆根對金葡菌溶血活力的抑制作用，分別從定性以及定量兩個方面來加以說明。實驗可以直觀地反映出有山豆根作用的金葡菌的溶血能力比無山豆根組弱，當濃度足夠大時，溶液顏色達到最淺接近空白組。從定量的實驗分析，在0.015、0.030、0.060 g/mL的山豆根作用下，金葡萄溶血能力分別為67.80%、37.13%、9.11%，逐漸下降到與空白組的9.01%相近。由以上可以得出結論，亞抑菌濃度下的隨著山豆根作用濃度增加金葡菌的溶血能力下降。

Western blot從蛋白質水平分析了在0、0.015、0.030、0.060 g/mL的山豆根對3種金葡菌毒力蛋白α-溶血素、SEA和SEB的抑制情況。實驗發現：相較于無山豆根組，加了山豆根的實驗組隨著山豆根濃度增大，條帶寬度也越來越窄，表明這3種毒力蛋白表達減少。在0.06 g/mL的山豆根作用下，抑制的作用最明顯。由此得出，亞抑菌濃度下的山豆根對金葡菌所分泌的α-溶血素、SEA和SEB有著明顯的抑制作用，且作用效果呈劑量依賴性。

綜上所述，提純后山豆根粉對金葡菌的生長抑制作用不明顯，對于MRSA菌株更是提高了一倍。但在在亞抑菌濃度下可使菌體胞膜的完整性被破壞使菌體形態發生改變，同時溶血活性下降，α-溶血素、SEA和SEB表達減少。鑒于各種毒素因子在金葡菌致病過程中的關鍵作用，山豆根具有成為抗金葡菌感染藥物的潛力。