具有抗菌活性的天然二萜類化合物研究進展

韋春玲， 崔培梧， 肖 瑾， 羅 姣， 蔣詩琴， 劉向前*

(1.湖南中醫藥大學藥學院，湖南 長沙 410208；2.國家中醫藥管理局中藥藥性與藥效三級科研實驗室，湖南 長沙 410208)

二萜類化合物是由4個異戊二烯單元組成，由焦磷酸香葉基香葉酯衍生而成，此類化合物廣泛存在于植物界、昆蟲、真菌、海洋生物中，具有抗病毒、抗腫瘤、抗炎、抗菌作用[1-4]。近年來，抗生素的廣泛應用加重了細菌耐藥問題，天然二萜類化合物具有低毒、抗菌譜廣、耐藥性低等優點，且與抗生素聯合使用能增強抗菌效果，本文對二萜類化合物的抗菌譜及其抗菌作用機制研究進展進行綜述。

1 結構類型

二萜類化合物包括無環二萜、單環二萜、雙環二萜、三環二萜、四環二萜等。雙環二萜可再分為半日花烷型、克羅烷型、海兔烷型、細齒烷型烷、viscidane烷型等。半日花烷型二萜母核為十氫萘，結構類型多變，A/B環呈反式連接，C-5位為β-H，C-10位為α-甲基[5]。克羅烷型二萜的基本骨架也為十氫化萘，是半日花烷二萜的結構重排類型。

三環二萜類化合物可再分為松香烷型、海松烷型、fusicoccane型等。松香烷二萜基本骨架為氫化菲，A、B、C環常帶有不同的官能團，C-4位存在1個偕二甲基，C-10位有1個甲基，C-13位有1個異丙基[6]。海松烷二萜最初也是從松香中分離出來的，根據分子中手性中心的差異，海松烷二萜又可分為海松烷型、異海松烷型、對映-海松烷型、對映-異海松烷型[7]。Fusicoccane型是具有5/8/5環系的三環二萜[8]

四環二萜類化合物分為貝殼杉烷型、harziane型、cyclopiane烷型。貝殼杉烷型二萜以氮化氫為母核，該類型各化合物的結構差別主要在于含氧基團取代情況不同[9]。harzianone型二萜擁有獨特的四環骨架，融合了四、五、六、七元碳環結構[8]。

2 抗菌活性

二萜化合物主要通過破壞細胞壁和細胞膜，影響其代謝途徑，或與細胞表面的蛋白結合，阻止營養吸收，從而抑制生長導致細菌死亡。研究發現，有117個代表性二萜化合物具有比較好的抗菌活性(表1)，其中半日花烷型和松香烷型抗菌活性較為突出，半日花烷型結構式見圖1，松香烷型結構式見圖2。

2.1 金黃色葡萄球菌 金黃色葡萄球菌是人類化膿感染中最常見的病原菌，可引起局部化膿感染，也可引起肺炎、心包炎、膿毒癥等多種疾病，是感染重點監測的對象。Jurkaninov等[36]對從彩葉草中分離得到的4個化合物的抗菌活性進行測定，其中松香烷型二萜sincoetsin C可抑制耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)，其骨架上羥基的糖基化抑制了抗MRSA活性，C-7位和C-16位的甲氧基化作用增強了抗MRSA活性，C-13位的取代基對活性也有影響。Banerjee等[10]研究發現，穿心蓮內酯對MRSA有較好的抑制作用，其MIC為100 μg/mL，可以抑制金黃色葡萄球菌細胞內DNA生物合成，并呈劑量依賴性，其胞外環亞甲基和羧酸基團對抗MRSA起到重要作用。Siddique等[13]從紫色姜根莖分離得到的松香烷型二萜(E)-8(17),12-labdadiene-15,16-dial對MRSA有抑制作用，其在C-8位有環外亞甲基，在C-12位有1個烯烴，在C-16位和C-17位有2個醛基，這些不飽和的存在對MRSA菌株的抗菌活性起到重要作用。

續表1

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2.2 變形鏈球菌 變形鏈球菌是引起口腔疾病的主要成分之一。Ito等[32]探討松香烷型二萜松香酸對致齲細菌變形鏈球菌體外生長的抑制作用，通過觀察變形鏈球菌的生長、酸化和生物膜形成，發現64、128 μg/mL松香酸對ATP活性的抑制作用約為80%，64 μg/mL松香酸能抑制變形鏈球菌生物膜的形成。長期使用以松香酸為原料的抑菌劑可能有助于預防變形鏈球菌生物膜感染，Khan等[24]從Polyalthialongifoliavar.pendula(Linn.)中分離得到的克羅烷二萜16-oxo-cleroda-3,13(14)E-diene-15oic acid能夠降低變形鏈球菌的生物膜形成和代謝活性，其抗生物膜潛力比抗生素(如頭孢克肟、硫酸慶大霉素)對變形鏈球菌的抑制能力強5倍。16-oxo-cleroda-3,13(14)E-diene-15oic acid在C-12位有開放鏈，存在游離的醛和羧基，可以很容易地穿透生物膜內的孔和水通道，殺死細菌細胞，而細菌細胞反過來又負責停止生物膜的形成。

2.3 結核分枝桿菌 結核分枝桿菌是最致命的傳染病病原體之一。Baldin等[37]從Tetradeniariparia分離得到6,7-dehydroroyleanone對結核分枝桿菌具有抑制作用，其特有的疏水性易滲透結核分枝桿菌的細胞膜和細胞壁，從而影響其代謝途徑，導致細菌死亡。Wei等[38]從月腺大戟中分離得到的eupractenoid B能抑制結核分枝桿菌GlmU的乙酰轉移活性(IC50=41.85 μmol/L)，成為新的結核治療靶點。Zhao等[51]從巴豆分離得到的4個巴豆烷型二萜，分別為4-deoxy-20-oxophorbol12-tiglyl-13-acetate、7-oxo-5-ene-phorbol-13-(2-methylbutyrate)、12-o-tiglylphorbol-13-acetate、crotignoid F，研究發現，它們對結核分枝桿菌具有抑制作用，MIC值分別為19.5、20.9、20.5、13.4 μmol/L。

2.4 白色念珠菌 白色念珠菌存在于人體陰道、口腔和腸道，當機體免疫功能低下時，該菌會大量繁殖侵入細胞引起疾病。Chakrabartty等[12]從黑果山姜中分離得到(E)-labda-8(17),12-diene-15,16-dial，當其質量濃度≥0.025 mg/mL時，對白色念珠菌有抑制作用，可引起細胞裂解，通過抑制底物的吸收，延緩白念珠菌的生長，并呈濃度依賴性。它還與真菌細胞表面的某些轉運蛋白結合，阻止其營養吸收，從而抑制其生長。Yang等[21]從Stachybotryschartarum分離得到的atranone Q對白色念珠菌具有抑制作用，經atranone Q處理后，細胞形態變形、起皺、不規則，細胞壁呈變薄趨勢，細胞膜變形，細胞質中出現液泡，細胞內容物部分或全部滲漏。

2.5 銅綠假單胞菌 銅綠假單胞菌是常見的致病菌之一，可引起褥瘡、化膿性中耳炎和尿路感染等多種疾病。Majumdar等[11]研究發現，14-deoxy-11,12-didehydroand-rographolide與阿奇霉素或慶大霉素在亞抑菌濃度下共同作用48 h，可協同抑制92%銅綠假單胞菌的生物膜生成。原子力顯微鏡的進一步研究表明，與對照組比較，實驗組生物膜的粗糙度和高度都降低。14-deoxy-11,12-didehydroand rographolide可通過抑制銅綠假單胞菌群體感應通路作為抑制生物膜形成的藥物分子。Dang等[30]從康定鼠尾草分離得到的4個松香烷型二萜，分別為丹參酮ⅡA、丹參酚酮、隱丹參酮、鐵銹醇，研究發現，它們可以抑制銅綠假單胞菌，MIC分別為20、30、30、15 μg/mL。

2.6 內氏放線菌 內氏放線菌是引起口腔疾病的主要致病菌之一。Souza等[14]研究發現，當ent-copalic acid的質量濃度在6.25～12.538 μg/mL之間時，孵育72 h內可顯示出殺菌活性，ent-copalic acid與鹽酸氯己定聯合孵育24 h后，內氏放線菌微生物的數量減少，并在孵育48 h產生殺菌效果，當ent-copalic acid的質量濃度為 1 000 μg/mL時，內氏放線菌生物膜的去除率為99.9%。Abr?o等[18]從CopaiferaduckeiDwyer分離得到的(-)-polyalthic acid對內氏放線菌的MIC為25 μg/mL，其胞外亞甲基和羧基對抗菌活性起到重要作用。

2.7 表皮葡萄球菌 表皮葡萄球菌是人體皮膚和黏膜的正常菌群，致病力較低，少引起感染，但在一定條件下，也可致病，引起化膿性感染、前列腺炎等疾病。Helfenstein等[31]研究發現，松香酸對表皮葡萄球菌具有抗菌活性，但其對細菌細胞的選擇性較差，在高濃度時通過誘導細胞內乳酸脫氫酶泄漏而造成細胞膜損傷。Algreiby等[26]從光禿愛沙木中分離得到的4個細齒烷型二萜，分別為8,18,20-trihydroxyserrulat-14-en-19-oic acid、8,18,20-triacetoxyserrulat-14-en-19-oic acid、18-acetoxy-8-hydroxyserrulat-14-en-19-oic acid、20-acetoxy-8-hydroxyserrulat-14-en-19-oic acid，研究發現，它們對表皮葡萄球菌有抑制作用，MIC分別為256、256、256、32 μg/mL。

2.8 具核梭桿菌 具核梭桿菌是口腔根尖周感染的主要致病菌之一，與口腔內外的多種感染性疾病和與結直腸癌等相關。Moreti等[46]從Mikaniaglomerata分離得到的異貝殼杉烯酸對具核梭桿菌具有抑制作用，可以通過抑制生物膜的形成起到預防作用，也可以通過消除已形成的生物膜起到治療作用。Mendes等[15]從SalviaofficinalisL.分離得到的半日花烷型二萜淚杉醇對具核梭桿菌有較強的抑制作用，MIC為50 μg/mL。

3 小結

部分二萜類化合物已被臨床證實具有抗菌作用，如穿心蓮內酯在臨床上用于治療由李斯特菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌引起的細菌性痢疾；丹參酮IIA在臨床上用于治療由金黃色葡萄球菌引起的細菌性結膜炎。二萜抗菌的致病菌研究大多集中在口腔疾病的研究，多種二萜類化合物對口腔致病菌具有較強的抑制作用，如(-)-polyalthic acid、松香酸具有抑制口腔致病菌(如伴放線放線桿菌、牙齦卟啉單胞菌、具核梭桿菌等)的作用，可用于開發治療口腔疾病的藥物，生產口腔沖洗產品和治療齲齒的抗菌填充材料。部分二萜類化合物還可以抑制細菌致病性生物膜，這類二萜可能會成為抗厭氧細菌的新制劑來源。不同的取代基對抗菌活性產生不同的影響，甲氧基化作用增強了抗菌活性，亞甲基和羧酸基團對抗菌活性起到重要作用，烯烴、醛基等不飽和基團的存在對抗菌活性也有顯著影響，而糖基化則抑制了抗菌活性。在未來的研究中，應結合關注二萜抗菌活性的構效關系，并通過結構修飾對天然二萜進行優化，研發出更高活性的抗菌藥物。

4 展望

二萜化合物在自然界分布廣泛，具有抗菌譜廣、低毒、作用靶位多、抗菌活性較高等特點，對抗菌藥物的研發產生重要的作用，但大部分的研究都處于初步階段，缺乏與抗生素聯合使用的研究，缺乏其抑菌活性的深入研究及作用機制全面系統的研究，限制天然二萜類化合物的開發和應用。

耐藥菌、真菌感染和條件致病菌的增加成為近年突出的醫療問題之一，研究和開發低毒且不易產生耐藥的新型抗菌藥物是解決感染問題的重要舉措。二萜化合物種類繁多，藥理活性顯著，是當今藥物研究領域的熱點，深入研究二萜化合物的抗菌活性，研發新型低毒高效的天然二萜化合物來替代傳統的抗菌藥物是未來努力的方向。