南非药用植物群体感应抑制作用的体外及非靶向代谢组学研究：探索抗菌新策略

《BMC Complementary Medicine and Therapies》：Quorum sensing inhibition by South African medicinal plants species: an in vitro and an untargeted metabolomics study

为解决抗菌药物耐药（AMR）问题，研究人员开展了南非植物物种群体感应抑制（QSI）特性的研究。结果发现 3 种植物有显著 QSI 活性，还鉴定出 5 种与 QSI 活性相关化合物。这为开发新抗菌策略提供了依据，具有重要意义。

　　在人类与细菌病原体的漫长斗争中，抗生素曾是扭转战局的 “神药”，它成功抑制细菌增殖，让许多原本无法治愈的疾病有了治疗的可能。然而，随着时间推移，抗生素的滥用逐渐暴露出严重问题。细菌在抗生素的 “压力” 下不断进化，耐药性菌株大量出现，抗菌药物耐药（AMR）现象日益严峻，这一问题已对全球健康造成巨大冲击，在 2019 年就导致约 450 万人死亡。面对如此困境，寻找新的抗菌策略迫在眉睫。

在此背景下，群体感应抑制（QSI）作为一种极具潜力的新型抗菌策略走进了研究人员的视野。群体感应（QS）是细菌基于细胞密度的细胞间通讯系统，它能协调和控制细菌的多种群体行为过程，包括毒力基因表达、生物膜形成等。QSI 策略通过干扰群体感应过程，削弱细菌致病性，且不会对细菌生长产生抑制作用，从而避免了对细菌施加选择压力，降低了耐药菌株产生的可能性。目前，已有一些 QSI 药物进入临床试验阶段，但仍缺乏临床批准的 QSI 药物。

来自南非比勒陀利亚大学（University of Pretoria）的研究人员针对这一现状开展了深入研究。他们评估了南非 17 个科植物物种的粗提物及其固相萃取（SPE）产生的馏分的 QSI 特性，并通过化学计量学分析初步鉴定出可能导致 QSI 活性的化合物。该研究成果发表在《BMC Complementary Medicine and Therapies》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法：首先是植物材料的收集、提取和分馏，他们从比勒陀利亚大学化学系生物发现中心的资源库获取植物材料，利用二氯甲烷和甲醇混合溶液超声提取，再通过固相萃取将提取物分为 7 个馏分；其次是群体感应抑制试验，使用改良的微稀释法，以紫色色杆菌（Chromobacterium violaceum）ATCC 12472 为生物报告菌株，测定提取物和馏分对其群体感应的抑制能力；最后是超高效液相色谱 - 高分辨率质谱（UPLC-HRMS）分析和化学计量学分析，利用 UPLC-HRMS 对提取物和馏分进行分析，通过 MarkerLynx XS 和 SIMCA-P 软件进行数据处理和多变量分析，以鉴定潜在的 QSI 化学标记物。

在研究结果部分：

• 植物提取物及馏分的群体感应抑制活性：研究人员对 29 种提取物及其 203 个馏分进行筛选，发现 142 个为非致死性样本（定义为 MIC 和 MQSIC 值差异≥2 倍），90 个为致死性样本。在非致死性样本中，137 个（97%）具有 QSI 活性（IVP_IC50≤1mg/mL），22 个样本表现出良好的 QSI 活性（IVP_IC50≤0.1mg/mL）。其中，Terminalia phanerophlebia、Helichrysum odoratissimum 和 Momordica cardiospermoides 这三种植物表现最为突出。Terminalia phanerophlebia 的提取物和 5 个馏分、Helichrysum odoratissimum 的 3 个馏分以及 Momordica cardiospermoides 的 2 个馏分均显示出良好的 QSI 活性（IVP_IC50≤0.1mg/mL，n≥3）。
• 化学计量学分析鉴定潜在 QSI 化学标记物：研究人员对活性最强的 Terminalia phanerophlebia 进行化学计量学分析。通过主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA），发现不同馏分聚类明显，且 OPLS-DA 模型能有效区分具有良好活性和中等活性的馏分。从 OPLS-DA 负载 S 图和 VIP 图中，初步鉴定出 5 种与 QSI 活性正相关的化合物，分别为橄榄醇（olivetol）、羟基酪醇（hydroxytyrosol）、槲皮素 - 7 - O - 鼠李糖苷（quercetin-7-O-rhamnoside）、牡荆素（vitexin）和 2’’ - O - (4 - 羟基苯甲酰基) 金丝桃苷（2’’-O-(4-hydroxybenzoyl) hyperin）。

研究结论表明，该研究为南非药用植物的 QSI 特性提供了有价值的见解，发现了 3 种具有显著 QSI 活性的植物物种，尤其是 Terminalia phanerophlebia 和 Helichrysum odoratissimum 极具潜力。化学计量学分析鉴定出的 5 种化合物，为进一步研究 QSI 机制提供了方向。在讨论部分，研究人员指出，虽然部分 Terminalia 属植物已被研究过 QSI 特性，但这是首次报道 Terminalia phanerophlebia 的 QSI 活性，且其活性与富含单宁的 Terminalia catappa 相当。此外，研究中鉴定出的化合物，如羟基酪醇，已有研究证实其具有群体感应淬灭作用，而橄榄醇等化合物的 QSI 活性还有待进一步研究。

这项研究的重要意义在于，为开发新型抗菌药物提供了新的天然资源和潜在靶点，有助于推动基于 QSI 策略的抗菌疗法的发展，有望缓解当前抗菌药物耐药的严峻形势，为全球健康事业做出重要贡献。