黄连提取物通过整合转录组学和代谢组学分析揭示抗表皮葡萄球菌生物膜的分子机制

本研究针对表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)生物膜形成这一关键毒力因子，通过整合转录组学和代谢组学技术，系统解析了黄连提取物(Rhizoma Coptidis extract, RCE)的抗菌机制。研究发现RCE能显著降低ATP酶和琥珀酸脱氢酶活性，破坏细胞壁膜完整性，抑制氨基酸和核酸代谢，并有效抑制生物膜形成。该研究为开发抗生物膜感染的新型天然药物提供了重要理论依据。

　　

在人类皮肤微环境中，表皮葡萄球菌(Staphylococcus epidermidis)是一种常见的共生菌，但当环境条件改变时，它可能转变为致病菌并形成生物膜——这种自我保护机制使其能够抵抗抗生素的杀菌作用。生物膜形成被认为是表皮葡萄球菌最重要的毒力因子之一，还与多种炎症性皮肤病如头皮屑、脂溢性皮炎和酒渣鼻等相关。传统中药黄连(Rhizoma Coptidis)具有广谱抗菌特性，但其对皮肤微生物群的作用机制尚不清楚。

来自上海某研究机构的研究人员针对这一问题开展了深入研究，系统评估了黄连提取物(RCE)对表皮葡萄球菌ATCC 35984的抗菌和抗生物膜作用。研究发现RCE能通过多重机制有效抑制表皮葡萄球菌的生长和生物膜形成，相关成果发表在《BMC Microbiology》上。

研究人员采用UPLC-MS/MS分析RCE化学成分，通过体外实验评估其对细菌生长、能量代谢、细胞壁膜完整性和生物膜形成的影响，并整合转录组学和代谢组学分析系统阐释其作用机制。主要技术方法包括：测定最小抑菌浓度(MIC)和生长曲线，评估ATP酶和琥珀酸脱氢酶(SDH)活性，检测膜电位变化和细胞内容物泄漏，扫描电镜(SEM)和共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)观察生物膜形态，以及RNA测序和代谢组学分析。

研究结果显示，RCE对表皮葡萄球菌ATCC 35984的MIC为6.25 mg/mL。能量代谢方面，RCE显著降低了ATP酶和SDH活性，使ATP酶活性降低70.08%，并引起膜电位下降59.9%，表明其破坏了细菌的能量代谢系统。细胞完整性方面，RCE处理导致碱性磷酸酶(AKP)活性增加，蛋白质和核酸泄漏显著升高，证实其破坏了细胞壁和膜结构。

转录组分析鉴定出366个差异表达基因(DEGs)，代谢组学发现286种代谢物发生显著变化。整合分析表明，RCE影响了细胞壁和膜完整性相关基因表达，下调了脂磷壁酸(LTA)合成基因csbB和肽聚糖合成基因sgtA。在氨基酸代谢方面，RCE干扰了精氨酸、脯氨酸和组氨酸的降解途径。核苷酸代谢中，RCE抑制了嘧啶从头合成途径基因carA、carB、pyrB等的表达。能量代谢相关基因sdhC、ndh等表达下调，而细胞色素bd氧化酶基因cydA、cydB上调。

生物膜实验显示，RCE在1/8×MIC浓度下即可抑制68.27%的生物膜形成，表现出浓度依赖性。SEM观察发现RCE处理导致细菌细胞收缩、连接松散；CLSM显示生物膜结构变得稀疏。成熟生物膜根除实验表明，8×MIC浓度的RCE可清除38.02%的已形成生物膜。转录组数据还显示，RCE下调了硝酸盐还原酶基因(nreA、narG等)和抗生素外排泵基因(vraG、vraF)，同时上调了多糖细胞间粘附素(PIA)合成基因icaD和抗自溶因子基因lrgA、lrgB。

这项研究系统阐明了RCE通过多重途径抑制表皮葡萄球菌生长和生物膜形成的分子机制。RCE不仅能破坏细菌细胞壁膜完整性、干扰能量代谢和基础物质合成，还能影响生物膜形成的关键调控网络。这些发现为开发基于天然产物的抗生物膜策略提供了重要科学依据，尤其对治疗与表皮葡萄球菌生物膜相关的皮肤感染具有潜在应用价值。研究采用的整合组学方法也为解析天然产物的复杂作用机制提供了范例。