抑菌药的新进展之黄酮类化合物

1、 抑菌药的新进展之黄酮类化合物 由于抗生素的滥用，病原菌日益广泛的耐药性已经成为21世纪个球公共11生面临的最严峻挑战之一。【1】据统计，一种新的抗菌药物从研制到临床应用一般需要5一10年，而细菌产生耐药仅需2-3年因此，研发新的抗菌药物已经成为医药产业面临的迫切任务。基于目前抗菌药物的研究现状，天然产物的抑菌作用受到了苷遍关注，尤其是黄酮类化合物，已经成为近年来研究的热点之一。【2】大量文献证明，自然界中从低等植物到高等植物，源自植物的花、叶、种子、果实以及根、茎中提取的许多类黄酮，均具有抑菌作用【3-5】。关于黄酮类化合物抑菌活性的研究也有较多综述。1黄酮结构特征与分类 黄酮类化合物是广泛

2、存在于自然界的一大类化合物。黄酮类化合物是指2个苯环(A环与B环)通过C3连接而成的一系列化合物，也就是具有C6-C3-C。结构，并且是以2一苯基色原酮为母核的化合物现代研究证实，黄酮的基本骨架中A环源于3个丙二酰辅酶A，而B环由桂皮酰辅酶A生物合成而来。【6】自然界中黄酮类化合物多以苷类形式存在，由于苷元不同，以及糖的种类、数量、连接位置和连接方式的不同，使自然界中形成了数目众多、结构各异的黄酮类化合物。 根据黄酮类化合物A环和B环中间的C3链的氧化程度、C3链是否成环等结构特征，可将黄酮类化合物分为:黄酮(flavone）、二氢黄酮(flavonone)、黄酮醇(flavonol)、二氢黄

3、酮醇(flavanonol)、异黄酮(isoflavone)、二氢异黄酮(i sofla-vanone、杳耳酮( ohaloone、二氢杳耳酮( elihyelrochalcone )、橙酮(aurone) ,;w.色素(anthocvanidins)、黄烷-3一醇(flavan-3-Ol)、黄烷-3 , 4二醇(flavan-3 , 4-diol）、双苯毗喃酮(xanthone)和双黄酮( hiflavonoids)等。【7】黄酮类化合物的主要化学结构见图 （黄酮，flavonr） （查儿酮，chalcone） （黄烷-3,4-二醇，flavan-3,4-diol） （异黄酮，isoflav

4、one）2黄酮类化合物直接抑菌作用2. 1黄酮类化合物直接抑菌活性 自20世纪60年代以来，关于天然产物中黄酮类化合物抑菌活性的研究报道日益丰富讲入21世纪后，特别是最近几年，对黄酮类化合物抑菌活性的研究更加广泛、深入有研究表明，某此从植物或蜂胶中获得的黄酮提取物具有很强的抑菌活性，其最低抑菌浓度(MIC）甚至小于1. 0mg/L。【8-10】黄酮类化合物在抑菌作用方面表现出的良好活性，吸引了越来越多的科研人员开展相关研究李国章等。【5】研究发现超临界CO2,萃取的桑椹子总黄酮提取物对细菌和霉菌均具有抑制作用，对细菌的抑制作用更强。陈乃东等。【4】还比较了不同提取溶剂对春花胡枝子总黄酮提取率及

5、抑菌活性的影响。柯昌松等。【11】采用滤纸片法对从番石榴叶中得到的黄酮类化合物榭皮素讲行了抑菌活性研究，发现榭皮素对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、志贺氏菌及枯草芽孢杆菌均有抑制作用，其中对大肠杆菌和沙门氏菌的抑制作用最强。魏福华等。【12】研究发现大豆异黄酮及其水解苷元对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽抱杆菌和沙门氏菌均有一定的抑菌活性，且存在浓度依赖效应，大豆异黄酮对革兰阳性菌的抑制效果优于革兰阴性菌。2. 2构效关系研究 总体来说，关于黄酮类化合物抑菌活性构效关系的研究报道相对较少。2005年，Cushnie等【13】对此前黄酮类化合物抑菌活性构效关系的研究讲行了综述近年来，对于黄酮

6、化合物抑菌活性的构效关系有了更为深入的研究从结构特征上可以发现，杳耳酮(包括二氢杳耳酮)具有其他黄酮类化合物所没有的C3链开环结构虽然很多研究结果表明，对开环结构的杳耳酮具有活性增益效果的结构单元对其他黄酮类化合物同样具有增效作用，但是为了更为清晰地阐明黄酮类化合物抑菌活性的构效关系，本文仍将黄酮类化合物分为杳耳酮(包括二氢杳耳酮)和其他黄酮类化合物分别讲行阐述。2. 2. 1 杳耳酮类 对于A环:综观前人研究可以发现,A环的羟基化及亲脂性对杳耳酮的抑菌活性很重要Avila等。【14】研究证明，杳耳酮A环的2位的羟基化能增强其抑菌活性，并发现这种增效作用可能是通过促进杳耳酮结构稳定性而间接实现

7、的Liu X L等。【15】发现，A环4位的羟基化也能提高杳耳酮的抑菌活性Alvarez M D等【16】研究表明，A环其他位置的羟基化也能提高杳耳酮的抑菌活性Avila【14】和Batovska等。【17】的研究都表明，A环的亲脂性对于杳耳酮的抑菌活性很重要A环上3位的异戊二烯基取代能显著增强杳耳酮的抑菌活性，而A环2位的乙酰氧基化或甲氧基化以及A环3和5位的氟取代都会降低杳耳酮的抑菌活性但奇特的是，Nielsen 【18】发现A环4位的碳基化能提高杳耳酮的水溶性近60倍，却对其抑菌活性影响很小 。 对于B环:在B环4位上的取代对于杳耳酮的抑菌作用十分重要 Nowakowska等【19】研究

8、表明，B环4位上的C6链烷基取代、哌啶基取代或羟基取代能增强杳耳酮的抑菌活性Batovska等【17】研究表明，相对于A环的亲脂性，杳耳酮B环上的羟基化对其抑菌活性的增效作用并不明显B环3位或5位上的三氟甲基或三溴甲基取代也能提高杳耳酮的抑菌活性。2.2.2 其他黄酮类化合物 对于A环:7位上0-酰基取代【20】或0一烷胺基取代【21】都能提高这类黄酮化合物的抑菌活性Smeikal等【22】研究表明，A环5位上的羟基化对增强黄酮类化合物的抑菌活性同样重要Li H Q等【23】发现A环的6位或者8位上的亲脂性取代基团也能增强黄酮类化合物的抑菌活性。 对于B环上取代基的构效关系研究相对较少Sme-

9、ikal 【22】等的研究表明，B环上的甲氧基取代会削弱黄酮类化合物的抑菌活性。 对于C环，3位上的羟基化能增强黄酮类化合物的抑菌活性。越来越多的研究表明，3位上的0-酰基取代或0-烷基取代能增强黄酮类化合物的抑菌活性【24-25】 。Muehal等【26】研究表明，C环4位上的0被s或N取代，能明显增强黄酮类化合物的抑菌活性。2. 3作用机制研究 至此，有研究者认为黄酮类化合物抑菌作用机制可以扩展为5种:一是损伤细菌细胞质膜;二是抑制细菌核酸的合成;三是抑制细菌的能量代谢;四是抑制细菌细胞壁的合成;五是抑制细菌细胞膜的合成。【27】 但是，上述大多数研究只是针对一、两个化合物讲行的因此，在很

10、长一段时间里，对于黄酮类化合物是否:1.每种不同结构的黄酮类化合物具有其独立抑菌作用机制;2.忽所有的黄酮类化合物都有多途径的抑菌作用机制;3.所有的黄酮类化合物都具有同样的单一途径抑菌作用机制，仍然还有争论。【27】 3黄酮类化合物的协同抑菌作用3. 1黄酮类化合物的协同抑菌活性研究 近年来，有很多关于黄酮类化合物增强抗生素抑菌活性的研究报道尽管研究所采用的方法不尽相同，但是都通过部分抑菌浓度指数(FICI)分析表明，黄酮类化合物对抗生素抑菌活性的增效作用是真正的协同作用而非简单的加和作用【28-30】。在所有黄酮类化合物中，黄烷-3 -醇类化合物的抑菌协同作用最受关注,也研究的最为深入St

11、anleton等【31】研究发现没食子酰基黄烷-3醇类，如(一)一表儿茶素没食子酸酯能够增强-内酰胺类抗生素对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌( MRSA)的抑菌活性约512倍。农朝赞等【32】研究证实黄酮类化合物与大环内酯类抗生素具有协同抗菌作用，其作用机制可能是两者化学结构上具有互补性，有望成为药物工业生产抗菌新药的根据。3. 2构效关系研究 相对于直接抑菌作用，黄酮类化合物协同抑菌作用的构效关系研究还较少。然而，关于黄烷-3 -醇的研究结果明确证实，没食子酰基或没食子酸酯基团对于黄烷-3一醇增强-内酰胺酶对MRSA的抑制活性至关重要【31】 。另外，有研究表明，在A环5位、7位以及B环上的羟基化

12、对于黄酮类、黄酮醇类、黄烷酮或黄烷-3 -醇类化合物增强异烟肼对结核分枝杆菌( Mycobacterium tuberculosis）的抑菌活性具有重要作用【28】。3. 3作用机制研究 研究表明，没食子酰黄烷-3 -醇可能通过减弱细菌细胞壁磷壁酸的D一丙氨酰化作用，或致使青霉素结合蛋白2a( PBP2a)失活及离位，从而实现对-内酰胺抑菌活性的调节【33-34】。其作用机制可能是抑制了PBP2a的表述或促进了黄烷-3 -醇与肤聚糖的结合【35】。对于其他黄酮类化合物，如黄酮、异黄酮、黄酮醇、黄烷酮等，有研究表明，这些化合物可能通过导致细菌细胞外排泵失活，或干扰细胞质膜稳定性，或阻断PBP2a

13、的合成，或抑制拓扑异构酶活性等途径来增强-内酰胺类抗生素的抑菌活性。【36-37】4黄酮类化合物对细菌致病性的影响4. 1抑制分选酶的活性 许多革兰阳性菌的表面蛋白都是经讨分选酶的催化作用而组装、锚定到细胞壁上，由于表面蛋白在病原菌的致病性方面起关键作用，所以分选酶有可能成为降低革兰阳性菌致病性的重要药物靶标。【38】Kane等【39】在细胞水平上研究了桑色素对金黄色葡萄球菌分选酶A和分选酶B的活性，结果表明，经桑色素处理后，金黄色葡萄球菌与纤维蛋白原的结合能力明显下降，进而导致其致病性明显减弱。同时还表明，桑色素对细菌分选酶的抑制作用是特异性的。这也证明，对分选酶的抑制作用可能是黄酮类化合物

14、(如黄烷3-醇，黄烷酮)抑制革兰阳性菌感染的重要途径.4. 2中和细菌毒素 细菌毒素在细菌致病性方面发挥着重要作用，甚至在细菌本身死亡后细菌毒素仍能发挥作用最新研究表明，黄酮类化合物能够中和细菌毒素从而抑制细菌致病性。Choi等【40】通过体内、体外试验证实，儿茶素多聚体能够中和金黄色葡萄球菌毒素Oh等【41】研究表明，异黄酮也能中和细菌毒素，如经过金雀异黄素( genistein)处理过的HeLa细胞能够防御创伤弧菌( Vibrio vulnificus)毒素RtxAl 的损伤。动物试验也证实，金雀异黄素对创伤弧菌在CD-1小鼠体内感染也有一定的保护作用此外，Delehanty等【42】研究

15、表明，儿茶素和表儿茶素的聚合物能够中和内毒素即脂多糖( LPS)。并且在脓毒性休克的发展早期，类黄酮化合物能阻断LPS和其受体TLR4/MD2, CD14之间的相互作用。4. 3抑制致病因子的分泌 金黄色葡萄球菌致病性与其分泌相关的酶和毒素密切相关最近研究表明，黄酮类化合物能够抑制这些致病因子的分泌Shah等【43】通过检测处理过的金黄色葡萄球菌上清液对血浆的凝固能力及对红细胞的溶解能力，发现表儿茶素没食子酸酯能够抑制细菌凝固酶和毒素的分泌。Qiu等【44-45】研究表明，甘草杳尔酮A也能抑制金黄色葡萄球菌一毒素的分泌，并能减少肠毒素的分泌通过实时PCR检测发现，在抑制细菌毒素分泌的同时伴随着

16、aerA基因转录水平的下降。这说明甘草杳尔酮A抑制金黄色葡萄球菌一毒素的分泌至少部分是通过抑制aerA双组分系统来实现的.5.结论 自2005年以来，黄酮类化合物抗菌活性的研究取得了很大讲展，使得有必要对前人的研究成果及时地讲行梳理和总结，以便更好地指导今后的研究工。【27】本文简单介绍了黄酮类化合物的直接抑菌活性、协同抑菌活性及其对细菌毒性的影响在今后的黄酮类化合物研究中，在测定黄酮类化合物抑菌活性基础上，确定其活性是否具有选择性，探明其构效关系，分析其可能的作用机制是值得努力的方向。随着细菌耐药性的日益严重，研究新抗菌药的任务也越来越迫切，黄酮类化合物抑菌活性的研究将对今后抑菌新药物的研制

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