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蔓越莓抗菌

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中国抗生素杂志2012年8月第37卷第8期文章编号:1001—8689(2012)08—0575—04蔓越莓抗菌作用研究进展杨晓龙黄宁+(四川大学华西基础医学与法医学院病理生理教研室,成都610041)摘要:蔓越莓(玩cc加f啪macrocarponAit.)是北美三大水果之一。一直以来,蔓越莓因其预防泌尿道感染的功能而受到广泛关注。大量的研究表明蔓越莓具有抑菌、抗细菌黏附等作用。本综述主要涉及其化学成分、抑菌作用、抗黏附作用及其机制。关键词:蔓越莓;抑菌作用;抗黏附作用中图分类号:Q949.9文献标识码:AAdvancesontheantimicrobialactivityofVacciniummacrocarponAit.YangXiao—longandHuangNing(DepartmentofPathophysiology,WestChinaSchoolofBasicMedicalScienceandForensicMedicine,SichuanUniversity,Chengdu610041)NorthAmerican.IthaveevaluatedtheAbstractCranberry(VacciniumonmacrocarponisconcernedforitsabilityinpreventionofurinaryeffectsofcranberriesAit.)isoneoftheonlythreefruitsnativetotractinfections(UTIs),Numerousresearchesbacterialinhibitionandbacterialadhesion.Thispapermainlyreferstothecompositions,antibacterialactivityandantiadhensionactivityofcranberry,themechanismsisalsoconcerned.KeywordsCranberry;Antimicrobialactivity;Antiadhensionactivity抗生素的耐药性已经成为一个全球性难题。因菌、抗黏附作用及其作用机制综述如下。患者盲目依赖抗生素、抗生素使用的监管不力等原因,使抗生素耐药性问题在我国尤为严重。依传统1蔓越莓的成分蔓越莓中水分占88%,其余包括有机酸、维生素C、黄酮类化合物、花青素、原花青素等物质。表1列举了蔓越莓中的主要组分。方式如从细菌中发现新型抗生素,现面临如新型菌种难寻等诸多问题,因此,从动植物中寻找新型抗生素成为一个重要研发方向。蔓越莓(VacciniummacrocarponAit.)是北美三大水102果之一,在美国,蔓越莓的种植面积大约是1.41X平方千米,全世界蔓越莓的种植面积已达1.50×10:平方千米,种植者约有1200户,销售总额超过15亿美元。90%以上的蔓越莓产品在北美出售和消势”。除具有食品营养功效外,人们发现其相关成分还可抑制细菌生长和细菌黏附侵袭。国外近年文献报道显示:蔓越莓及其制剂具有预防泌尿道感染,降低龋齿、牙周炎发生率等作用[2]。本文就蔓越莓的成分以及其抑现在普遍认为原花青素是蔓越莓中主要的抗菌成分。原花青素是广泛存在于各种植物(如银杏、大黄、山楂、葡萄1中的一大类多酚化合物的总称,起初通归于缩合鞣质或黄烷醇类,随着技术的提高、研究的深入,现归为一大类物质统称原花青素[3】,其结构是儿茶素、表儿茶素或者儿茶素与表儿茶素的聚合体。研究人员对原花青素做了大量研究,仅蔓越莓原花青素具有抗菌作用,因此蔓越莓原花青素的结构必然有特殊性。其他植物(如:葡萄)中含有的原花青素是黄烷.3.醇的聚合物,每个单体通过收稿Et期:2012.02.15作者简介:杨晓龙,男,生于1988年,在读硕士研究生,研究方向为免疫药理方向。’通讯作者,E-mail:huangpanxiao@sina.corn万方数据576.蔓越莓抗菌作用研究进展杨晓龙等’注:有机酸还包括:香豆酸、阿魏酸、反式白藜芦醇、芥子酸、咖啡酸、奎宁酸、柠檬酸、苹果酸、莽草酸、香草酸。以下方式聚合:“上面”一个单体的C4位置与“下物对包括大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌在内的数种革兰阳性菌、革兰阴性茵做了抑菌实验,得到了不面”一个单体的C6或者C8位置用C—C键连接(418---C6或413一C8),形成B型连接(Bl和u2)。蔓越莓原花青素也是黄烷一3.醇的聚合物,除含有B型连接外,还存在以下连接方式:“上面”单体的C2和C4与“下同程度的抑菌效果,证实蔓越莓抑菌作用的存在。表2ylJ举了一些蔓越莓抑菌作用实验的研究人员、实验材料、受试细菌及实验结果。在蔓越莓抑菌作用得到证实之后,研究人员开始面”单体的C7上的0和C6或C8位分别通过C.O键和c.C键连接,形成A型连接(见图1)。蔓越莓含有的这种特殊原花青素被命名为A型原花青素。文献报道A型原花青素具有抑菌、抗细菌黏附、抗炎作用【4-5】。对蔓越莓的抑菌成分和可能的抑菌机制进行了探索。Lacombe等【7]用柱层析分离蔓越莓组分并将其分成3组:糖和有机酸组、酚类组、花青素组(花青素、原花青素等1。用这3组物质分别在其各自的天然pH条件、中性pH条件下检测其对大肠埃希菌2蔓越莓的抑菌作用以及作用机制国外研究人员对蔓越莓抑菌作用的做了大量研究。分别用蔓越莓汁、蔓越莓浓缩汁、蔓越莓提取0157:H7的最小抑菌浓度。结果显示,除糖和有机酸组在中性pH条件下没有抑菌效果,剩余各组无论在其天然pH条件还是在中性pH条件下均有良好的抑菌效果。通过透射电镜观察发现:用糖和有机酸处理的细胞其胞膜变得模糊并且细胞形状不规则、细胞质聚合。用酚类物质处理和用花青素处理的两组H细胞还可见其细胞膜局部分解,细胞质渗漏。糖和有机酸组主要通过有机酸大幅度降低细胞内OHA-type外pH来发挥抑菌作用。有研究证明【13】,当大肠埃希菌K.12细胞内醋酸盐内度升高时,钾离子的浓度也会Dimer(A1)升高。此现象会导致细胞膜上有机酸阴离子的堆积,最终使渗透压急剧升高。上述电镜观察结果也证实了这个理论。H酚类物质组在其天然pH条件和中性pH条件下均0H有良好的抑菌效果证明其抑菌作用与pH条件无关。联苯酚的疏水性使其能够与细胞膜结合导致膜流动性的改变。电镜观察结果显示酚类物质处理过的细菌细胞的形状不规则,这也证明了在细胞膜表面局aHOHB—typeDimer(B1)部有化学结合。当细胞膜被贯穿后,小分子的酚类物质就可以进入细胞并且影响代谢。花青素组细菌细胞膜局部分解,细胞质渗漏,并图1Fig.1A型原花青素连接方式和B型原花青素连接方式ThebindingsofA—typeproanthocyanidinsandB—typeproanthocyanidins万方数据中国抗生素杂志2012年8月第37卷第8期.57712蔓越莓汁蔓越莓提取物大肠埃希菌大肠埃希菌0157:H7有抑制效果LinBC,JohnsonBJ,RubmRA,et口∥1提取物各组分有不同程LacombeA,WuVCH,TyterS,et口p度的抑制效果345欧洲蔓越莓提取物数种革兰阳性菌和革兰阴性茵蔓越莓浓缩汁蔓越莓汁粉尿道致病大肠埃希菌有不同程度抑菌效果有抑菌效果CesonieneL,JasutieneI,SarkinasA口]GupmK,ChouMY,HowellA,et口≯”金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、抑菌效果不明显屎肠球菌、肺炎克雷伯菌等菌株fMICs179~357mWmLlValentovaK,stejskalD,BednarP'etat”]67稀释的蔓越莓汁蔓越莓浓缩汁数种革兰阳性菌和革兰阴性菌有不周程度抑菌效果CavanaghHMA,HipwellM,WilkinsonJM【1”YL,OwensJ,Thrupp大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌等有不同程度抑制效果LeeL,et口,”】且膜表面局部聚合。可能是因为原花青素具有类似于EDTA的金属离子螯合作用,将膜上的Ca抖、M92+结合,导致细胞膜不稳定,释放LPS,增加细胞膜的通透性。另外,原花青素可以通过螯合作用将LPS链接起来,所以可以观察到膜表面的局部聚A【刀。3蔓越莓的抗黏附作用以及作用机制早期Zafriri等…1观察了蔓越莓汁对大肠埃希菌黏附不同细胞(Y1鼠肾上腺皮质肿瘤细胞、小鼠腹膜巨噬细胞和仓鼠卵巢细胞)的影响,结果显示蔓越莓汁中含有两种1型菌毛黏附抑制剂,另外含有一种不可透析的P型菌毛黏附抑制剂(结合后来Lin等[6]的研究表明这种当时不可透析的P型菌毛黏附抑制剂可能为原花青素)。Allison等[15】对蔓越莓影响大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门菌、空肠弯曲杆菌、单核细胞增生利斯特菌黏附盖玻片的作用进行了观察。结果显示蔓越莓降低了大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌对盖玻片的黏附。多个实验证明蔓越莓中的原花青素起到了抗黏附的作用。Foo等【16】发现原花青素在体外能有效地抑制黏附,最低有效浓度为75mg/L。Howell等【17]用pH6.5的蔓越莓原花青素提取物观察其对P型菌毛的致病性大肠杆菌黏附尿路上皮细胞的抑制作用,发现抗黏附的浓度范围为6~375mg/L。Howell脯【18】对Ah等同利用基因芯片技术观察了蔓越莓对大肠埃希菌基因表达的影响。结果显示,与正常培养的大肠埃希菌比较,与蔓越莓汁或者与蔓越莓原花青素共孵育的细菌其有关金属离子、电子转移、糖代谢和氨基酸代谢、ATP合成、水解酶活性的基因表达均下调,而适应环境PH变化的基因表达上调。由于铁在细菌生长中的重要性,研究者特别关注了与铁有关的基因。结果显示所有与铁离子转移和代谢相关的基因表达均下调。从上述结果推知蔓越莓汁对大肠埃希菌最明显的影响是减少了其与铁离子转移有关的基因表达。有研究提出丹宁酸和其水解物通过阻断微生物生长必须的金属离子的供应来达到抑菌效果。而蔓越莓汁使大肠埃希菌铁离子转移的基因表达减少,同时蔓越莓汁中含有的原花青素具有强烈的铁离子螯合作用,使得大肠埃希菌在极度缺铁的环境下生长,这是蔓越莓发挥型原花青素(蔓越莓中含有)和B型原花青素(葡萄、茶、苹果等中含有)在体外抑制细菌黏附作用进行了比较,发现A型原花青素在>/6009/mL具有抗黏附作抑菌作用的一个主要机制。但是当研究者对与蔓越莓汁共孵育的细菌加入外源性的铁以后,大肠埃希菌的用,而除葡萄中所含有的B型原花青素具有微弱的抗黏附作用(浓度在1200“g/mL以上)外,其它B型原花青素均没有抗黏附作用。Foo等【19】在另一实验中,对A型原花青素的单体、二聚体和三聚体对P型菌毛的致病性大肠埃希菌的抗黏附作用进行了比较,结果发现只有三聚体有很好的抗黏附活性。Lin等[6】的对基因芯片的研究结果发现蔓越莓汁使大肠埃希菌与黏附有关的基因表达下调。下调的基因包括鞭毛基体蛋白FlgB和鞭毛动力蛋白FliG以及色氨酸酶TnaA。FlgB和FliG的下调会引起大肠埃生长率并没有完全恢复(恢复至65%的程度),这提示蔓越莓的抑菌作用还有其它协同机制。根据基因芯片的结果及以前的研究,Lin认为首先蔓越莓成分与淀粉、蛋白质、消化酶等形成复合物的能力会导致细菌生长需要的营养成分缺失。其次,蔓越莓对其它金属离子的阻断会影响细菌的代谢以及膜的一些重要功能。另外两个可能的机制一是类似于丹宁酸的作用,抑制氧化磷酸化进而影响代谢,再者是使膜不稳定导致ATP合成需要的酶被破坏【6】。万方数据578希菌P菌毛的减少从而降低黏附。而tnaA的失活会降低大肠埃希菌黏附不同生物表面的能力。4结语长久以来,蔓越莓对抗泌尿道感染的作用受到广泛关注。学者们对其抑菌作用、抗黏附作用进行了大量的研究,但仍没能完全了解其作用机制。事实上蔓越莓还具有抑制菌膜形成、抗细菌分泌的蛋白酶等作用[20】。因此,蔓越莓是对抗细菌的天然武器之一,它在抗生素耐药性问题愈发严重的今天更显得弥足珍贵。更深入地研究其抗菌机制、抗菌谱、耐药性等问题,将为蔓越莓产品作为药用打下理论基础。参考文献杨静慧,李建科,杨恩芹,等.蔓越莓栽培历史、现状及发展趋势[J】.天津农学院学报,2009,16(3):44—46.[2]BonifaitL,GrenierD.Cranberrypolyphenols:potentialbenefitsfordentalcariesandperiodontaldisease[J].CanDentAssoc,2010,76:a130.[3]邵丽丽,刘志杰.原花青素的研究[J].黑龙江科技信息,2011,(4):35.【4】JensenHD,KrogfeltKA,CornettC,eta1.HydrophiliccarboxylicacidsandiridoidglycosidesinthejuiceofAmericanandEuropeancranberries(Vacciniummacrocaponand矿oxycoccus),lingonberries(矿vitisidaea),andblueberries(矿myrtillus)[J].AgricFoodChem,2002,50:6871—6874.[5]CoteJ,CailletS,DoyonG,eta1.Analyzingcranberrybioactivecompounds[J].CritRevFoodSciNutr,201050(9):872—888.[6】LinBC,JohnsonBJ,RubinRA,eta1.IronchelationbycranberryjuiceanditsimpactonEscherichiacoligrowth[J].Biofactors,2011,37(2):121-130,[7]LacombeA,WuVCH,TylerS,eta1.AntimicrobialactionoftheAmericancranberryconstituents;phenolics,anthocyanins,andorganicacids,againstEscherichiacoli0157:H7.Int[J].FoodMicrobiol,2010,139(1—2):102—107.[8】CesonieneL,JasutieneI,SarkinasA.PhenolicsandanthocyaninsinberriesofEuropeancranberryandtheirantimicrobialactivity[J].Medicina(Kaunas),2009,45(12):992.999.【9】GuptaK,ChouMYHowellA,eta1.Cranberryproducts万方数据蔓越莓抗菌作用研究进展杨晓龙等1nhibitadherenceofP‘fimbriatedEscherichiacolitoprimaryculturedbladderandvaginalepithelialcells[J].Urol,2007,177:2357—2360.【10]ValentovaK,StejskalD,BednarP,eta1.Biosafety,antioxidantstatus,andmetabolitesinurineafterconsumptionofdriedcranberryjuiceinhealthywomen:apilotdouble—blindplacebo—controlledtrial[J].AgricFoodChem,2007,55:3217-3224.[11】CavanaghHMA,HipwellM,WilkinsonJM,Antibacterialactivityofberryfruitsusedforculinarypurposes[J].MedFood,2003.6:57—61.【12]LeeYL,OwensJ,ThruppL,eta1.Doescranberryjuicehaveanyantibacterialactivity[J]?JAMA,2000,283:1691.[13]VanImmerseelF,RussellJB,FlytheMD,eta1.TheuseoforganicacidstocombatSalmonellainpoultry:amechanisticexplanationoftheefficacy[J].AvianPathol,2006,35:182-188.【14】ZafririD,OfekI,AdarR,etal,Inhibitoryactivityofcranberryjuiceonadherenceoftype1andtypePfimbriatedEscherichiacolitoeucaryoticcells[J].AntimicrobAgentsChemother,1989,33(1):92—98.[15]AllisonDG,CroninMA,HawkerJ,eta1.InfluenceofcranberryjuiceonaRachmentofEscherichiacolitoglass[J].BasicMicrobiol,2000,40:3-6.[16]FooLYLuYHowellAB,etal.ThestructureofcranberryproanthocyanidinswhichinhibitadherenceofuropathogenicP—fimbriatedEscherichiacoliinvitro[J].Phytochemistry。2000,54:173—181.[17】HowellAB,FoxmanB.Cranberryjuiceandadhesionofantibiotic-resistanturopathogens[J].JAMA,2002287:3082—3083.[18】HowellAB,ReedJD,KruegerCG,eta1.A・typecranberryproanthocyanidinsanduropathogenicbacterialamiadhesionactivity[J].脚tochemistry,2005,66:2281-2291.[19]FooLY,LuYR,HowellAB,eta1.A-typeproanthocyanidintrimersfromcranberrythatinhibitadherenceofuropathogenicEscherichiacoli[J].NatlProd,2000,63:1225—1228.【20】LaVD,HowellAB,GrenierD,Anti—Porphyromonasgingivalisandanti—inflammatoryactivitiesofa—typecranberryproanthocyanidins[J】.AntimicrobAgentsChemother,2010,54(5):1778—1784.

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