天然生物抗菌剂研究概况

李 杨 杨国平 钱金栿

云南省大理学院药学与化学学院，云南 大理 671000

自然界中的有害细菌、真菌和病毒等微生物是诱发人类疾病的主要原因。天然生物抗菌剂来源于自然界，人们通过提取、纯化获得，是最早为人们所利用的抗菌剂。但是，对其开发一直停留在传统的经验水平上。近年来，随着生物技术水平的迅速提高，天然抗菌剂受到更多的关注。通过对国内外文献的查阅发现，开发利用新型天然抗菌剂已成为当前对抗菌药物研发的一大热点。根据天然生物抗菌剂来源的不同，可将其分为植物源抗菌剂、动物源抗菌剂和微生物源抗菌剂［1］。本文拟对目前的研究情况进行综述。

1 植物源抗菌剂

目前，植物源抗菌剂是研究最多的一类天然抗菌剂，其利用植物中含有杀菌活性物质的某些部位或提取有效成分制成的杀菌剂，具有高效、低毒或无毒、无污染、选择性高，不易产生抗药性等优点［2］。目前对植物天然抗菌剂的开发还刚刚起步，对其抗菌机理还有待深入的研究，主要可分为以下几类。

1.1 抗菌单味中草药

已明确抗菌作用且较常用的抗菌中草药有近百种。特别是丁香、大蒜、三七、千里光、丹参、甘草、防风、金银花、连翘、荆芥、柴胡、桂枝、黄连、黄芩、黄柏、麻黄、薄荷、藿香等都有较深入的研究［3］。研究表明，含有抗菌成分的药用植物资源主要集中在菊科、唇形科、木兰科、马兜铃科、蓼科、木犀科、百合科、葫芦科、莎草科、豆科、十字花科等植物［4］。虽然众多的植物提取物对致病微生物都有抑制作用，但是同一种活性物质对不同病原体的抑制程度不同，同一病原体对不同的提取物敏感性亦存在差异。

1.2 抗菌复方中草药

常用的抗菌复方中草药主要有:三黄液、连翘甘草汤、肝炎防治方、松针散、麻黄甘草汤、银翘解毒方、感冒宁、闭瘟方［5］、银翘散、桑菊饮、柴葛解肌汤、清营汤、黄连解毒汤等［6］，对多种感染性疾病均有较好的疗效。

1.3 中西联用

中药的直接抑菌作用弱于抗生素，因此将中药与抗生素连用以取得更好的治疗效果。毛理纳等［7］观察黄连、大黄合用头孢他啶的体内外抗菌作用，发现大黄合用头孢他啶组，黄连合用头孢他啶组，单用头孢他啶组和单用黄连组的受感染小鼠死亡率分别为0%，20%，50% ，65%。说明黄连或大黄合用头孢他啶可增强大肠埃希菌的抗感染作用。熊南燕等［8］报道鱼腥草注射液体内外无抗菌活性，却对兔体内的硫酸庆大霉素注射液抗菌活性有明显的增强作用。但是，某些中药注射剂与抗生素配伍静脉滴注可导致药液pH的改变、浑浊、沉淀、微粒显著增加，药效降低［9］。因此需注意配伍禁忌问题。

1.4 植物抗菌剂的主要有效成分

植物是生物活性化合物的天然宝库，其产生的次生代谢产物超过40万种［10］，随着我国天然药物研究的不断深入，越来越多抗菌活性成分被发现。现有的研究结果表明，植物中抗菌有效成分主要包括萜类化合物及其衍生物、生物碱类、甾体、氨基酸、多糖抗菌肽、木脂素、皂苷、新型结构等［11］。

李曼玲报道延胡索酸、琥珀酸、没食子酸、马兜铃酸、白花月酸、松萝酸等有机酸类为一些药如金银花、诃子、蓍草、九里明、肿节风 (九节风)等有效成分［12］。另很多学者对其他类型的成分进行过系统研究，但若要系统的研究抗菌中药的机理尚需从药剂及化学结构等方面研究，设法提高血药浓度［13］。

2 动物源抗菌剂

动物源抗菌剂有氨基酸类、天然肽类、高分子糖类等，资源十分丰富。陈月开等［14］研究了氨基酸的抗菌活性，发现半胱氨酸对金黄色葡萄球菌具有较强的抑制作用。半胱氨酸有极强的抗氧化作用，推断其抑菌作用与抗氧化性有关。

天然肽类抗菌剂，目前已成为抗菌剂的研究热点。很早以前人们就知道人奶和牛奶中含有抗菌性物质，如溶菌酶、乳过氧化物酶等。溶菌酶对人体安全无副作用，其作用机制是破坏细菌细胞壁肽聚糖中的β－1，4糖苷键。K.H.Yu等认为来自3种鳞翅目昆虫 (Galleria mellonella，Bombyx mori，Agri—US convolvidi)幼虫血淋巴的溶菌酶对革兰氏阳性菌具有很强的抗性，对革兰氏阴性菌也有抑制活性［15］。此外，酰胺酶能切断细菌细胞壁肽聚糖中NAM与肽“尾”之间的N一乙酰胞壁酶一L－丙氨酸键;内肽酶能使肽尾及肽“桥”内的肽键断裂;葡聚糖和甘露聚糖酶可分解酵母细胞的细胞壁;壳多糖酶可分解霉菌细胞壁。

最常用的天然抗菌剂是壳聚糖，为一种带正电荷的活性物质。壳聚糖抗菌剂具有良好的生物相容性和广谱抗菌性，无毒，对人体免疫抗原小，且具消炎、止痛及促进伤口愈合等功效［16］。壳聚糖相对分子质量越小、脱乙酰度越大，溶解度越大。壳聚糖具有较强的抗菌活性，其对大肠杆菌、枯草杆菌和金黄色葡萄球菌的MIC值达到 (250～500) ×10－5。此外，壳聚糖对植物病原菌有抑制作用，如1%壳聚糖对尖镰菌 (F.Solani)和腐皮镰菌 (F.oxysporum cepae)有完全抑制的作用［17］。但是，壳聚糖的抗菌性能受浓度、酸度、相对分子质量、脱乙酰化度的影响，这使其应用范围受到很大限制［19］。天然有机抗菌剂的安全使用性高，对人体无毒、无刺激，但天然有机抗菌剂的耐热性差且药效持续时问短，因此使其应用受到限制［18］。

3 微生物源抗菌剂［20］

微生物源抗菌剂主要是抗菌微生物来源的物质，其包括某些微生物自身和一些微生物的拮抗性代谢产物。由于不同微生物物质的抗菌谱及抗菌效力不同，导致微生物物质在临床治疗上受到限制。目前，真正广泛用于临床的抗菌微生物制剂主要是天然抗生素。但是，随着耐药性等问题的日益严峻，人类还需发展其它抗感染药物。

3.1 抗菌微生物的种类

3.1.1 噬菌体 是感染细菌、真菌、放线菌、螺旋体等微生物的病毒。对宿主菌具有高度的专一性，根据其侵染宿主菌后的状态和结果，有毒性噬菌体和前噬菌体两种类型。

3.1.2 益生菌 是一类通过改善宿主微生物菌群的平衡而发挥作用的活性微生物。益生菌具有改善菌群结构，抑制病原菌，消除致癌因子，提高机体免疫力，降低胆固醇等重要的生理功效。

3.2 微生物拮抗性代谢产物的种类

3.2.1 抗生素 某些微生物代谢过程中产生的一类能抑制或杀死某些其它微生物或肿瘤细胞的物质。天然抗生素大多由放线菌和真菌产生，细菌类有多粘菌素、杆菌肽等。由于抗生素种类繁多、应用广泛，目前使用的多为人工合成和半合成的抗生素。

3.2.2 细菌素 由细菌产生只作用于与产生菌同种或亲缘关系很近的其它菌株的抗菌蛋白质。是一类具有抑菌活性的多肽或多肽与糖和脂的复合物，具有高效、无毒、耐高温、无残留、无抗药性等优点。

4 抗菌药物的作用机制

4.1 植物源抗菌剂抗菌机制

植物源抗菌剂可能有多种抗菌机制，这些作用机制主要包括: (1)破坏或降解细胞壁; (2)破坏细胞质膜;(3)破坏细胞膜蛋白质结构; (4)使细胞内容物泄露;(5)使细胞质凝聚;(6)减弱质子运动力。但这几种作用机制并非都是独立，可能会相互影响，一种机制的反应可能会受另一种反应物或生成物的影响［21］。

研究者［22］对止痢草中的主要成分香芹酚和百里香酚的作用机制研究表明，膜穿孔和膜黏合被认为是首要的作用模式。香芹酚和百里香酚的一个重要特点是其具有疏水性，可让细胞膜和线粒体上的磷脂结构分开，破坏细胞结构，增强细胞膜通透性，从而导致细胞内生命物质外泄，损害细菌酶系统，最终导致微生物死亡。此外，香芹酚和百里香酚为天然的酚类物质，能导致细菌细胞壁蛋白的变性，从而改变细菌细胞壁原有的结构和特性，导致细菌死亡。

中药复方制剂的抗菌作用不仅是方剂本身有效成分对细菌直接抑制，而且还表现在方剂各单味药多种成分相互作用的综合效应，故对方剂抗菌机制的研究还应包括方剂对细菌所产生的间接作用，最主要的是提高自身免疫功能，通过单核细胞的吞噬，细胞的杀伤以及其它免疫细胞、免疫因子的作用，达到抗菌目的［23］。

4.2 动物源抗菌剂抗菌作用机制［17，19］

大量研究中，以下两种机制是被人们广泛接受的:(1)壳聚糖分子中的氨基阳离子带正电，能吸附在细胞表面，一方面可形成一层高分子膜，阻止营养物质向细胞内运输，另一方面使细胞壁和细胞膜上的负电荷分布不均，破坏细胞壁的合成与溶解平衡，溶解细胞壁，从而起到抑菌杀菌作用;(2)通过渗透进入细胞内，吸附细胞体内带有阴离子的物质，扰乱细胞正常生理活动，从而杀灭细菌。

对革兰氏阳性与革兰氏阴性细菌，壳聚糖的作用机理不同。对革兰氏阳性细菌，壳聚糖主要作用于其细胞表面起作用;革兰氏阴性细菌，小分子的壳聚糖可以进入其细胞内作用而起作用。研究结果表明，随着脱乙酰度和浓度的提高，壳聚糖的抗菌活性增强。研究认为随着壳聚糖相对分子质量的降低，对大肠杆菌抑制性增强，而对金黄色葡萄球菌的抑制性减弱。

4.3 微生物源抗菌剂抗菌作用机制

4.3.1 分泌抗菌素 是传统抗生素类抗菌药物作用的机制［24］:(1)抑制细菌细胞壁的合成;(2)改变胞浆膜的通透性;(3)抑制蛋白质的合成;(4)影响核酸和叶酸代谢。

4.3.2 参与营养和生存空间的竞争 通过占有生存空间、消耗氧气等方式削弱以至消除同一生存环境中的某些病原物。

4.3.3 诱导寄主产生抗病性 微生物可以诱导寄主产生防御反应或对病原菌直接寄生而抑制病原菌。

4.3.4 对病原菌直接作用 L.L.Wilson等［25］发现木霉和酵母能寄生在病原菌上，并分泌一种能破坏真菌细胞壁的酶。

5 结语

作为一种理想的抗菌剂，应该具有即效、广谱、长效、稳定及安全的抗菌效果。然而，现有的抗菌剂都没有达到理想的要求。现有的各类抗菌剂，都具有特有的抗菌机理，只有在抗菌机理上作出全面、深层次的研究，综合各类抗菌剂的特点，才能进一步改善抗菌剂的有效性。

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