大蒜提取物抗白念珠菌作用机制研究进展

胡万超， 唐建国

1 概述

长期以来，中医以及其他国家的传统医疗就有将大蒜作为一种药物应用于疾病的预防与治疗。现如今中国、印度、美国、英国以及欧洲的药典中都收录了大蒜及其制剂。

大蒜提取物主要是大蒜中的有效成分，随着医学研究的发展，大蒜提取物也被发现有多种药理作用，如抗肿瘤，抗细菌、真菌和原虫感染，以及对心脑血管疾病有较好疗效[1-4]。大蒜提取物主要包括蒜氨酸（alliin）、蒜酶（alliinase）、大蒜辣素（allicin）、大蒜素（diallytrisulfide）。其中蒜氨酸在蒜酶的催化裂合下产生大蒜辣素，而大蒜素是大蒜辣素的降解产物之一，研究发现大蒜中最重要的生物活性成分为大蒜辣素[5-6]。

白念珠菌是一种机会性感染的真菌病原体，可致人体表面深部感染。近年来，由于全球艾滋病危机[7]，免疫缺陷病患者寿命延长，植入性器械使用增加，广谱抗生素的长期使用，肿瘤患者放化疗治疗增加和免疫抑制剂使用增多，使得白念珠菌感染发病率和死亡率逐年上升[8-9]。研究表明念珠菌感染是导致医疗相关血流感染的第三位或第四位原因，也是引起重症监护病房血流感染的主要原因[10-12]。

治疗白念珠菌感染的经典药物有唑类、棘白菌素类、多烯类等，但由于长期抗真菌药物的使用，导致临床上出现越来越严重的耐药菌株[13]。有研究发现，大蒜提取物单独使用具有抗真菌作用，或者辅佐抗真菌药物治疗白念珠菌感染能够取得更好的疗效[14-16]。本文将重点介绍大蒜提取物抗白念珠菌作用的机 制。

2 作用机制

2.1 大蒜提取物对白念珠菌生物特性的影响

白念珠菌是一种具有酵母相和菌丝相的双相性条件致病真菌，其中菌丝相对宿主的黏附和侵袭能力强，而酵母相毒力较弱，酵母相在适宜条件下可以生成芽管，然后芽管进一步发展成为菌丝，从而完成酵母相向菌丝相的转变，这一过程与白念珠菌致病性密切相关[17-18]。有实验证明，大蒜素可以有效抑制白念珠菌芽管的生长[19-20]。一方面可以阻止芽管向菌丝相转变，另一方面由于芽管上有特异性的抗原成分，这些抗原能增强菌体黏附上皮细胞及内皮细胞的能力，并能阻止中性粒细胞对菌体的吞噬杀伤作用[21]。阻止芽管的生长，也降低了念珠菌对上皮细胞的黏附和毒力。抑制菌丝形成的机制可能与SIR2基因（沉默子调控基因）的下调有关[22-23]，具体作用机制目前尚未明确。

白念珠菌生长的过程伴随有生物膜的形成，生物膜将白念珠菌包裹，当宿主细胞行使机体防御或者抗菌药物作用于白念珠菌时，生物膜就会对白念珠菌形成保护作用，从而增强白念珠菌的感染能力并产生耐药性。同时生物膜也易附着于植入性材料表面，增加静脉插管、气管插管等侵袭性操作时白念珠菌的感染率[24]。研究发现，大蒜素对白念珠菌生物膜的形成有明显的抑制作用，且呈现浓度相关性和时间相关性。时间相关性表现为抑制率随生物膜的成熟度逐渐降低，对生物膜形成的早期（0～11 h）抑制作用最为显著，而早期阶段主要涉及酵母相黏附、定植以及菌丝形成[12，25-27]。所以早期使用大剂量的大蒜素，对预防和治疗白念珠菌感染有更好的效 果。

也有研究显示一些重要的基因也参与了白念珠菌生物膜的形成。如ALS家族基因（凝集素样序列家族）和HWP1基因（菌丝细胞壁蛋白基因），大蒜素可以显著下调念珠菌中HWP1基因的表达，可能是其抑制生物膜形成的基因靶点，目前对主要的分子机制仍知之甚少[28]。

白念珠菌在生长的过程中分为三个时期，迟缓期（0～24 h）、对数期（24～48 h）和静止期（48～72 h），有研究显示大蒜提取物可以抑制白念珠菌迟缓期的生长，使其延长到48 h，高浓度时还可以杀灭白念珠菌[29]。

2.2 大蒜提取物对白念珠菌生物酶的影响

抗生素的作用机制主要是与微生物中含巯基（-SH）的基团快速反应，从而抑制含巯基的酶。大多数酶都含有巯基基团，这些基团涉及直接催化反应，能够维持酶结构的完整性，能与底物结合，也可以参与变构效应，从而影响酶的调控[30]。大蒜提取物中含有硫代亚磺酸盐和烯丙基硫醚等化合物，这些含硫有机物可以与巯基结合，主要作用方式有：①烯丙基硫醚与微生物巯基结合形成各自稳定的二硫化合物，从而使蛋白失活；②竞争性抑制巯基化合物（如半胱氨酸或谷胱甘肽）的活性；③非竞争性抑制，即在变构位点通过氧化结合巯基基团来抑制酶的功能。大蒜提取物通过这三种方式与微生物中含巯基的酶结合，从而抑制白念珠菌的生长[31]。例如，有研究发现谷胱甘肽转移酶是一种含巯基酶，大蒜提取物中所含的化学成分二烯丙基二硫化物可以作用于细胞内相应靶点，抑制酶的活性，如果加入谷胱甘肽，此抑制作用可以消失[32]。

白念珠菌能够产生蛋白酶和磷脂酶，这二种水解酶会导致组织损伤，增加白念珠菌的侵袭力。大蒜提取物中的有机化合物成分二烯丙基二硫化物（DADS）和丙烯基硫（DAS）可以明显抑制蛋白酶和水解酶的分泌[33]。也有研究发现将大蒜提取物中的有机硫化物变为无机硫化物可以增强其抗白念珠菌的效果[34]。

大蒜素也可以间接破坏微生物生长所需的酶，从而达到抗真菌的效果。临床上有研究发现白念珠菌开始对抗真菌药物耐药，如两性霉素B，而大蒜素联合两性霉素B可以增加药物抗真菌疗效[35-36]。两性霉素B主要抗菌作用是破坏白念珠菌的液泡膜。真菌的液泡中聚集了各种水解酶，包括蛋白酶和核酸酶，还有很多细胞器，它们具有渗透调节、离子稳态和细胞体积调节的作用。而液泡膜可以维持液泡的完整性，其中麦角甾醇是保证液泡膜流动性和膜相关功能的必需物质，同时液泡膜在酵母细胞内吞和同型融合中起至关重要的作用。有研究发现大蒜素可以抑制从质膜到液泡膜的麦角甾醇转运，从而使液泡破坏，水解酶和细胞器损害[37-38]。也有研究发现大蒜油具有亲脂性，可以穿透细胞膜和细胞器膜，导致线粒体和其他液泡内细胞器损伤，最终导致白念珠菌死亡[39]。

早在1956年Wills[32]就证明大蒜提取物对许多酶都有抑制作用，例如谷胱甘肽转移酶、琥珀酸酶、黄嘌呤氧化酶等，大多是含巯基的酶，但是否在抗白念珠菌中发挥作用，只有上述部分得到了证实，其他的酶还有待进一步研究。

2.3 大蒜提取物引起白念珠菌氧化应激反应

氧化应激是细胞凋亡的主要机制之一，其产生的活性氧（ROS）被认为是许多生物和细胞系统中细胞毒性最敏感的预测因子，也是一种公认的细胞凋亡的启动因子，它可以促进细胞形态学改变、核分裂、染色质缩合、细胞肿胀和膜破坏（主要由于脂质过氧化）[40]，从而导致细胞凋亡[41]。目前发现主要的作用机制：①还原型谷胱甘肽生成减少，大蒜提取物可以显著降低过氧化氢酶，超氧化物歧化酶、谷胱甘肽转移酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性，导致谷胱甘肽生成减少，而谷胱甘肽是细胞氧化还原反应中一种重要的还原缓冲液，可以防止氧化性ROS和自由基的产生；②细胞内电化学势能失衡，还原性谷胱甘肽生成减少，使白念珠菌细胞内还原性谷胱甘肽/氧化性谷胱甘肽（GSH/GSSG）比例失调，破坏细胞内电化学势能，直接导致细胞凋亡[42]；③DADS抑制线粒体呼吸链，包括电子传递链复合物Ⅱ～Ⅳ间的一个或多个位点，以及线粒体ATP合酶和葡萄糖6磷酸脱氢酶，不仅会导致白念珠菌细胞线粒体受损，对自由氧的清除能力降低，ATP合成减少也使还原型辅酶Ⅱ（NADPH）的含量降低，导致谷胱甘肽的含量降低，白念珠菌破坏和死亡[43-45]；④直接调控氧化应激相关的基因，有研究显示，大蒜提取物可以诱导关键基因的差异表达，这些基因主要集中在19个KEGG通路中，包括参与氧化还原、致病性以及细胞对药物和饥饿反应的基因[39]。

也有研究发现大蒜素作用于Yap1p基因，与酿酒酵母对大蒜素的耐药性相关。Yap1p基因是酿酒酵母氧化应激反应的中枢调节因子，主要调节抗氧化剂和谷胱甘肽的合成[46]。Yap1p在白念珠菌中的作用目前还未开展研究，但有一些研究发现大蒜素作用于白念珠菌导致大量基因的差异表达，应当注意这些基因的表达，可能不仅与抗菌性相关，还可能与产生耐药性相关。相关基因的具体作用机制目前报道还很少，需要进一步研 究。

2.4 大蒜提取物与机体免疫反应

白念珠菌是一种机会性致病菌，当宿主免疫功能低下时，感染白念珠菌的概率会升高，因此机体免疫功能在防御白念珠菌入侵中发挥重要作用。有研究显示，大蒜提取物可以通过增强机体细胞免疫和体液免疫来抵抗白念珠菌感染。

在细胞免疫方面，大蒜素可以通过增强巨噬细胞功能来增强机体的抗白念珠菌能力，主要与提高小鼠NO和IL-12 水平有关， NO是由活化的巨噬细胞产生的微生态气体，在抗白念珠菌反应中发挥细胞毒性作用，同时NO与活化巨噬细胞杀白念珠菌能力成正相关。而IL-12可刺激T细胞和NK细胞分泌IFN-γ，IFN-γ不仅可促进巨噬细胞和内皮细胞高表达主要组织相容性复合体（MHC）， 提高抗原提呈效率，而且可促进巨噬细胞的吞噬功能。IL-12也可以直接活化NK细胞和CD8+T细胞，增强细胞的杀菌活性[47-48]。也有研究发现大蒜素不仅可以提高正常小鼠T细胞的增殖活性和IFN-γ水平，也能够增强免疫缺陷小鼠T细胞的增殖活性和IFN-γ水平[49]。

有研究发现嗜中性粒细胞的非特异性免疫功能是机体抵抗全身性白念珠菌感染的重要防御机制，而大蒜素可以增强嗜中性粒细胞吞噬和杀菌活性来抵抗白念珠菌的入侵，且在一定范围呈浓度依赖性[50]。

在体液免疫方面，大蒜素可以提高小鼠IL-4和IgG水平，IL-4主要由T细胞产生，能促进B细胞的增殖、分化和抗体的产生，因此又被称为B细胞生成因子，所以大蒜素在增强B细胞体液免疫中发挥了重要的作用[51-52]。

大蒜提取物对宿主免疫方面的研究目前都集中在动物实验层面，主要通过发现与免疫相关的细胞因子和蛋白的改变来显示免疫学机制，但更为基础的细胞实验和免疫学分子机制还有待进一步研究。

2.5 大蒜提取物的特殊抗菌机制

有研究发现对Cu2+和Zn2+表达缺陷的念珠菌对大蒜提取物敏感性很高，同时大蒜提取物也可以通过抑制Cu2+和Zn2+的摄取，或者是抑制Cu2+和Zn2+金属蛋白来降低正常菌株中金属离子的含量，由此增加念珠菌对大蒜提取物的敏感性，增强抗菌疗效[53]。

也有一些学者发现大蒜素对念珠菌感染的小鼠神经内分泌免疫系统和肾上腺功能有调节作用[54-55]，但是否对治疗白念珠菌感染有协同效应，以及具体作用机制，目前还未有进一步的研 究。

3 结论

综上所述，大蒜提取物可以通过对白念珠菌以及宿主免疫系统两方面的影响，来达到抗白念珠菌感染的效果。对白念珠菌的影响主要表现在抑制菌丝、生物膜的形成和芽管生长，对细胞生存必需酶的抑制以及引起细胞氧化应激反应。对宿主方面，大蒜提取物主要是通过增强人体免疫功能来抵御白念珠菌的侵袭，包括体液免疫和细胞免疫。但目前对于这些机制的深入研究还不是很多，而且没有将其与临床实践结合，来增强临床治疗白念珠菌感染的疗效。进一步加强大蒜提取物抗白念珠菌的深入研究，也有助于对大蒜提取物相关药物的临床推广。