羅麗棋, 鄭柳琪, 盧靜怡, 張海, 白莉

南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院,江蘇 連云港 222000

痤瘡是一種毛囊皮脂腺的慢性炎癥皮膚病,以粉刺、膿皰等特征形式存在,好發(fā)于臉部、背部等皮脂腺較發(fā)達(dá)的部位[1]。痤瘡屬于高發(fā)皮膚疾病,已成為全球第八大慢性疾病,在青少年中發(fā)病率甚至高達(dá)93%[2]。此外,因空氣污染、食品重鹽重油、生活作息不規(guī)律等誘導(dǎo)因素,痤瘡患病率逐步升高[3]。痤瘡的發(fā)生與雄激素作用導(dǎo)致的皮脂大量分泌及皮脂成分的改變,痤瘡丙酸桿菌(Cutibacteriumacnes,C.acnes)等痤瘡致病菌的定植,毛囊皮脂腺導(dǎo)管角化異常以及遺傳、飲食、作息等相關(guān)[4]。目前治療手段主要為抑制皮脂腺的分泌,減輕炎癥,控制痤瘡致病菌的繁殖,調(diào)節(jié)激素水平;嚴(yán)重者往往要采用外用藥物和內(nèi)用藥物聯(lián)合治療數(shù)月才能完全清除[5]。而由于治療中抗生素的長(zhǎng)期使用以及不適當(dāng)?shù)挠盟幏绞?患者極易產(chǎn)生耐藥性,治療難度加大[6]。以副作用較少的植物提取物類(lèi)的群體感應(yīng)抑制劑作為治療藥物,通過(guò)群體淬滅(quorum quenching, QQ)的機(jī)制,降低痤瘡致病菌的菌群密度,抑制毒力因子的生成和生物膜的形成,有望成為一種解決耐藥性問(wèn)題的新治療方案。本文主要綜述來(lái)源于植物提取物的群體感應(yīng)抑制劑對(duì)痤瘡致病菌的抑制機(jī)制研究進(jìn)展。

1 痤瘡與群體感應(yīng)

1.1 群體感應(yīng)

群體感應(yīng)(quorum sensing, QS)近年一直是科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。細(xì)菌在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中往往會(huì)釋放一種獨(dú)特的信號(hào)分子,激發(fā)細(xì)菌本身的相關(guān)基因啟動(dòng),當(dāng)細(xì)菌達(dá)到一定密度,信號(hào)分子達(dá)到一定的閾值時(shí),相關(guān)基因的表達(dá)繼而形成了單個(gè)菌體或少數(shù)菌落都不能形成的生理表現(xiàn)特征以提高自身競(jìng)爭(zhēng)力,適應(yīng)外界環(huán)境的現(xiàn)象稱為QS[7]。越來(lái)越多的研究表明,QS在細(xì)菌致病基因表達(dá)、生物被膜形成、抗生素及細(xì)菌素的產(chǎn)生等方面起到關(guān)鍵調(diào)控作用[8]。

QS主要分為3類(lèi):革蘭氏陽(yáng)性菌的雙組分QS系統(tǒng)、革蘭氏陰性菌的LuxI/LuxR QS系統(tǒng)、革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性菌共用的LuxS/AI-2 QS系統(tǒng),其信號(hào)分子分別為寡肽類(lèi)信號(hào)分子AIPs,類(lèi)酰基高絲氨酸內(nèi)酯分子AHLs,呋喃酮衍生的信號(hào)分子AI-2[9]。AI-2 QS系統(tǒng)是存在于眾多菌種的QS系統(tǒng)中較為廣泛分布的一個(gè)系統(tǒng),AI-2信號(hào)分子的生物合成主要有兩種途徑:依賴于LuxS序列所表達(dá)的LuxS酶;不依賴LuxS序列而由磷酸核酮糖異構(gòu)生成[10]。對(duì)AI-2信號(hào)分子的研究常利用僅對(duì)AI-2信號(hào)分子發(fā)生反應(yīng)并發(fā)光的哈維氏弧菌BB170所表現(xiàn)的發(fā)光強(qiáng)度反映AI-2信號(hào)分子的活性[11]。

1.2 痤瘡丙酸桿菌的群體感應(yīng)機(jī)理

痤瘡的主要致病菌痤瘡丙酸桿菌的QS在國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究還尚未成熟,迄今為止,還未發(fā)現(xiàn)任何對(duì)AI-2有反應(yīng)的受體或痤瘡丙酸桿菌的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng),也就意味著,還未有胞內(nèi)證據(jù)明確表明痤瘡丙酸桿菌的QS[12]。但在胞外研究中,通過(guò)AI-2信號(hào)分子檢測(cè)技術(shù),顯示擁有AI-2信號(hào)分子所依賴的編碼LuxS蛋白的同源序列的痤瘡丙酸桿菌胞外存在大量AI-2信號(hào)分子的聚集,并在成熟生物膜狀態(tài)下的胞外AI-2水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于游離狀態(tài)下胞外AI-2水平[13]。AI-2信號(hào)分子刺激了脂肪酶活性的增加,在其作用下毒力因子游離脂肪酸(FFAs)大量增加,激活受體TLR2和TLR4,隨釋放炎癥細(xì)胞因子和危險(xiǎn)信號(hào),最終引起皮膚的炎癥反應(yīng)引發(fā)痤瘡的發(fā)生[12]。目前研究推斷顯示,相對(duì)于另外兩種QS系統(tǒng),AI-2 QS系統(tǒng)在痤瘡丙酸桿菌中存在的可能性更大。

1.3 金黃色葡萄球菌的群體感應(yīng)機(jī)理

痤瘡的相關(guān)致病菌有金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus,S.aureus)、表皮葡萄球菌(Staphylococcusepidermidis,S.epidermidis)等。在金黃色葡萄球菌與表皮葡萄球菌中都明確發(fā)現(xiàn)存在由寡肽類(lèi)信號(hào)分子AIPs介導(dǎo)的輔助基因調(diào)節(jié)器(accessory gene regulator,agr)系統(tǒng)和luxS/AI-2系統(tǒng)兩種QS系統(tǒng)[14]。以金黃色葡萄球菌為例,在其Agr系統(tǒng)中,agr基因是由兩個(gè)轉(zhuǎn)錄物RNAⅡ和RNAⅢ組成[15],RNAⅡ是agrABCD四種因子的編碼結(jié)構(gòu),其中,自誘導(dǎo)肽AIP由被agrB轉(zhuǎn)化下的agrD形成,當(dāng)AIP累積到一定的閾值時(shí)激發(fā)agrC發(fā)生磷酸化改變,進(jìn)而激活agrA[16],分別由P2、P3控制轉(zhuǎn)錄的RNAⅡ和RNAⅢ在agrA的作用下加快轉(zhuǎn)錄效率,促使agrABCD生成與毒力因子對(duì)人體的作用,細(xì)菌生物被膜在皮膚上的定植、成熟、分化、遷移等起關(guān)鍵性調(diào)節(jié)作用[17]。對(duì)于AI-2 QS系統(tǒng),不同細(xì)菌中基因表達(dá)方式不同,在金黃色葡萄球菌中,AI-2信號(hào)分子激活抑制子icaR轉(zhuǎn)錄,最終減弱生物膜的形成[18]。AI-2 QS系統(tǒng)對(duì)莢膜多糖合成酶基因和二元信號(hào)系統(tǒng)kdpDE基因的轉(zhuǎn)錄均起下調(diào)作用,減少表面多糖與多糖黏附素的形成,使金黃色葡萄球菌在某些基因的表達(dá)下協(xié)調(diào)行為逃逸宿主吞噬細(xì)胞的吞噬功能,達(dá)到在皮膚上菌群繁殖與擴(kuò)散的作用[19]。

2 利用植物提取物的群體淬滅機(jī)制抑制痤瘡致病菌

2.1 群體淬滅和群體淬滅抑制劑

根據(jù)QS的原理,通過(guò)阻斷QS信號(hào)分子的合成使其降解,利用QS信號(hào)分子類(lèi)似物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合受體蛋白等以干擾群體感應(yīng)的方式即為群體淬滅[20]?；诖嗽砟苓_(dá)到群體淬滅作用的物質(zhì)即為群體感應(yīng)抑制劑(quorum sensing inhibitors,QSI)[21]。

2.2 痤瘡丙酸桿菌的植物提取物類(lèi)群體感應(yīng)抑制劑

山茶花愈傷組織裂解液是山茶花中的提取物質(zhì)。通過(guò)對(duì)生物膜、脂肪酶的活性與AI-2信號(hào)分子的定量測(cè)定,表明山茶花愈傷組織裂解液可以減少TLR2和TLR4的表達(dá),限制細(xì)菌間的相互作用,降低粘附性,限制或阻斷毒力因子,降低AI-2信號(hào)分子水平,抑制脂肪酶基因gehA的表達(dá)從而降低脂肪酶活性,減少生物膜密度,具備對(duì)痤瘡丙酸桿菌的群體淬滅活性[22]。 由于痤瘡丙酸桿菌的QS系統(tǒng)還尚存在爭(zhēng)議性,對(duì)此相關(guān)QSI文獻(xiàn)還尚少。

2.3 金黃色葡萄球菌的植物提取物類(lèi)群體感應(yīng)抑制劑

黃芩素是唇形科草本植物黃芩的提取物質(zhì)[23]。通過(guò)結(jié)晶紫染色半定量實(shí)驗(yàn)和掃描電鏡定性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),黃芩素能夠有效抑制金黃色葡萄球菌生物膜的形成,且呈濃度依賴性,又通過(guò)RTQ-PCR技術(shù)檢測(cè)出黃芩素能夠阻斷受QS系統(tǒng)調(diào)控的細(xì)胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),抑制agrA、RNAⅢ等的表達(dá),存在QQ現(xiàn)象[24]。

大黃酸和蘆薈大黃素是大黃的中藥單體成分[25]。一項(xiàng)基于蛋白質(zhì)脂質(zhì)體模型的研究表明大黃酸和蘆薈大黃素能顯著降低由agr系統(tǒng)調(diào)節(jié)的毒力因子,有效抑制agr信號(hào)通路,實(shí)現(xiàn)QQ作用[26]。此外,金銀花和山銀花對(duì)金黃色葡萄球菌也存在QQ活性,且同樣存在濃度依賴性,表示可能與金黃色葡萄球菌的Agr QS相關(guān)[27]。

白藜蘆醇是蓼科植物虎杖的提取物質(zhì)[28]。通過(guò)結(jié)晶紫染色半定量實(shí)驗(yàn)和掃描電鏡定性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),白藜蘆醇不僅可以抑制耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(Methicillin-resistantStaphylococcusaureus,MRSA)生物被膜形成,還可以破壞部分已形成的生物被膜,差異表達(dá)基因分析表明其原因趨向于白藜蘆醇可能影響細(xì)菌群體感應(yīng)QS系統(tǒng)、表面蛋白和莢膜多糖的合成[29]。

2.4 表皮葡萄球菌的植物提取物類(lèi)群體感應(yīng)抑制劑

香蘭素是蕓香科植物香莢蘭豆的提取物質(zhì)。丁香酚是植物丁香的提取物質(zhì)。香蘭素和丁香酚二者具有模擬表皮葡萄球菌的QS信號(hào)的能力,亞抑制濃度下的香蘭素和丁香酚影響其P2啟動(dòng)子、agrA及agrD、RNAII依賴基因的表達(dá),信號(hào)通路激活的減少導(dǎo)致表皮葡萄球菌生物膜的形成[30]。

苦參堿是豆科植物苦參的干燥根、果實(shí)的提取物質(zhì)。研究顯示苦參堿可以基于AI-2 QS系統(tǒng)機(jī)制降低AI-2的活性,致使抑制表皮葡萄球菌生物膜的形成[31]。

有專(zhuān)利公開(kāi),30%～45%的梣酮、25%～35%的白鮮堿、25%～35%黃柏酮所混合而成的抗菌組合物能有效抑制AIP介導(dǎo)的QS系統(tǒng)和AI-2介導(dǎo)的QS系統(tǒng)中的關(guān)鍵基因,導(dǎo)致生物膜形成所需的細(xì)菌間PIA缺失,菌株黏附障礙;AI-2信號(hào)分子減少,降低細(xì)菌間的信息交流,因此,確認(rèn)為表皮葡萄球菌的QSI[32]。

實(shí)際上,現(xiàn)如今大多數(shù)相關(guān)文獻(xiàn)為植物提取物對(duì)痤瘡相關(guān)致病菌的體外抑菌作用[33]和抑制生物膜作用[34],明確植物提取物類(lèi)的QSI以及基于基因?qū)用媲宄SI對(duì)痤瘡相關(guān)致病菌的作用機(jī)理還尚少,對(duì)此方面的研究還存在更大的潛能。QSI本身并不會(huì)殺死所對(duì)應(yīng)的細(xì)菌,只針對(duì)病原菌的QS系統(tǒng)起抑制作用。為此,在解決耐藥菌問(wèn)題之時(shí),可以將QSI及抗生素聯(lián)合使用,在抑制耐藥菌生物膜形成的同時(shí)增強(qiáng)抗生素的抗菌活性,提高抗菌效率及減少耐藥菌的產(chǎn)生[35]。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

本文主要詳述了痤瘡丙酸桿菌與其可能存在的AI-2 QS系統(tǒng)、金黃色葡萄球菌的agr系統(tǒng)及AI-2 QS系統(tǒng)的機(jī)制,列舉了痤瘡丙酸桿菌的植物提取物類(lèi)QSI(山茶花愈傷組織裂解液)、金黃色葡萄球菌的植物提取物類(lèi)QSI(黃芩素、大黃酸、蘆薈大黃素、金銀花、山銀花、白藜蘆醇)、表皮葡萄球菌的植物提取物類(lèi)QSI(香蘭素、苦參堿、梣酮、白鮮堿、黃柏酮),闡述了各QSI對(duì)各菌種的作用原理。

目前研究還未能完全明確痤瘡致病菌的QS種類(lèi),對(duì)痤瘡致病菌的QSI研究較少。隨著研究的深入,基于QS原理利用植物提取物的QSI阻斷QS信號(hào)分子的合成,降解QS信號(hào)分子,利用QS信號(hào)分子類(lèi)似物競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合受體蛋白的方法,平衡痤瘡致病菌的細(xì)菌密度,抑制生物膜的形成,減少細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)產(chǎn)生的毒力因子,降低治療副作用,將會(huì)是痤瘡的一種更為安全可靠的治療方向。