畜牧兽医学报  2022, Vol. 53 Issue (9): 3208-3220. DOI: 10.11843/j.issn.0366-6964.2022.09.035    PDF    
盐酸小檗碱与左氧氟沙星联合抑制MRSA及其机制研究
操庆国1, 郭钦2, 彭凯2, 蔡佳惠2, 任成万2, 李昀庭2     
1. 江苏农林职业技术学院茶与食品科技学院,句容 212400;
2. 江苏大学食品与生物工程学院,镇江 212013
摘要:养殖场抗生素滥用造成多种耐药性细菌的产生,从奶肉类制品中分离出耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)的案例逐年增长,对养殖业食品安全造成巨大威胁。本研究筛选出与左氧氟沙星具有联合抑制MRSA效果的天然产物盐酸小檗碱(BBR),探究BBR与其对MRSA的协同抑菌效果和联合抑菌机制。结果表明,BBR能有效抑制MRSA生长,提高MRSA对左氧氟沙星的敏感度,两者联用后,MRSA对左氧氟沙星的MIC降为之前的1/16。协同作用机制主要为上调ribA及下调mec Amsc L表达水平,破坏细胞壁、增加细胞膜的通透性,从而达到协同抑菌的目的。本研究有助于降低畜牧养殖中抗生素的使用,为提高肉奶类食品安全奠定基础。
关键词天然产物    抗生素    抑菌MIC    联合抑菌    抑菌机制    
The Inhibition and Mechanism of the Combination of Berberine Hydrochloride and Levofloxacin on MRSA
CAO Qingguo1, GUO Qin2, PENG Kai2, CAI Jiahui2, REN Chengwan2, LI Yunting2     
1. School of Tea and Food Science and Technology, Jiangsu Vocational College of Agriculture and Forestry, Jurong 212400, China;
2. School of Food and Biological Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China
Abstract: The misuse of antibiotics on farms has caused the emergence of a variety of drug-resistant bacteria. MRSA isolated from dairy meat products are increasing year by year, leading to a great threat to food safety in the farming industry. In this paper, berberine hydrochloride (BBR), a natural product with combined inhibition effect of MRSA with levofloxacin, was screened, and the synergistic inhibition effect and combined inhibition mechanism of BBR with its effect on MRSA were investigated. The results showed that BBR could effectively inhibit the growth of MRSA and improve the sensitivity of MRSA to levofloxacin, and the combination could reduce the MIC of the latter up to 1/16. The synergistic mechanism of combination was mainly up-regulation of ribA and down-regulation of mec A and msc L expression levels, disrupting the cell wall and increasing the permeability of the cell membrane, thus achieving synergistic bacterial inhibition. This thesis helps to lay the foundation for reducing the use of antibiotics in livestock farming and improving the food safety of meat and milk.
Key words: natural products    antibiotics    bacteriostatic MIC    co-inhibition    mechanism of bacterial inhibition    

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(methicillin-resistant S.aureus,MRSA)是一种高度且多重耐药的食源性致病菌,已被列为3大世界最难解决的感染性疾患之一。MRSA基因组中含有葡萄球菌染色体mec盒,后者携带mecA基因,其编码新的青霉素结合蛋白(penicillin binding proteins,PBPs)PBP2a,具有转糖基酶和转肽酶活力,通过催化转肽反应合成肽聚糖。PBPs是细菌细胞膜上能与β-内酰胺类抗生素结合的蛋白质,MRSA中包含6种PBPs(PBP1、PBP2、PBP3、PBP3’、PBP4和独特的PBP2a)。PBP2a和β-内酰胺类抗生素几乎没有亲和力,当其他PBPs与β-内酰胺类抗生素结合失去活性后,PBP2a仍可继续参与肽聚糖合成,因此MRSA对几乎所有β-内酰胺类抗生素均耐药[1]。此外,femXfemAfemB等基因也对MRSA的耐药性起重要作用。MRSA是导致化脓性关节炎、皮肤和软组织感染、肺炎、脑膜炎和心内膜炎等严重感染的主要细菌病原体之一[2]。MRSA分泌的肠毒素热稳定性较好,100 ℃处理30 min后仍保持活性,是高温灭菌后引起食物MRSA中毒的主要原因[3-5]

MRSA可通过食物链传播,近年来,世界范围内从肉类到乳制品等多种食品中都发现了MRSA[6-7]。易受MRSA污染的食物包括发酵制品、乳制品和肉鱼类制品等[3-4]。Jones等[8]在2002年首次报道了由社区获得性MRSA引起的食物中毒。检测美国5个城市的136份肉类样品发现,42%的猪肉感染了葡萄球菌(SA),其中,64%为MRSA感染[9]。在瑞士和日本的肉类产品中,SA的检出率分别为23%和65%。食用被MRSA污染的食物,极易引起呕吐、腹泻、肠胃炎等,严重时会引起食物中毒,甚至危及生命[12]。MRSA对食品安全构成了巨大威胁,占北美细菌性食物中毒的9.52%,每年约造成1.5亿美元的经济损失[13]

目前,MRSA已发生转移,通过环境、畜牧业、食物链等进入人体,对人类健康造成严重威胁。2005年,首次证实猪源MRSA可通过猪传给人群。Boer等[13]在264/2217份样本中发现MRSA(11.9%),Neeling等[14]在荷兰9个屠宰场中抽取的209/540头猪鼻腔中有MRSA,每个屠宰场中均有生猪被检出带有MRSA。由于MRSA对四环素类、林可胺类、氨基糖苷类、大环内酯类和氟喹诺酮类等多种抗菌药物也有耐药性,使防治MRSA引起的牲畜感染非常困难,高效、安全的动物源MRSA新型抗菌药物急需开发[15-23]

新型抗生素研发一般需要10~15年,而细菌耐药性产生仅需要2~3年,因此天然产物与抗生素联合抑菌被视作防治MRSA的研究热点之一。已发现的PBP2a天然产物抑制剂包括黄芩中的黄芩苷[24]、绿茶中的儿茶素[21]和表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCg)[22]、大角莲中的柯里拉京[25]和玫瑰中的鞣质和特里马素[23]等。此外,小舌菊和四环素联用、黄连叶精油或姜花素D或刺苞菊醛和庆大霉素联用、鼠尾草酸和诺氟沙星等的联用皆能协同降低抗生素对MRSA的MIC,但协同抑菌机制并未得到清晰的阐明[30]。本研究从多种天然产物中进行抗MRSA筛选,并与抗生素进行联合抑菌试验,同时阐释天然产物与抗生素联合抑制MRSA的分子机制,为降低畜牧养殖中抗生素的使用、提高肉奶类食品安全奠定基础。

1 材料与方法 1.1 材料和仪器

金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)购自武汉大学菌种保藏中心,MRSA(ATCC 33591)购自美国模式菌种保藏中心(American type culture collection,ATCC),盐酸小檗碱(BBR)购自西安优硕生物科技有限公司,阿莫西林、左氧氟沙星、万古霉素、氯霉素、头孢唑林、青霉素、四环素均购自上海原叶生物有限公司;RNAprep Pure提取试剂盒、PrimeScriptTMRT reagent Kit with gDNA Eraser逆转录试剂盒、SYBRR Premix Ex TaqTM‖PCR试剂盒购自北京宝日医生物有限公司(TaKaRa),牛肉浸粉购自青岛海博生物技术有限公司,其他试剂均为分析纯,购自上海国药集团。

超净工作台购自苏净化设备有限公司,LRH系列生化培养箱购自一恒科学仪器有限公司,高压灭菌锅购自鸟取三洋电机,HYG-C型多功能摇床购自太仓试验设备厂。

1.2 试验方法 1.2.1 最低抑菌浓度(MIC)和最低杀菌浓度(MBC)检测

1.2.1.1 天然产物配制  称取BBR 0.1 g,振荡后均匀溶解于1 mL水中,浓度为0.1 g·mL-1,过滤除菌后,4 ℃保存。

1.2.1.2 抗生素配制  称取7种抗生素0.012 8 g,溶解于1 mL无菌水中,浓度为12.8 mg·mL-1,过滤除菌后,-20 ℃避光保存。

1.2.1.3 MIC/MBC测定  按照微量肉汤稀释法进行。96孔板横排前十孔每孔加入10 μL水解酪蛋白培养基(MH培养基)后,在第1孔内加入10 μL BBR或者抗生素,均匀震荡后,吸出10 μL加入至第2孔,依次梯度稀释,直至第10孔。之后,每孔加入90 μL细菌培养液,使终体积为100 μL,细菌终浓度为5×105 CFU·mL-1。第11孔中加入100 μL的菌液作为阳性对照,第12孔采用空白NB培养基作为阴性对照。将96孔板在37 ℃培养24~48 h,以24 h无菌生长的最低浓度为MIC,48 h后肉眼无细菌生长的试管中取100 μL菌液涂平板;过夜培养后平板无菌生长的对应肉汤管中的最低药物浓度,即是MBC。每个试验重复3次,每次3个平行。

1.2.1.4 联合抑菌和FIC测定  采用棋盘法进行[26-27],96孔板中每横排从左至右依次加入5 μL抗生素(终浓度为2MIC~1/64MIC),每纵列从上至下依次加入5 μL BBR(终浓度为1/2 MIC~1/32 MIC),再加入90 μL菌液(终浓度为5×105 CFU·mL-1),终体积100 μL。分别加入100 μL的菌液和空白培养基为阳性和阴性对照。37 ℃培养24 h,无菌生长的最低浓度为抗生素和BBR联合抑菌MIC。

抑菌浓度指数(fractional inhibitory concentration, FIC)计算方法:

FIC=MIC(联合)/MIC(BBR)+MIC(联合)/MIC(抗生素)

协同:FIC≤0.5;相加:0.5 < FIC≤1;无关:1 < FIC≤2;拮抗:FIC>2。

1.2.2 时间杀灭曲线测定   设置BBR组(1/4 MIC BBR、1/2 MIC BBR和MIC BBR)、MIC抗生素组和联合组(1/8 MIC BBR+1/32 MIC抗生素),以无药物加入的NB培养液为对照,分别加入细菌培养物,使终浓度为1×107CFU·mL-1。7组试管于37 ℃振荡培养,定时取样,稀释后,涂NB平板,37 ℃培养12~24 h后计数。以时间为横坐标,以菌落总数的对数为纵坐标绘图,即时间杀灭曲线。

1.2.3 电导率测定   取100 μL细菌过夜培养物,稀释50倍后,分别加入BBR、抗生素和联合抑菌液,37 ℃振荡培养。于0、1、2、4、6、8 h分别定时取样,5 000 r·min-1离心10 min,吸取上清液,无菌水均匀稀释,测定电导率。每个试验重复3次,每次3个平行。

1.2.4 膜电位测定   细菌于NB培养基中37 ℃培养12 h,取100 μL过夜培养物分别转接到含有BBR、抗生素和联合抑菌液的培养基中,混合均匀,取100 μL混合液加入96孔板中,过夜培养。用5 μmol·L-1 DiBAC4(3) 缓冲液清洗96孔板3次,加入180 μL 5 μmol·L-1 DiBAC4(3)的缓冲液进行染色,37 ℃孵育30 min,多功能酶标仪3 min检测一次荧光强度。以无细菌的培养基为空白对照。

1.2.5 碱性磷酸酶(AKP)的测定   取100 μL细菌过夜培养物加入5 mL NB培养基中,再分别加入BBR、抗生素和联合抑菌液,37 ℃下振荡培养,0、1、2、4、6、8 h定时取500 μL样品,5 000 r·min-1离心10 min,用试剂盒测定AKP含量。

1.2.6 荧光实时定量PCR(RT-PCR)   细菌过夜活化,1∶100的比例转接到分别含有BBR、抗生素和联合抑菌液的NB培养基中,37 ℃培养12 h,提取mRNA,再逆转录成cDNA。以cDNA为模板,16S rRNA为内参基因,使用荧光定量试剂盒,测定mecA的表达水平。反应程序:95 ℃预变性30 s;95 ℃变性5 s,50~60 ℃退火30 s,72 ℃延伸30 s,40个循环;熔解曲线从65 ℃升至95 ℃,每5 s升温0.5 ℃。

1.2.7 转录组学检测   送北京诺禾致源有限公司协作完成。具体操作为提取样品的总mRNA,使用fragmentation buffer随机将其打断成短片段,按照链特异性建库的方式建库。在M-MuLV逆转录酶体系中,将片段化的mRNA作为模板,随机寡核苷酸作为引物,合成cDNA第一条链,随后用RNaseH降解RNA链,将dNTPs(将dNTP中的dTTP用dUTP取代)作为原料在DNA polymerase I体系下合成cDNA第二条链(使第二条链中包含A/U/C/G),再用AMPure XP beads筛选250~300 bp的cDNA,通过cDNA末端修复、加A尾、连接测序接头,并借助USER酶降解含U的cDNA第二链,再进行PCR扩增并获得文库。

库检合格后,根据有效浓度及目标下机数据量的需求对不同文库pooling后,再按照边合成边测序(sequencing by synthesis)的原理进行Illumina测序。添加4种荧光标记的dNTP、DNA聚合酶以及接头引物于测序的flow cell中进行扩增,当测序簇延伸互补链时,每添加一个被荧光标记的dNTP即可释放出相对应的荧光,并利用软件将测序仪接收到的荧光信号转化为测序峰,从而获得待测片段的序列信息。

1.2.8 生物信息学分析   对转录组学测序结果进行GO富集、KEGG富集和差异基因筛选。Q值≤0.05的通路定义为在显著差异表达基因中显著富集的通路。应用DESeq2方法计算不同样本之间基因表达量的差异,具有统计学显著差异的确定为差异表达基因。P值< 0.05,FDR≤0.01和差异表达倍数≥2的基因即显著差异表达基因。

2 结果 2.1 抗生素和BBR单独作用于SA/MRSA的MIC

BBR与抗生素单独作用于SA/MRSA的MIC/MBC见表 1。7种抗生素对SA/MRSA均有抑菌效果,但对MRSA的MIC显著高于SA,除万古霉素和氯霉素以外,其他5种抗生素对MRSA的MIC比SA高了100倍~2 000倍之多。其中,阿莫西林对SA的抑菌效果最佳,MIC为0.5 μg·mL-1;万古霉素对MRSA的抑菌效果最佳,MIC为2 μg·mL-1。BBR对SA和MRSA的抑菌效果一致,均为1 250 μg·mL-1

表 1 不同抗生素对SA/MRSA的MIC和MBC Table 1 MICs and MBCs of different antibiotics against SA/MRSA  
2.2 抗生素和BBR联用的FIC

BBR和7种抗生素联用对SA均具有协同抑菌作用,但只与4种抗生素联用能协同抑制MRSA(表 2)。其中,1/32 MIC BBR+1/64 MIC青霉素联用对SA具有最小的FIC值0.047,但对MRSA却呈现无关作用;1/32 MIC BBR+1/32 MIC阿莫西林联用对MRSA具有最小的FIC值0.063,1/16 MIC BBR+1/4 MIC左氧氟沙星对SA和MRSA的FIC均为0.313。由于阿莫西林对MRSA的MIC太高,为5 120 μg·mL-1,而左氧氟沙星仅为128 μg·mL-1,因此选择左氧氟沙星进行之后的试验。联合抑菌结果表明,BBR不但能够直接抑制MRSA,而且与β-内酰胺类抗生素联合使用能够恢复其对MRSA菌株的敏感性。

表 2 BBR与各抗生素联用对SA/MRSA作用对比 Table 2 Comparison of the effects of BBR combined with various antibiotics on SA/MRSA
2.3 时间杀灭曲线

为了进一步评价BBR和左氧氟沙星的杀菌效果,作者测定了它们单独和联合分别作用于MRSA的时间杀灭曲线。当MRSA初始接种浓度为1×107CFU·mL-1时,24 h后MIC BBR组细菌显著下降,为(5.57±0.21)×106CFU·mL-1(P < 0.05);而1/4 MIC BBR组和1/2 MIC BBR组则分别为(6.17±0.15)×109和(6.3±0.2)×108CFU·mL-1,对照组细菌数可达(1.16±0.04)×1010CFU·mL-1 (图 1a)。24 h后,MIC左氧氟沙星组细菌数为(6.07±0.29)×103CFU·mL-1,而联合组则为(4.7±0.2)×105CFU·mL-1(图 1b)。联合组的抑菌效果不如左氧氟沙星单独作用,原因可能是因为复配浓度大幅度降低的原因,但两者联用依然可以抑制MRSA的生长繁殖,达到有效的MIC水平。

a.BBR;b. BBR和左氧氟沙星联合 a.BBR; b. The combination of BBR and levofloxacin 图 1 对MRSA的时间杀灭曲线 Fig. 1 Time-kill curve of drugs against MRSA
2.4 BBR和抗生素联用破坏MRSA细胞结构

电导率可以衡量细菌细胞膜的通透性,电导率越大,细胞膜被破坏越严重,因此可通过菌液电导率的变化判断细菌细胞膜的受损情况。结果表明,对照组菌液8 h内电导率无显著变化,BBR+左氧氟沙星联合组电导率变化率显著高于对照组但低于BBR组(P < 0.05)(图 2a)。

a.电导率变化;b.荧光强度变化;c.AKP活性 a. Conductivity change; b. Fluorescence intensity change; c. AKP activity 图 2 BBR和抗生素联用破坏MRSA细胞结构 Fig. 2 The combination of BBR and antibiotics destroyed the cell structure of MRSA

DiBAC4(3)是一种亲脂性阴离子荧光染料,本身无荧光,但它能和细胞质中的蛋白质结合产生强烈荧光,当细胞膜受损,细胞荧光会大幅度增加。结果表明,对照组菌液30 min内荧光强度无显著变化,联合组的荧光强度显著高于对照组而低于BBR组(图 2b)。

AKP的活性表明细菌细胞壁的破损程度。8 h内,对照组AKP活性无显著变化,而联合组AKP活性显著高于对照组却显著低于BBR组(P < 0.05)(图 2c)。

2.5 BBR和抗生素联用下调mecA表达

图 3表明,BBR显著下调了mecA的相对表达水平,且呈现浓度依赖,与对照组相比,添加1/4 MIC、1/8 MIC和1/32 MIC BBR的mecA分别降低为对照组的16.69%、5.26%和75.19%(P < 0.05),说明mecA可能是BBR的作用靶点之一。左氧氟沙星组mecA表达上调26.82倍,而联合组却显著降低mecA的相对表达水平为对照的1.35%(P < 0.05)。BBR作用于mecA,使得MRSA细胞壁完整性降低,而左氧氟沙星作用于拓扑异构酶II,两者联用能大幅度协同下调mecA的表达。

1. 对照组; 2.1/4MIC BBR; 3.1/8MIC BBR; 4.1/32MIC BBR; 5.1/64MIC万古霉素;6.1/64MIC万古霉素+1/8MIC BBR;7.1/8MIC氯霉素;8.1/8MIC氯霉素+1/4MIC BBR;9.1/32MIC左氧氟沙星;10.1/32MIC左氧氟沙星+1/8MIC BBR; 11.1/32MIC阿莫西林;12.1/32MIC阿莫西林+BBR 1/8MIC; 13.1/16MIC红霉素;14.1/16MIC红霉素+BBR 1/8MIC;15.1/8MIC四环素;16.1/8MIC四环素+BBR 1/4MIC;17.1/64MIC磺胺甲恶唑;18.1/64MIC磺胺甲恶唑+1/32MIC BBR组 1. Control group; 2. BBR 1/4MIC group; 3. BBR 1/8MIC group; 4. BBR 1/32MIC group; 5. Vancomycin 1/64MIC group; 6. Vancomycin 1/64MIC+BBR 1/8MIC group; 7. Chloramphenicol 1/8MIC group; 8. Chloramphenicol 1/8MIC +BBR 1/4MIC group; 9. Levofloxacin 1/32MIC group; 10. Levofloxacin 1/32MIC+BBR 1/8MIC group; 11. Amoxicillin 1/32MIC group; 12. Amoxicillin 1/32MIC+BBR 1/8MIC group; 13. Erythromycin 1/16MIC group; 14. Erythromycin 1/16MIC+BBR 1/16MIC group; 15. Tetracycline 1/8MIC group; 16. Tetracycline 1/8MIC+BBR 1/4MIC group; 17. Sulfamethoxazole 1/64MIC group; 18. Sulfamethoxazole 1/64MIC+BBR 1/32MIC group 图 3 mecA基因表达变化 Fig. 3 The mecA expression change of MRSA
2.6 BBR和左氧氟沙星联用的分子机制

GO富集结果(图 4)表明,BBR影响MRSA 73个基因的表达,重要的上调基因功能包括氧化还原、氨基酸和维生素的合成与代谢,重要的下调基因功能包括转录和同化。

a. BBR; b. 左氧氟沙星;c. 联合组 a. BBR; b. Levofloxacin; c. Combination group 图 4 差异表达基因GO富集 Fig. 4 Go enrichment of differentially expressed genes

左氧氟沙星影响MRSA 114个基因的表达,重要的上调基因功能包括有机氮化合物的合成和代谢、细胞酰胺合成和代谢过程以及碳水化合物跨膜转运,重要的下调基因功能包括药物反应、发展过程、对化学物质的反应和磷脂生物合成过程。细胞膜由磷脂双分子层构成,左氧氟沙星使得磷脂合成受到抑制,则细胞膜更易受到破坏,细菌细胞膜通透性增加、细胞形态难以维持。这可能是两者联用导致mec A表达下调的原因之一。

联合组影响MRSA 95个基因的表达,重要的上调基因功能包括维生素合成和代谢、细胞骨架组织、嘧啶化合物代谢过程和硫化合物的生物合成过程,重要的下调基因功能主要包括氨基酸、阴离子、有机酸和羧酸的运输和跨膜转运。

表 3~5总结了BBR、左氧氟沙星和联合组的KEGG富集结果。其中,与BBR抑菌有关的可能为维生素B2代谢、β-内酰胺抗性、双组分系统和多样环境中的微生物代谢,与左氧氟沙星组抑菌有关可能为甘油磷脂代谢,与联合组抑菌有关的代谢通路可能为维生素B2代谢和ABC转运体。

表 3 BBR KEGG富集汇总 Table 3 KEGG enrichment summary of the BBR group
表 4 左氧氟沙星组主要代谢通路的KEGG富集汇总 Table 4 KEGG enrichment summary of the levofloxacin group
表 5 联合组KEGG富集汇总 Table 5 KEGG enrichment summary of the combination group
2.7 重要的差异表达基因

与对照组相比,BBR、左氧氟沙星和联合组的重要差异表达基因如表 6。BBR组seaRseaS基因表达量与对照组相比分别下调为对照的42.92%和44.05%;BBR组、左氧氟沙星组及联合组中msc L基因表达量均显著下调,分别下调为对照组的46.73%、36.63%和43.67%;ribABBR组和联合组均表现为上调,上调倍数分别为2.69和3.64倍。

表 6 重要差异表达基因 Table 6 Important differentially expressed genes
3 讨论

β-内酰胺类抗生素的β-内酰胺核能不可逆地与PBPs的Ser 403位点结合,竞争转肽酶的活性位点从而阻止肽聚糖合成,抑制细胞壁合成,导致细菌死亡。当正常PBPs与β-内酰胺类抗生素结合失去活性时,PBP2a可以代替它们合成继续肽聚糖,从而维持MRSA的生长繁殖[17]

虽然阿莫西林、青霉素和头孢唑林均作用于MRSA的细胞壁,但它们和BBR联用产生的抑菌效果不同,推测可能是由于它们对MRSA细胞壁的作用靶点不同。PBP2a在其余PBPs失去活性后仍能维持MRSA的细胞壁形态。研究认为,两种药物联用时,作用靶位相同会产生拮抗作用,当联用的两种药物分别作用于不同的PBPs时可产生协同作用;或者两种药物联用,而其中一种发挥β-内酰胺酶作用时,亦可产生协同作用[31]。青霉素作用位点为PBP1,头孢唑林抗菌的作用位点主要为PBP1和PBP3,低浓度的阿莫西林可使PBP4及PBP5达到部分饱和。当三者和BBR联用,头孢唑林和阿莫西林继续协同抑制SA和MRSA,青霉素则失去协同抑制MRSA的效果,这也许说明BBR对MRSA的一个作用位点可能是PBP1。左氧氟沙星主要作用靶位是拓扑异构酶II,因此和BBR具有协同作用。

BBR组的电导率和荧光强度显著高于抗生素组和联合组,可能是因为其能够增加细胞膜通透性,促进物质泄漏。细胞膜不是左氧氟沙星的作用靶点,而BBR可通过增加细胞膜通透性,从而与其产生协同抑菌作用。BBR与左氧氟沙星联用时,荧光强度显著大于对应抗生素组,表明MRSA细胞产生超极化现象,抗生素更易进入细胞内。BBR能提高提升细胞壁通透性,当其降低浓度与左氧氟沙星联用时,细菌AKP活性增高,表明联用后细胞壁进一步受到破坏,细胞形态完整性难以维持,抗生素更容易突破胞壁屏障,进入细胞体内,从而造成更好的杀菌效果[16]

天然产物往往具有多种抑菌机制,mecA基因可能只是其中一个靶点,为了进一步寻找联合抑菌机制,作者对BBR组、左氧氟沙星组和联合组进行了转录学的研究,对其差异基因进行GO富集、KEGG分析和显著差异基因的比较。

ABC转运体中的fhuA是一种铬铁-铁受体,属于外膜蛋白家族,它与能量转换蛋白TonB一起,介导含铁载体通过革兰阴性菌外膜的主动转运。ABC转运体可催化脂双层的脂类在两层之间翻转,对膜的发生和功能具有重要的意义,还与细菌对药物的抗性有关, 其表达下调也许说明MRSA细胞内药物的聚集。

seaRseaS基因调控MRSA中一种保守的双组分调节系统(two-component regulatory systems, TCSs),参与生物膜的生成、荚膜多糖的合成、自我分解、抗生素抗性及血红素毒素的抗性等[19]seaRseaS编码感应器蛋白(如Spa和Fnba)及细胞壁相关蛋白(如Eap和Emp)。seaS受到外界信号激活后发生自主磷酸化,随后磷酸化seaR,磷酸化的seaR结合到P1启动子区,和RNA聚合酶共同调控转录过程。BBR可通过下调seaRseaS基因表达,抑制MRSA细胞膜、细胞壁合成和抗生素抗性基因的表达。

ribAMsc L可能是BBR和左氧氟沙星联合抑菌的重要差异基因。

维生素B2在生物氧化过程中发挥递氧的作用,参与糖、蛋白质和脂肪代谢。ribA基因表达上调不仅限制维生素B2的合成,其基因编码的双功能酶的催化还会导致下游产物5-氨基-6-(D-核糖氨基)尿嘧啶的积累,这种高活性嘧啶二酮化合物对细胞的毒害作用可造成细胞自溶。norA是MRSA的固有多药耐药外排泵,与MRSA的耐药性极度相关。受到左氧氟沙星的诱导后,norA的表达大幅度增加,从而使进入细胞内的药物被更多更快的泵出体内,最终造成细胞耐药[27]。很多文献已经证实这点,并以norA为调控靶点,寻找天然外排泵抑制剂[28-29]

Msc L是一种机械敏感通道(mechanosensitive channels, MS),是一种跨膜通道蛋白,可感受细胞膜表面的张力。mscL起到“紧急释放阀”的作用,当细菌的外部环境渗透压急剧变化引起细胞膨胀,细胞膜上产生张力时,msc L直接感知张力形成一个直径约为3 nm的通道,释放胞内物质维持渗透压的平衡,从而避免细胞的裂解[20]mscL基因的下调直接限制了这一调控机制,使得MRSA对外界渗透压变化的耐受能力显著降低,较小的渗透压变化即可使细胞破裂。

4 结论

BBR不但能够直接抑制MRSA,且与β-内酰胺类抗生素联合使用时能够恢复其对MRSA菌株的敏感性,大幅度降低抗生素的使用水平。BBR和左氧氟沙星联用对MRSA效果最佳,可降低左氧氟沙星的MIC至原来的1/16。联合抑菌的靶点为细胞壁和细胞膜,包括破坏细胞壁,增加细胞膜的通透性,上调ribA和下调mec Amsc L表达水平,从而达到协同抑菌的目的。

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(编辑   白永平)