在自然界中,很大一部分微生物以生物膜形式生存,这使其能够抵抗临床抗生素以及人体免疫系统的清除。常规抗生素可以杀死浮游菌和表层菌,临床症状得以缓解,但生物膜内的细菌很难被清除;停药后,生物膜内残存的菌体会迅速繁殖,导致感染复发。长期反复治疗中大量使用抗生素,促使耐药菌株不断产生,给治疗带来更大难题。因此,开发新靶点药物为治疗细菌感染带来新希望。
群体感应(quorum sensing, QS)是指细菌能自发产生并释放特定的信号分子,感知其浓度变化,从而调节微生物的群体行为。细菌感受信号变化后,启动相关基因表达以适应环境,表现出某些独特生理特性,包括病原细菌胞外酶与毒素产生、生物膜形成、菌体发光、色素产生等。阻断细菌间的信号传导可减弱其致病力。QS抑制剂相对于传统抗生素,不会对细菌产生强烈的生存压力,从而避免耐药菌株产生,具有巨大的研究价值。
中国科学院微生物研究所病原微生物与免疫学重点实验室张立新研究组与暨南大学王玉强教授合作,通过对实验室天然产物库和化合物库进行铜绿假单胞菌QS抑制剂的高通量筛选,发现穿心莲内酯衍生物AL-1(14-α-硫辛酰穿心莲内酯)可有效抑制铜绿假单胞菌生物膜形成,同时抑制毒性因子绿脓菌素和胞外多糖的合成、鞭毛介导的泳动性和丛动性,而对细菌生长几乎没有影响。
研究发现,AL-1可竞争性抑制受体蛋白LasR与信号分子3-o-C12-HSL的结合,抑制Las和Rhl系统基因的转录,并在转录和翻译水平上影响生物膜基质多糖Psl的合成。同时,AL-1与常用抗铜绿假单胞菌抗生素(如阿奇霉素、环丙沙星、链霉素等)联合使用时,可降低抗生素用量,却显著减少铜绿假单胞菌生物膜形成以及胞外多糖和绿脓菌素的产生。
该研究成果已在线发表于国际药学刊物《Antimicrobial Agents and Chemotherapy》,为临床上针对生物膜相关感染的治疗提供了新思路。