白杨素的群体感应抑制活性及微凝胶负载性能研究

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细菌感染是导致人类死亡的重要原因之一。抗生素可以抵御细菌感染,但细菌在长期的生存压力下容易抗性突变而具有耐药性,使抗生素的治疗效果降低;此外,细菌耐药性的产生速度远高于新型抗生素的研发速度,因此寻找替代方法解决细菌耐药性问题迫在眉睫。致病菌致病因子的产生与细菌群体感应(Quorum Sensing,QS)系统有关,通过干扰细菌QS系统可以在不杀死细菌的情况下抑制细菌的致病行为,为解决细菌耐药性问题提供了一种新思路。我们课题组前期从台湾海峡福建海域的泥沙中筛选出一株具有群体感应抑制活性的海洋真菌——产黄青霉菌Penicillium chrysogenum DXY-1,经过对其代谢产物的分离纯化,其中一种活性物质被鉴定为白杨素。在此研究基础上,本论文首先对白杨素的抗QS活性进行了全面评价,并初步解析了其QS抑制机理。此外,白杨素水溶性差的问题限制了其在生物医药方面的应用,因此我们以微凝胶作为载体对白杨素进行了负载,并对所得复合材料的药物释放行为和抗QS活性进行了初步探索。结果表明白杨素可以作为一种潜在的群体感应抑制剂来解决日益严重的细菌耐药性问题。本论文的主要内容如下:(1)以紫色杆菌CV026和铜绿假单胞菌PA01为QS模型菌,全面评价了白杨素淬灭细菌群体感应能力。实验结果表明白杨素对CV026中QS介导的毒力因子(紫色素)的产生,PA01中QS介导的毒力因子(绿脓素、弹性蛋白酶和蛋白水解酶)的产生、生物被膜的形成等都具有浓度依赖性的抑制效果。20μg/m L白杨素对CV026中紫色素产量的抑制率为31.6%。40μg/m L白杨素对PA01中绿脓素产量、弹性蛋白酶活性、蛋白水解活性和生物被膜形成的抑制率分别为41.4%、13.8%、8.3%和42.4%。白杨素也可以抑制PA01的群集运动行为。此外,利用圆二色光谱和分子对接手段在分子水平上探究了白杨素的抗群体感应机制。圆二色光谱结果表明,白杨素改变了受体蛋白Cvi R的二级结构,且结构的变化与天然信号分子C6HSL不同。分子对接结果表明,白杨素与C6HSL可以竞争性地结合受体蛋白Cvi R的同一口袋。(2)以天然聚多糖威兰胶、二(乙二醇)甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯为原料,通过自由基沉淀聚合法制备了具有温度响应性和p H响应性的微凝胶。以WEO-1微凝胶为药物载体进行白杨素负载,负载率为27.8%,载药量为5.5%。所得复合微凝胶的白杨素累积释放曲线符合First-order动力学模型,且在p H=5.6的释放介质中释放速率小于p H=7.4的释放介质。复合微凝胶对CV026和PA01的MIC值都为650μg/m L。以CV026为QS模型菌,白杨素浓度为20μg/m L的复合微凝胶对紫色素产量的抑制率为40.0%。对比负载前相同浓度的白杨素对CV026紫色素产量的影响,发现复合微凝胶具有更显著的QS抑制效果。这可能是由于形成复合微凝胶后提高了白杨素的局部浓度,从而增强了群体感应抑制活性。
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