桂枝抗菌活性成分及其作用機制研究進(jìn)展

韋露玲，張淼，黃飄玲，滕建北

（廣西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，南寧 530200）

近年來對單味中藥、中藥提取物、單體化合物以及復(fù)方制劑的抑菌試驗研究已證實，多種中藥均具有較理想的抗菌作用，且不易產(chǎn)生耐藥性。桂枝（Cinnamomi ramulus）是中國許多經(jīng)典名方中不可或缺的一味藥，來源于樟科植物肉桂（Cinnamomum cassiaPresl）的干燥嫩枝。桂枝又名玉桂、桂皮等，主產(chǎn)于廣西、廣東、海南及云南等地。桂枝始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，具有發(fā)汗解肌、溫通經(jīng)脈、助陽化氣、平?jīng)_降氣的功效，用于風(fēng)寒感冒、脘腹冷痛、血寒經(jīng)閉、關(guān)節(jié)痹痛、痰飲、水腫、心悸、奔豚等［1］。現(xiàn)代藥理研究表明，桂枝具有抗菌、解熱、擴張皮膚血管、促進(jìn)血液循環(huán)、解表、發(fā)汗、鎮(zhèn)痛、抗腫瘤等作用。桂枝中主要發(fā)揮抗菌作用的是具有廣譜抗菌的桂皮醛成分，其中的桂皮酸、香豆素以及原兒茶酸等成分也具有抗菌活性。

1 桂枝抗菌活性成分

桂枝中含有多種有效成分，如揮發(fā)油類、有機酸類和香豆素類，其主要有效成分是以桂皮醛為主的揮發(fā)油類化合物，也是桂枝的主要活性成分，桂枝揮發(fā)油含量在桂枝中占0.2%～0.9%，桂皮醛含量占桂枝揮發(fā)油的70%～80%［2］。除桂皮醛外，桂枝揮發(fā)油中還含有甲氧基桂皮醛、苯甲醛、3-羥基苯甲醛、萜烯-4-醇、α-蒎烯、β-谷甾醇、白菖蒲烯等成分［3］。此外，桂枝中還含有非揮發(fā)性成分如桂皮酸、原兒茶酸、香豆素、2-甲氧基肉桂酸、反式-鄰羥基桂皮酸、對羥基苯甲酸、2-甲氧基苯甲酸等［4］。

桂皮醛（Trans-cinnamaldehyde，TCA）又名肉桂醛、β-苯丙烯醛、3-苯基-2-丙烯醛，化學(xué)名稱為3-Phenyl-2-propenaldehyde，分子式為C9H8O，相對分子質(zhì)量為132.16，有強烈的肉桂氣味，其中相對密度為1.05，熔點-7.5℃，沸點251℃，折射率1.61，閃點71℃，化學(xué)結(jié)構(gòu)式見圖1。TCA是一種黃色強折光的液體，遇光和空氣變成暗棕色黏稠液體，具有桂油的特殊氣味和燒焦芳香味道，難溶于水和甘油，易溶于乙醇、乙醚，能隨水蒸氣揮發(fā)。研究證明TCA為桂枝發(fā)揮抗菌功效的主要物質(zhì)，除抗菌作用外，其還具有抗炎、解熱鎮(zhèn)痛、抗腫瘤、降糖、抗肥胖和神經(jīng)保護(hù)等功效，具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖1 桂皮醛結(jié)構(gòu)式

2 桂枝的抗菌作用

2.1 桂皮醛的抗菌作用

桂皮醛是一種植物源殺菌劑，也是一種廣譜抗菌劑，對細(xì)菌和真菌有很強的抑制作用，特別對大腸埃希菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、肉毒桿菌、芽孢桿菌等能達(dá)到很好的抑制作用［5-7］。除此之外，其具有殺菌能力強、安全、易降解且生態(tài)友好等特點，在生活中常用在食品及醫(yī)藥化工等方面。王帆等［8］通過研究桂皮醛對大腸埃希菌生長、結(jié)構(gòu)和生理指標(biāo)的影響，發(fā)現(xiàn)用10.0 mmol/L的桂皮醛處理大腸埃希菌時，該菌生長完全受到抑制，由此推測桂皮醛可能通過氧化脅迫損傷大腸埃希菌菌體并導(dǎo)致其死亡。桂皮醛的具體抗菌活性見表1。

表1 桂枝桂皮醛體外抗菌活性

2.2 桂枝中其他化合物的抗菌作用

除桂皮醛外，桂枝中的其他化合物，如桂皮酸、香豆素、原兒茶酸、丁香酚、肉桂醇、β-谷甾醇、α-蒎烯、α-松油醇等化合物，對一些常見的致病菌均具有一定的抗菌作用，其中的桂皮酸、原兒茶酸對金黃色葡萄球菌具有較好的抑菌作用。桂枝中其他化合物抗菌活性見表2，化合物化學(xué)結(jié)構(gòu)式見圖2。

圖2 化合物1～8的結(jié)構(gòu)式

表2 桂枝其他成分體外抗菌活性

3 桂枝抗菌作用機制

3.1 桂皮醛體外抗菌作用機制

桂皮醛分子中存在一個與苯環(huán)共軛的醛基，醛基是一個親核基團，易被細(xì)菌表面的親水基吸附而穿入細(xì)胞壁，破壞細(xì)菌、真菌的細(xì)胞壁多糖結(jié)構(gòu)，從而發(fā)揮抑菌或殺菌效果，而且桂皮醛中的醛基也可與細(xì)菌中的蛋白以及酶作用，破壞細(xì)菌正常的生理代謝，從而達(dá)到抑菌或殺菌效果［46］。不同濃度的桂皮醛對細(xì)菌的影響也不同，高濃度的桂皮醛通過影響細(xì)菌細(xì)胞膜上脂肪酸的分布和連接［47］，抑制細(xì)胞膜上的酶活性，調(diào)控細(xì)胞膜的流動性，增強其滲透作用［48］，使胞內(nèi)物質(zhì)外滲導(dǎo)致細(xì)菌死亡；中等濃度桂皮醛則是通過抑制細(xì)胞內(nèi)三磷酸腺苷（ATP）蛋白酶的活性，影響細(xì)胞的供能以及生物膜的合成從而起到抑菌作用［49］；低濃度的桂皮醛可以與細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、激素等因子相結(jié)合，影響細(xì)胞正常分裂，從而達(dá)到抑菌殺菌的作用［50］。另外有研究發(fā)現(xiàn)肉桂醛能以細(xì)菌Fts Z蛋白（是最保守的細(xì)菌分裂蛋白，幾乎存在于包括結(jié)核桿菌的所有細(xì)菌中）為作用靶點抑制細(xì)菌的分裂，從而達(dá)到抑菌殺菌效果［51］。也有研究表明桂皮醛能夠滲透進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部，與細(xì)菌DNA發(fā)生相互作用，影響DNA的正常合成，并且能夠改變細(xì)菌內(nèi)部的離子平衡（Ca2+、K+和H+等），從而使細(xì)菌發(fā)生凋亡［52-54］。

有研究發(fā)現(xiàn)，桂皮醛可能對大腸埃希菌產(chǎn)生氧化脅迫，導(dǎo)致其細(xì)胞內(nèi)積累過量的活性氧，引起超氧化物歧化酶（SOD）活力升高，進(jìn)一步引發(fā)細(xì)胞膜脂質(zhì)的氧化損傷，從而造成細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷和破壞，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡［8］。何學(xué)文等［9］采用沙門氏菌與MIC濃度的桂皮醛共同培養(yǎng)的方式，發(fā)現(xiàn)沙門氏菌細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)被破壞，細(xì)胞破碎，界限模糊，細(xì)胞形態(tài)發(fā)生明顯變化，細(xì)胞膜通透性升高，引起細(xì)胞質(zhì)外泄，DNA外滲，電導(dǎo)率滲出量上升，最終導(dǎo)致細(xì)菌死亡。黃曲霉是一種常見的腐生性真菌，在研究桂皮醛對黃曲霉的作用機制中發(fā)現(xiàn)，桂皮醛對黃曲霉生長和產(chǎn)毒能夠產(chǎn)生短時脅迫和長時脅迫效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生短時脅迫效應(yīng)時，可以降低黃曲霉菌活性氧簇代謝水平和減弱氧化應(yīng)激反應(yīng)程度；當(dāng)產(chǎn)生長時脅迫效應(yīng)時則可以加劇菌絲細(xì)胞氧化損傷程度，從而達(dá)到抑菌效果［55］。

3.2 桂皮醛體內(nèi)抗菌作用機制

細(xì)菌可通過NF-κB信號通路來改變宿主基因表達(dá)，引起宿主細(xì)胞的病變和炎癥反應(yīng)，Youn等［56］發(fā)現(xiàn)桂皮醛可以抑制由脂多糖（LPS）引起細(xì)胞膜上TLR4受體的寡聚化過程，從而降低NF-κB的活性。馬克龍等［57］研究也發(fā)現(xiàn)桂皮醛抑制白念珠菌的作用是通過dectin-1、TLR2、TLR4和NF-κB的表達(dá)水平來體現(xiàn)的，通過下調(diào)dectin-1、TLR2、TLR4和NF-κB的表達(dá)水平，來說明桂皮醛的抑菌效果。alb1mRNA是煙曲霉色素的關(guān)鍵基因，抑制alb1mRNA的表達(dá)會導(dǎo)致煙曲霉缺失煙綠色色素，從而失去活性，龍凱等［58］發(fā)現(xiàn)桂皮醛能夠抑制alb1mRNA的表達(dá)，從而達(dá)到抑菌效果。

3.3 桂枝中其他成分抗菌作用機制

金黃色葡萄球菌是人類最常見的化膿感染性病原體，當(dāng)金黃色葡萄球菌感染機體后釋放一系列毒素和侵襲性酶，會引發(fā)局部性化膿感染，金黃色葡萄球菌作為Toll樣受體信號通路配基能特異性結(jié)合細(xì)胞膜上的TLR2受體，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)，包括誘導(dǎo)TNF-α和IL-6等炎癥因子釋放，進(jìn)一步擴大炎癥級聯(lián)反應(yīng)。饒春暉等［59］經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)原兒茶酸能夠降低TNF-α和IL-6 mRNA表達(dá)水平。肉桂酸能有效抑制意大利青霉菌的孢子萌發(fā)，阻礙菌體生長，破壞細(xì)胞膜致使其通透性增加、內(nèi)含物外滲，且能有效破壞三羧酸循環(huán)過程，菌體能量代謝途徑受阻，從而抑制其正常的生長發(fā)育，達(dá)到抑制青霉菌的目的［60］。

4 結(jié)語

由細(xì)菌導(dǎo)致的感染性疾病是導(dǎo)致現(xiàn)代人們生病的一個主要感染途徑?？股氐膯柺缹τ谥委熯@類疾病發(fā)揮了重要作用。但是臨床對抗生素的濫用會對人的心臟、肝臟、腎臟產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，而且不合理的抗生素應(yīng)用也使部分細(xì)菌產(chǎn)生了耐藥性，耐藥菌越來越普遍，而細(xì)菌感染患者易出現(xiàn)多重耐藥。耐藥菌的出現(xiàn)增加了感染性疾病治愈的難度，促使人類尋找新的對抗細(xì)菌感染的方法。

植物源殺菌劑是一類利用一些植物含有的某些抗菌物質(zhì)或誘導(dǎo)產(chǎn)生的植物防衛(wèi)素，殺死或抑制病原菌的生長，具有高效、低毒或無毒、易降解、選擇性高、不產(chǎn)生抗藥性等優(yōu)點。桂枝在中國的使用擁有悠久的歷史，桂枝中揮發(fā)油類成分具有顯著的抗菌活性，其中桂皮醛桂皮酸等成分是植物源抗菌劑，也是廣譜抗菌藥，對很多細(xì)菌都具有顯著的抗菌活性。但在臨床應(yīng)用抗菌方面，桂枝尚未有普遍應(yīng)用。雖然目前桂枝抗菌作用機制尚不完全清楚，但其對大部分菌種都具有較好的抗菌作用，在體內(nèi)對細(xì)菌有直接的抑制作用，且不易產(chǎn)生耐藥性。因此，可進(jìn)一步嘗試研究其與抗生素聯(lián)用的效果以及具體的抗菌作用機制，從而拓展其藥用范圍，也為桂枝資源的綜合利用提供新的思路。