Piper chaba根提取物与银纳米颗粒协同抗生素抗多重耐药尿路致病菌的作用及机制研究

《Food Chemistry Advances》：Synergistic effect of Piper chaba root extracts and synthesized silver nanoparticles with antibiotics against multidrug-resistant uropathogenic bacteria

本研究针对多重耐药(MDR)尿路致病性大肠杆菌(UPEC)感染日益严重的临床问题，探讨了Piper chaba根乙醇提取物(PcRE (Et))、水提取物(PcRE (Aq))和生物合成银纳米颗粒(PcRE (Np))与四种抗生素(AZM、FCF、TCN、CIP)在不同比例(3:7、5:5、7:3、1:9)下的协同抗菌效果。结果显示PcRE (Np):AZM(3:7)、PcRE (Aq):AZM(1:9)和PcRE (Et):CIP(5:5)组合表现出显著协同作用(FIC≤0.5)，计算机模拟表明其活性成分可通过抑制外膜蛋白OmpC和RND外排泵系统增强抗生素疗效，为克服细菌耐药性提供了新策略。

　　

在全球公共卫生领域，细菌耐药性问题正以前所未有的速度蔓延，尤其是尿路感染(UTI)的治疗面临着严峻挑战。据统计，每年有近1.5亿人受到尿路感染困扰，其中超过80%的病例由尿路致病性大肠杆菌(UPEC)引起。更令人担忧的是，在孟加拉国等发展中国家，临床分离的大肠杆菌中有高达98%表现为多重耐药(MDR)，部分甚至达到广泛耐药(XDR)程度。传统抗生素的广泛可得性、不合理使用和经验性治疗是导致这一危机的主要原因，迫切需要开发新的治疗策略来应对这一全球健康威胁。

在这一背景下，来自Varendra大学交叉研究中心的Sultana Rajia领导的研究团队将目光投向了传统药用植物Piper chaba。这种在孟加拉国南部常用于调味食物的植物，富含异黄酮、胡椒碱、3-蒈烯、胡椒酮和肉豆蔻醚等生物活性化合物，此前已被证明具有抗氧化、抗糖尿病、抗高血脂和抗癌等多种药理活性。研究人员假设，将植物提取物与常规抗生素结合可能产生协同效应，通过不同作用机制共同攻击耐药细菌，从而克服单一疗法的局限性。

为了验证这一假设，研究团队开展了一项系统性的实验研究，相关成果发表在《Food Chemistry Advances》上。他们首先从当地市场采集新鲜Piper chaba根，分别制备了乙醇提取物(PcRE (Et))、水提取物(PcRE (Aq))和通过绿色合成方法获得的银纳米颗粒(PcRE (Np))。值得注意的是，银纳米颗粒的合成过程中，溶液由无色转变为红棕色，并在459nm处出现特征性表面等离子体共振峰，成功证实了纳米颗粒的形成。

研究的关键技术方法包括：从50名疑似UTI患者(女性63.6%，男性36.4%)采集样本进行细菌分离鉴定；通过微量稀释法测定最低抑菌浓度(MIC)；使用Fractional Inhibitory Concentration (FIC)指数评估协同作用；采用分子对接技术分析活性成分与细菌外排泵蛋白(OmpC、AcrB、AcrD、AcrF、CusA)的相互作用。

3.1. Formation of AgNps

研究人员成功利用Piper chaba根提取物合成了银纳米颗粒(AgNPs)，通过颜色变化(无色→红棕色)和紫外-可见光谱在459nm处的特征吸收峰证实了纳米颗粒的形成。

3.2. 初步筛选协同抗菌活性

初步筛选显示，PcRE (Np)与抗生素联用对大肠杆菌(ATCC 27853)的抑菌效果最为显著，抑菌圈直径达到19.05±0.04mm，明显大于单一抗生素处理组(8.43±0.02mm)。值得注意的是，对蜡样芽孢杆菌(ATCC 14579)，单一ciprofloxacin无抑菌效果，但与PcRE联用后产生了明显抑菌圈。

3.3. 尿路病原体的多重耐药性流行情况

对50例临床分离株的分析显示，22%表现为多重耐药。大肠杆菌对四环素和氯霉素的耐药率最高(72.7%)，肺炎克雷伯菌对nitrofurantoin完全耐药(100%)，铜绿假单胞菌对nitrofurantoin和四环素的耐药率分别达90.9%和81.8%。

3.4. Fractional Inhibitory Concentration (FIC)指数测定

这是研究的核心发现部分。通过系统评估不同比例组合的FIC指数，研究人员发现：PcRE (Np):AZM(3:7)、PcRE (Aq):AZM(1:9)和PcRE (Et):CIP(5:5)表现出协同效应(FIC≤0.5)；而所有与四环素(TCN)的组合均显示拮抗作用。总体而言，6.25%的组合为协同作用，10.42%为相加作用，14.58%为无关作用，高达68.83%为拮抗作用，表明组合效应高度依赖于具体比例。

3.5. 分子对接分析

计算机模拟结果显示，Piper chaba中的主要生物活性成分(异黄酮、胡椒碱、3-蒈烯、胡椒酮、肉豆蔻醚)与细菌的关键耐药相关蛋白有高亲和力。特别是胡椒碱与AcrB外排泵蛋白的结合能低至-7.79kcal/mol，表明其可能通过抑制细菌的外排泵系统来增强抗生素疗效。

研究结论表明，Piper chaba根提取物及其银纳米颗粒与抗生素的协同抗菌效果具有浓度和比例依赖性。特定比例的PcRE (Aq):AZM(1:9)、PcRE (Np):AZM(3:7)和PcRE (Et):CIP(5:5)组合能显著增强抗生素对多重耐药大肠杆菌的抗菌活性。其作用机制可能与抑制细菌的外膜蛋白转运体OmpC和RND家族外排泵系统有关。

这项研究的重要意义在于为解决抗生素耐药性问题提供了新思路。通过将传统药用植物与现代纳米技术相结合，开发抗生素辅助剂，可能为临床治疗多重耐药菌感染提供替代方案。然而，研究人员也强调，这种新型治疗策略应当作为改善公共卫生基础设施和抗生素管理制度的补充措施，而非根本解决方案。进一步研究应聚焦于这些协同组合的具体分子机制和体内安全性评价，为未来临床应用奠定基础。