黑水虻壳聚糖：一种具有间接与直接抗菌活性的创新生物聚合物在临床与制药领域的应用潜力

《Applied Microbiology and Biotechnology》：Hermetia illucens chitosan: indirect and direct antimicrobial activity of an innovative biopolymer for clinical and pharmaceutical applications

本研究针对抗菌素耐药性（AMR）日益严峻的全球挑战，探索了从黑水虻（Hermetia illucens）中提取的壳聚糖作为传统抗生素替代品的潜力。通过评估其间接免疫调节活性（诱导人β-防御素-2（HBD-2）表达）及直接抑制革兰氏阳性病原菌（如粪肠球菌、表皮葡萄球菌和无乳链球菌）生长的能力，研究发现黑水虻壳聚糖在0.5 mg/mL浓度下表现出显著的抑菌效果，且部分样本活性优于商业壳聚糖。该研究为开发可持续、双功能抗菌材料提供了新思路，对临床感染防治和生物医学应用具有重要意义。

　　

在21世纪全球公共卫生领域，抗菌素耐药性（AMR）的蔓延已成为亟待解决的危机。传统抗生素研发面临经济与技术瓶颈，而病原菌的耐药性却持续增强，甚至工业排放进一步加剧了环境中的耐药基因扩散。在这一背景下，天然生物聚合物壳聚糖（chitosan）因其广谱抗菌性、生物相容性及可降解性受到关注。然而，传统壳聚糖多来源于甲壳类动物，其可持续性受限。近年来，黑水虻（Hermetia illucens）作为可大规模养殖的资源昆虫，其幼虫、蛹壳和成虫均富含几丁质，为壳聚糖生产提供了新来源。

本研究首次系统评估了黑水虻壳聚糖的双重抗菌机制：一方面通过诱导人角质形成细胞（HaCaT）表达抗菌肽HBD-2发挥间接免疫调节作用；另一方面直接抑制革兰氏阳性病原菌生长。研究通过异质与均质脱乙酰化工艺，从黑水虻不同发育阶段制备壳聚糖，并对比其与商业壳聚糖的活性。

关键技术方法包括：从黑水虻幼虫、蛹壳和成虫中提取几丁质并经脱乙酰化制备壳聚糖；通过qPCR检测HaCaT细胞中HBD-2基因表达水平；采用微稀释法测定壳聚糖对粪肠球菌（Enterococcus faecalis）、表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）和无乳链球菌（Streptococcus agalactiae）的最小抑菌浓度（MIC）；通过平板菌落计数评估最小杀菌浓度（MBC）。

间接抗菌活性

研究发现，黑水虻壳聚糖能显著上调HaCaT细胞中HBD-2的表达。异质脱乙酰壳聚糖中，蛹壳来源样本在6小时诱导效果最佳，与商业壳聚糖相当；均质脱乙酰壳聚糖中，未漂白蛹壳和成虫样本在6小时和24小时均表现出持续高表达，且24小时效果优于商业壳聚糖（图1、2）。这表明黑水虻壳聚糖可通过激活宿主先天免疫增强抗菌防御。

直接抗菌活性

微稀释实验显示，仅0.5 mg/mL浓度下所有壳聚糖样本对三种病原菌均有抑制效果。对粪肠球菌，均质脱乙酰未漂白蛹壳壳聚糖和异质脱乙酰未漂白幼虫壳聚糖抑菌活性最强（图3）；菌落计数进一步证实其 bacteriostatic（抑菌）而非杀菌作用（图4）。对表皮葡萄球菌，未漂白样本（尤其是均质蛹壳和异质幼虫壳聚糖）显著降低菌落数（图5、6）；对无乳链球菌，抑菌效果较弱，但未漂白样本仍表现出特异性抑制（图7、8）。

结论与意义

黑水虻壳聚糖兼具直接抑制病原菌生长和间接激活宿主免疫的双重功能，其活性与分子量（未漂白样本更高）及脱乙酰化方式相关。该研究为替代甲壳类壳聚糖提供了可持续方案，并拓展了其在伤口敷料、药物递送系统等生物医学领域的应用前景。通过免疫调节而非直接杀菌的作用机制，黑水虻壳聚糖有望降低耐药性风险，为应对AMR挑战提供创新策略。