石榴叶提取物通过实验与计算方法揭示其作为天然抗菌剂的潜力及CTX-M-9 β-内酰胺酶抑制机制

针对多重耐药(MDR)大肠杆菌的全球威胁，研究人员通过实验与计算方法探究石榴叶甲醇提取物(MPGL)的抗菌活性及其对CTX-M-9 β-内酰胺酶的抑制作用。研究发现MPGL对MDR E. coli具有显著抑菌效果（抑菌圈16.67±0.29 mm），并通过分子对接和动力学模拟筛选出表儿茶素(Epicatechin)、山奈酚(Kaempferol)和芹菜素(Apigenin)作为潜在抑制剂，结合能分别为-6.25、-5.23和-5.21 kcal/mol。ADMET分析显示这些化合物安全性良好，为开发新型植物源抗菌药物提供了重要依据。

　　

论文解读

抗生素耐药性已成为全球公共卫生的“隐形杀手”，其中产CTX-M-9型β-内酰胺酶的多重耐药大肠杆菌尤为棘手。这种“超级细菌”能水解青霉素和头孢菌素类药物，导致临床治疗失败。世界卫生组织预测，若不采取行动，2050年每年将有1000万人死于耐药感染。传统抗生素研发陷入瓶颈，而植物源天然化合物因其结构多样性和低毒性重新进入科学家视野。石榴(Punica granatum)在传统医学中常用于抗感染，但其叶片成分的抗耐药菌机制尚不明确。

为解决这一问题，拉杰沙希大学联合多家机构的研究团队通过实验与计算相结合的策略，系统评估石榴叶甲醇提取物(MPGL)对MDR E. coli的抑制作用，并聚焦CTX-M-9 β-内酰胺酶(PDB ID:1YLY)这一关键靶点。研究采用琼脂扩散法测定抗菌活性，通过分子对接筛选潜在抑制剂，结合MM-GBSA计算结合自由能，并开展100 ns分子动力学(MD)模拟验证复合物稳定性。ADMET分析评估化合物成药性，所有实验均设三重重复确保可靠性。

抗菌活性
MPGL对E. coli的抑菌效果呈浓度依赖性，100 μg/disc时抑菌圈达16.67±0.29 mm。这与石榴叶中鞣质、黄酮类物质的抗菌机制相关，它们可通过干扰细菌DNA合成和酶功能发挥作用。

活性位点与ADMET特性
CASTp分析确定CTX-M-9的活性口袋关键残基为SER70、LYS73等。29种植物化学成分中，表儿茶素、山奈酚和芹菜素符合Lipinski五规则（分子量<500，LogP≤5），且胃肠道吸收率高。毒性预测显示三者无致突变性，但山奈酚存在肝毒性风险（概率0.68）。

分子对接与MM-GBSA验证
表儿茶素与CTX-M-9结合能(-6.25 kcal/mol)优于对照药头孢他啶(-4.28 kcal/mol)，主要通过与ASN132、ASP240形成氢键。MM-GBSA计算进一步证实其结合自由能(-37.953 kcal/mol)显著低于对照。

分子动力学模拟
100 ns轨迹分析显示：

• RMSD：表儿茶素-蛋白复合物波动最小（平均1.69 ?），结构最稳定；
• Rg：表儿茶素复合物紧凑性最佳（平均3.60 ?）；
• SASA：山奈酚溶剂暴露面积最小(164.47 ?²)，提示结合紧密；
• RMSF：活性位点残基波动均<3 ?，表明配体结合未引起蛋白显著构象变化。

结论与意义
该研究首次揭示石榴叶提取物通过多靶点协同发挥抗MDR E. coli作用：MPGL直接抑制细菌生长，而其黄酮类成分可阻断CTX-M-9的抗生素水解功能。表儿茶素因最优的结合稳定性和安全性，成为开发β-内酰胺酶抑制剂的先导化合物。这项工作为“植物抗生素”研发提供了新思路，但需后续酶抑制实验和动物研究验证。论文发表于《Scientific Reports》，为应对抗生素耐药危机贡献了兼具传统智慧与现代科学依据的解决方案。