黑曲霉来源纤维素酶的抗菌、抗肿瘤及抗SARS-CoV-2特性的体外评估及其治疗潜力

本研究针对多重耐药菌感染、乳腺癌治疗和新冠病毒防控三大医学难题，通过固态发酵技术从黑曲霉中提取纤维素酶，系统评估其与阿奇霉素(AZM)联用对MRSA生物膜的协同抑制作用，证实该酶可通过激活caspase-3、调控TNF-α/IL-6/IL-10细胞因子网络抑制乳腺癌细胞，并首次发现其抗SARS-CoV-2活性(IC50 =0.3U/mL)，为开发多靶点生物治疗剂提供新思路。

　　

在抗生素耐药性危机与癌症治疗困境的双重压力下，微生物酶的多功能治疗潜力正成为研究热点。全球每年因耐药菌感染死亡人数已超120万，而乳腺癌持续位居女性癌症发病率首位。与此同时，SARS-CoV-2病毒通过其刺突蛋白的糖基化修饰逃避免疫监视的特性，使抗病毒药物开发面临严峻挑战。传统化学药物的局限性促使科学家将目光转向天然生物活性物质，其中纤维素酶这类既能降解β-1,4-糖苷键又可能具有多重生物活性的酶制剂，展现出独特的应用前景。

埃及药物管理局微生物部门与开罗大学的研究团队创新性地利用椰壳废料作为底物，通过黑曲霉固态发酵获得纤维素酶，系统评估了其在抗感染、抗肿瘤和抗病毒三大领域的应用潜力。这项发表在《Biochemistry and Biophysics Reports》的研究，首次揭示了微生物纤维素酶作为多功能生物治疗剂的可行性。

研究采用固态发酵工艺生产纤维素酶，通过80%饱和硫酸铵沉淀进行部分纯化。抗菌实验选用ATCC标准菌株（金黄色葡萄球菌29737、铜绿假单胞菌25619）和临床分离MRSA菌株，采用微孔板稀释法测定最小抑菌浓度(MIC)，结晶紫染色法定量生物膜。抗肿瘤研究以MDA-MB-231乳腺癌细胞为模型，通过MTT法检测细胞活力，ELISA测定caspase-3、BCL-2及细胞因子水平。抗病毒实验使用hCoV-19/Egypt/NRC-03/2020毒株，通过结晶紫染色法计算半数抑制浓度(IC₅₀
)。

3.1 纤维素酶生产
黑曲霉在椰壳废料基质中发酵产生3.7 U/mL的CMCase（羧甲基纤维素酶）活性，经硫酸铵沉淀后获得部分纯化酶制剂。

3.2-3.5 抗菌与生物膜抑制
虽然纤维素酶单独使用时未显示直接杀菌作用，但与AZM联用展现出显著协同效应：3.7 U/mL纤维素酶使MRSA生物膜减少60%以上（p<0.05），当与1/32 MIC AZM联用时，生物膜抑制率提升2.3倍。这种协同作用可能与酶解生物膜多糖基质有关。

3.6-3.9 抗肿瘤机制
纤维素酶对MDA-MB-231细胞的IC₅₀
为6.16±0.04 μg/mL，其作用机制包括：

• 激活凋亡：caspase-3表达上调6.9倍，BCL-2下调58%
• 调节免疫：促炎因子TNF-α和IL-6分别降低42%和37%，抗炎因子IL-10增加2.1倍
• 抗氧化：DPPH自由基清除活性提升6.9倍

3.11 抗病毒活性
该酶对SARS-CoV-2表现出强抑制活性（IC₅₀
=0.30 U/mL），安全指数(SI=34.2)优于阳性对照（SI=31.5），可能通过破坏病毒包膜糖基化位点发挥作用。

这项研究的多项发现具有突破性意义：在抗菌方面，纤维素酶与AZM的协同作用为克服MRSA生物膜耐药提供了新策略；抗肿瘤机制中同时激活凋亡通路（caspase-3）和免疫调节（IL-10）的双重作用，为乳腺癌靶向治疗开辟了新途径；而抗SARS-CoV-2活性的发现，则拓展了糖水解酶在抗病毒领域的应用前景。

特别值得注意的是，研究采用的椰壳废料固态发酵工艺，不仅实现了农业废弃物的高值化利用，其3.7 U/mL的酶产量也显示出工业化生产潜力。这种"变废为宝"的生产方式，与酶制剂本身的多功能特性相得益彰，完美契合当前绿色制药的发展理念。尽管纤维素酶的具体作用靶点仍需进一步阐明，但该研究无疑为开发新一代基于微生物酶的多靶点治疗剂奠定了重要基础。