综述：天然植物化学物质在抗生物膜应用中的策略

这篇综述系统总结了天然植物化学物质（如生物碱、黄酮类、醌类等）及其纳米材料在抑制细菌生物膜（Biofilm）形成和清除成熟生物膜方面的研究进展，重点阐述了其通过干扰群体感应（QS）、抑制胞外聚合物（EPS）合成等机制发挥作用的分子机理，为开发新型抗生物膜药物提供了重要参考。

　　

引言

慢性微生物感染已成为全球医疗系统的重大挑战，而生物膜（Biofilm）的形成是导致感染难以根治的关键因素。生物膜是微生物通过分泌胞外聚合物（EPS）形成的结构化群落，其耐药性可达浮游细菌的1000倍。传统抗生素因难以穿透生物膜基质而疗效有限，而植物化学物质因其多靶点作用机制成为抗生物膜研究的新焦点。

生物膜的形成机制

生物膜发育分为五个阶段：可逆附着、不可逆附着、成熟I期、成熟II期和分散。这一过程受群体感应（QS）、环二核苷酸（如c-di-GMP）和小非编码RNA共同调控。例如，铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）在不可逆附着阶段会下调鞭毛基因并激活Psl多糖合成基因，同时启动β-内酰胺酶等耐药基因表达。

天然植物化学物质的抗生物膜作用

1. 生物碱类
小檗碱（Berberine, BBR）通过抑制QS系统关键基因agrA/D和MexXY-OprM外排泵，使MRSA生物膜生物量减少71.7%。苦参碱则通过下调luxS和sdiA基因干扰大肠杆菌的QS通讯。

2. 黄酮类
黄芩素（Baicalein）结合LuxS蛋白抑制AI-2信号通路，而槲皮素通过降低PIA产量抑制表皮葡萄球菌的初始粘附。芦丁（Rutin）能减少禽致病性大肠杆菌的EPS分泌和毒力基因表达。

3. 醌类与非黄酮多酚
芦荟大黄素（Aloe-emodin）靶向OMP6蛋白抑制金黄色葡萄球菌生物膜，而没食子酸通过上调icaR基因抑制PIA合成。白藜芦醇（Resveratrol）以剂量依赖性方式抑制具核梭菌生物膜形成。

4. 萜类
百里香酚（Thymol）通过阻断PIA和eDNA释放破坏MRSA生物膜结构，而穿心莲内酯（Andrographolide）磺酸盐可下调agrD和sarA基因，同时降低生物膜代谢物（如邻氨基苯甲酸）水平。

纳米材料增强策略

植物化学物质纳米化可解决溶解度和生物利用度问题：

• 自组装纳米颗粒：如小檗碱-大黄酸（BBR-Rhe）NPs通过π-π堆积增强对金黄色葡萄球菌生物膜的渗透，清除率提升50.8%。
• 脂质体封装：大蒜脂质体直接融合铜绿假单胞菌外膜释放活性成分。
• 聚合物纳米凝胶：黄芩苷-β-环糊精接枝壳聚糖（CDCS-BA NPs）凭借正电荷靶向负电性生物膜。
• 水凝胶系统：包裹丹参酮IIA的壳聚糖水凝胶（TA@CS）在酸性环境下选择性释放药物，抗菌活性提高4倍。

挑战与展望

当前研究面临活性成分提纯、多菌种生物膜模拟等难题。未来需结合人工智能筛选技术开发智能纳米载体，例如具有pH响应释放功能的穿心莲内酯纳米颗粒。临床转化方面，肉桂醛漱口水已使口腔念珠菌减少61%，而姜黄素胶囊在骨关节炎治疗中显示出与双氯芬酸相当的镇痛效果。

通过整合植物化学与纳米技术，这类策略有望为慢性伤口感染、人工关节相关感染等临床难题提供突破性解决方案。