《Environmental Microbiology Reports》：Modulation of Quorum Sensing and Virulence Gene Expression in Escherichia coli by Extracts of Physalis alkekengi
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多重耐药（MDR）细菌的涌现突显了开发新型抗菌剂的必要性。在尿路致病性大肠杆菌（Uropathogenic Escherichia coli, UPEC）中，群体感应（Quorum Sensing, QS）与黏附作用是致病过程中的核心环节；因此，研究人员选择l
多重耐药（MDR）细菌的涌现突显了开发新型抗菌剂的必要性。在尿路致病性大肠杆菌（Uropathogenic Escherichia coli, UPEC）中，群体感应（Quorum Sensing, QS）与黏附作用是致病过程中的核心环节；因此，研究人员选择luxS与fimH作为抗毒力靶标。本研究考察了Physalis alkekengi L.根部的乙醇提取物与水提取物对3株大肠杆菌分离株（EC1、EC2、EC3）的抗菌、抗生物膜及基因调控效应。植物化学分析确认了酚类、黄酮类、黄烷醇类及花青素的 presence，同时测定了其抗氧化能力。研究人员采用琼脂孔扩散法、纸片扩散法及肉汤微量稀释法对MDR分离株EC2进行 antimicrobial activity 评估。生物膜抑制效应通过微量滴定板进行定量，luxS与fimH的表达变化则通过实时荧光定量PCR（qPCR）进行评估。乙醇提取物含有更高水平的黄酮类与黄烷醇类，而水提取物则富含更多酚类化合物。两种提取物的花青素含量及DPPH活性均低于检测限。乙醇提取物在10 mg/mL浓度下完全抑制EC3生长，但对EC1、EC2及任何经水提取物处理的分离株均未观察到最低杀菌浓度（MBC）。在EC2中，乙醇提取物产生较大但不均一的抑菌圈，使生物膜减少约63%，并显著下调luxS与fimH的表达（p < 0.05），这些结果支持了P. alkekengi作为天然抗毒力剂的潜力。
## 论文解读
### 研究背景与意义
抗菌药物耐药性（Antimicrobial Resistance, AMR）已成为全球性公共卫生挑战，威胁现有抗生素的有效性并推动新型抗菌策略的探索。自然产物，尤其是药用植物，因其结构多样的生物活性分子而成为替代治疗候选的重要来源。Physalis al结合engi L.（酸浆，又称灯笼果）作为茄科植物，在传统医学中应用广泛，其果实与宿萼常用于缓解呼吸系统疾病、泌尿系统症状及炎症感染。既往研究多聚焦于果实与宿萼，而根部等其他器官的研究相对匮乏。与此同时，尿路致病性大肠杆菌（UPEC）是尿路感染（UTI）的首要病原菌，其致病性由多种毒力因子介导，其中fimH基因编码的I型菌毛黏附素对尿路上皮细胞的黏附及感染建立至关重要；群体感应系统（特别是AI-2/LuxS信号通路）则调控细菌的运动性、生物膜形成及毒力相关基因表达。
植物源次生代谢物可干扰群体感应通路、降低毒力而不 necessarily 抑制细菌生长，这种抗毒力策略能避免传统抗生素产生的强大选择压力。基于此，研究人员开展了这项研究，旨在探究P. alkekengi根部提取物的抗菌、抗生物膜及基因调控作用，评估其作为UTI天然治疗候选的潜力。该研究发表于《Environmental Microbiology Reports》。
### 关键技术方法
样本来源于2023年夏季采自伊朗吉兰省Manjil地区的P. alkekengi根样本，经植物学家鉴定并存档。采用浸渍法制备80%乙醇提取物与水提取物，经离心、浓缩后储存备用。研究涉及的主要技术包括：Folin-Ciocalteu比色法、铝离子比色法及分光光度法进行植物化学分析（总酚、总黄酮、黄烷醇、花青素及DPPH自由基清除活性）；针对分离自伊朗Razi病理实验室临床尿液样本的3株大肠杆菌，采用琼脂孔扩散法、纸片扩散法、肉汤微量稀释法（CLSI标准）测定最低抑菌浓度（MIC）与最低杀菌浓度（MBC）；通过微量滴定板结晶紫染色法测定最低生物膜抑制浓度（MBIC）；采用煮沸裂解法提取基因组DNA，常规PCR验证16S rRNA、luxS、fimH基因；使用RNX-Plus试剂提取RNA，ReverAid试剂盒反转录为cDNA，以SYBR Green法进行实时荧光定量PCR（qPCR，LightCycler 96系统），以2
?ΔΔCt法计算相对表达量，16S rRNA作为内参基因。
### 研究结果
**植物化学组成差异**：乙醇提取物富含黄酮类（0.11 ± 0.003 μg/g干重）和黄烷醇类（150 ± 10 μg/g干重），而水提取物总酚含量更高（0.58 ± 0.02 vs. 0.45 ± 0.01 μg/g干重），且黄烷醇含量显著高于乙醇提取物（38 ± 15 μg/g干重）（p < 0.01）。花青素与DPPH活性在两种提取物中均低于检测限。
**抗菌活性**：药敏试验显示EC2具有最广泛的耐药谱，对7种抗生素不敏感，被归类为多重耐药（MDR）菌株。乙醇提取物抗菌活性优于水提取物：EC3在10 mg/mL乙醇提取物中完全抑制生长（MIC = MBC），而水提取物对任何菌株均未达到完全抑制。针对EC2的琼脂孔扩散试验显示，10 mg/mL乙醇提取物产生8–16 mm（均值10.7 ± 3.8 mm）的抑菌圈，水提取物产生12.0 ± 0.0 mm的抑菌圈，但均弱于庆大霉素阳性对照（23.7 ± 0.6 mm）。
**抗生物膜效应**：乙醇提取物对各菌株生物膜形成均有浓度依赖性抑制作用，10 mg/mL时对EC3生物膜的抑制最强，生物量降至0.345 ± 0.002，相对对照降低63.5%；5 mg/mL和1.25 mg/mL时分别降低约55%和48%。水提取物效果较弱，10 mg/mL时对EC1和EC2分别降低约34%和55%，对EC3几乎无抑制。
**基因表达调控**：qPCR分析显示，乙醇提取物处理显著下调EC2中luxS和fimH的转录水平（p < 0.05）。luxS相对表达量降至0.0586 ± 0.0043（对照0.3236 ± 0.1207），10 mg/mL时降低63%，5 mg/mL和1.25 mg/mL时分别降低46%和48%。fimH表达量降至0.0249 ± 0.120（对照0.1525 ± 0.0839），表明提取物同时抑制群体感应信号合成与黏附因子表达。
### 讨论与结论
研究人员指出，乙醇提取物的较强抗菌活性可能归因于乙醇对特定黄酮类化合物更高的溶解性与提取效率。提取物主要表现为抑菌作用而非杀菌作用，这与植物源化合物常干扰细菌代谢或调控通路而不立即破坏细胞完整性的特性一致。差异抑菌圈的出现可能与化合物在固相培养基中的扩散限制、外膜通透性、外排泵活性及细菌代谢状态有关。
该研究的重要发现在于乙醇提取物对生物膜的显著抑制及对luxS与fimH基因的下调。luxS参与合成自诱导物-2（Autoinducer-2, AI-2），是群体感应与种间通讯的关键分子；fimH则编码I型菌毛顶端黏附蛋白，对细菌黏附宿主上皮细胞不可或缺。这种双重调控机制表明P. alkekengi提取物可同时干扰细菌细胞间通讯与早期定植过程，体现其作为抗毒力策略的潜力。
从环境微生物学视角，群体感应系统调控自然环境中生物膜形成、营养获取及微生物竞争等生态行为，植物源代谢物对这些信号系统的干扰可能影响更广泛的微生物群落动态，为开发环境友好型抗菌剂提供了新思路。
研究结论指出：P. alkekengi乙醇提取物对致病性大肠杆菌具有持续的抗菌与抗生物膜活性，并能显著降低群体感应基因luxS与黏附相关基因fimH的转录水平，表明其靶向细菌通讯与早期定植事件的广泛抗毒力效应。这些特性使P. alkekengi成为削弱感染建立及生物膜相关治疗耐受的天然资源。此外，其代谢物调控群体感应与黏附通路的能力提示这类化合物可能影响宿主外环境微生物的信号传递、表面定植与持续存在，将传统药用植物与更广泛的生态过程相联系。后续研究需分离鉴定活性植物化学成分，阐明其在细菌调控网络中的分子靶点，并通过体内模型评估药效学、药代动力学及安全性，以推动其向临床转化。
