精油单体Carvacrol抗菌机理研究进展综述

解读人：上海梵蓝  张少卿
首先，我们都知道我国农业农村部对药物添加剂的退市制定了详细的时间表，可见国家对于饲料“无抗”之决心。众多体外试验研究表明天然植物精油具有抗菌、抗病毒、抗虫、抗氧化等活性及安全无污染的特点，所以在各行各业中应用广泛。
1.1  文章背景
植物精油来源于天然植物，具有挥发性和特殊气味，有多种药理活性，在医药保健领域已有应用，而在畜牧业应用才逐渐兴起。植物精油虽然来源于植物，但不是植物提取出来的所有物质都是精油，因为植物体中包含的活性物质众多，而精油具备自己独特的理化特性，只是由于现有的工艺和研究现状，没有完全分离所提取的各种单体成分，或者没有明确和认识其分子结构及各种属性，相应地对其应用就更加有局限性。因此，明确植物精油单体成分从来源到应用及相关信息非常必要，本篇文章更好解说了精油单体 Carvacrol 的抗菌机理。
2.2  文章抗菌机制讲解过程分为6步
2.2.1 细胞膜的破坏
研究表明香芹酚活性对胞质膜的破坏是其抗菌作用的重要机制(图 2)。 Wang LH 研究发现，在添加了 0.77 mM 香芹酚，增加革兰氏阳性金黄色葡萄球菌膜流化效果，膜非支链脂肪酸（UBFA）的含量从 34.9％上升至 62.37％。 在添加更高浓度（1.03 至 4.12 mM）的香芹酚存在下，可以观察到细菌膜形态更严重的损伤，例如完整性破坏【 1 】 。 另外，还有另一项研究显示,暴露的金黄色葡萄球菌香芹酚的剂量浓度(0.6µL /毫升)结果在260 nm处吸光度增加，说明膜损伤引起了细胞内物质渗漏【 2 】 。这跟 carvacrol 拥有的疏水性性质有相。
2.2.2  细胞内 ATP  的消耗
Carvacrol 还有一个间接作用，消耗细胞内 ATP，Carvacrol 现有的游离羟基和离域电子系统也得到了证实对其抗菌活性至关重要【 3 】 ，当香芹酚进入细菌的细胞质,离域孤电子对的香芹酚羟基氧可以形成一个 p-π苯环共轭,促进酚羟基的质子释放到细菌的细胞质,从而增加细菌细胞质的酸度。然而，正常的细胞质 pH 值一般接近中性。为了维持细胞内适当的 pH 值，细菌必须将过量的质子运输出细胞，同时消耗 ATP，最终耗尽细胞内 ATP 池，导致细胞死亡【 4 】
2.2.3  活性氧(ROS) 的诱导
据报道，利用荧光成像技术监测，发现 Carvacrol(图 3) 450µg /毫升浓度，可以诱导大肠杆菌细菌产生 ROS【5】 。

2.2.4  射流泵的抑制

射流泵是一种位于质膜上的染色体编码转运蛋白。许多细菌可以通过排出泵系统将抗菌药物挤压到细胞外环境中，从而降低细胞内药物浓度和引起细菌对抗生素的耐药性。植物产品是自然的流出源，泵抑制剂(EPI)，最近的研究发现，carvacrol 可能是一种潜在的细菌 EPI。Miladi等研究发现，carvacrol 抑制了溴化乙锭(ethidium bromide, EB)在食源性致病菌金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的外流，同时，卡瓦洛和四环素在亚抑制浓度下的联合使用增加了测试细菌对抗生素的敏感性【 6 】 。

2.2.5  抑制细菌生物膜
最近，在许多细菌中发现了 carvacrol 的抗生物膜活性。carvacrol 对生物膜生长的抑制作用与其本身有关内在特征。carvacrol 在水中的溶解度为 800±10ml /L，相对溶解度为 800±10ml/L，亲水性使卡瓦酚通过生物膜的极性多糖基质扩散。

2.2.6 阻塞群体效应

这个说起来比较复杂了，主要关于细菌之间语言屏蔽的，这样细菌沟通不畅，导致群体间调控出现问题，进一步了解请关注我们的公众号。

参考文献
【1】Wang LH, Wang MS, Zeng XA, Zhang ZH, Gong DM, Huang YB. Membrane destruction and DNAbinding of Staphylococcus aureus cells induced by carvacrol and its combined effect with a pulsedelectric field. J Agr Food Chem 2016, 64(32):6355-6363.
【2】Souza EL, Oliveira CEV, Stamford TLM, Conceição ML, Gomes Neto NJ. Influence of carvacrol andthymol on the physiological attributes, enterotoxin production and surface characteristics ofStaphylococcus aureus strains isolated from foods. Braz J Microbiol 2013, 44(1):29-35.
【3】Ben Arfa A, Combes S, Preziosi-Belloy L, Gontard N, Chalier P. Antimicrobial activity of carvacrolremical structure. Lett Appl Microbiol 2010, 43(2):149-154
【4】Suntres ZE, Coccimiglio J, Alipour M. The bioactivity and toxicological actions of carvacrol. Crit RevFood Sci 2015, 55(3):304.
【5】Khan I, Bahuguna A, Kumar P, Bajpai VK, Kang SC. Antimicrobial potential of carvacrol againsturopathogenic Escherichia coli via membrane disruption, depolarization, and reactive oxygen speciesgeneration. Front Microbiol 2017, 8.
【6】 Miladi H, Zmantar T, Chaabouni Y, Fedhila K, Bakhrouf A, Mandouani K, Chaieb K. Antibacterialand efflux pump inhibitors of thymol and carvacrol against food-borne pathogens. Microb Pathog 2016,99:95-100】