吲哚及吲哚衍生物对细菌耐药性的研究进展

摘 要 吲哚是细菌一种重要的细胞内和细胞间信号分子，并参与细菌的多种生理活动，如耐药性、控制毒力、生物膜形成等。多项研究证实吲哚通过调控多药耐药性基因的表达使细菌获得多重耐药性，这为新型外排泵抑制剂的研制提供了潜在性的靶标与思路。目前，许多天然的和合成的吲哚衍生物已被作为外排泵抑制剂用于干扰或破坏细菌耐药泵的作用从而阻断病原菌的耐药机制，增强传统抗生素的杀菌能力。

关键词 吲哚 吲哚衍生物 耐药性 双向信号调控系统

中图分类号：TQ251.34 文献标识码：A

吲哚是色氨酸酶（TnaA）產生的一种芳香杂环有机化合物，色氨酸酶可以将色氨酸转化为吲哚，丙酮酸和氨（Snell， 1975）。在大肠杆菌中，色氨酸酶的表达由操纵子控制。目前，多项研究证实吲哚作为细菌细胞内和细胞间信号分子能够轻松地跨膜传递，并可以通过调控多药耐药性基因的表达使细菌获得多重耐药性，此现象不仅存在于产吲哚的细菌中，也存在于不产吲哚的致病菌如人类致病菌鼠伤寒沙门氏菌、铜绿假单胞菌以及恶臭假单胞菌中（Hirakawa et al.， 2009； Nikaido et al.， 2012； Lee et al.， 2009； Molina-Santiago et al.， 2014）。

1吲哚对自产吲哚的细菌耐药性调控

Hirakawa等（2005）发现吲哚通过双向信号调控系统BaeSR和CpxAR或转录激活因子GadX上调多药耐药性外排泵基因mdtE、acrD、acrE、emrK、yceL和cusB的表达，从而提高大肠杆菌对罗丹明6G（rhodamine 6G）和SDS的抗性，并呈浓度依赖型。0.5-2 mM吲哚（此浓度接近大肠杆菌平台期培养上清液的吲哚浓度）（Kim et al.， 2011）范围内，多药耐药性外排泵基因表达量随吲哚浓度增加而升高。其中，吲哚对mdtE和acrD的上调作用最为显著，2 mM吲哚可使mdtE和acrD表达量分别提高22倍和6.5倍。Hirakawa等（2005）提出了关于吲哚上调大肠杆菌多药耐药性外排泵基因表达提高对罗丹明6G和SDS抗性的网络调控途径。如图1所示，吲哚信号分子首先作用于大肠杆菌双向信号调控系统BaeSR和CpxAR的组氨酸蛋白激酶BaeS和CpxA，随后传递到反应调节蛋白BaeR和CpxR。激活的反应调节蛋白BaeR和CpxR直接结合到arcD和mdtA启动子上游的相应位点，从而上调多药耐药性外排泵基因arcD和mdtABC的表达。BaeR可以直接上调arcD和mdtABC基因的表达而不需要CpxR，但CpxR可以通过结合到BaeR结合位点上游的多个区域增强BaeR的作用。还发现CpxA信号通路可以通过未知因子上调mdtABC基因的表达，此信号通路不依赖BaeR的调控。另外，吲哚可通过转录激活因子GadX调控多药耐药性外排泵基因mdtEF的表达。虽然双向信号调控系统EvgSA可以调控mdtEF基因表达，但是GadX可同时调控mdtEF的信号通路而不需要EvgA的参与。研究发现baeR和cpxR不参与吲哚对多药耐药性外排泵基因mdtEF的调控作用。同样地，吲哚对多药耐药性外排泵基因arcD和mdtABC的调控作用不受gadX缺失的影响。

2吲哚对不产吲哚的细菌耐药性调控

多项研究证实，外源添加吲哚还可以影响那些不产吲哚的病原菌的耐药性（Nikaido et al.， 2012； Lee et al.， 2009； Molina-Santiago et al.， 2004）。在鼠伤寒沙门氏菌中，外源吲哚可提高多药耐药外排泵AcrAB-TolC的转录激活因子ramA基因的表达并呈浓度依赖型。吲哚浓度在1-4 mM时，ramA的表达随吲哚浓度的增加而升高，4 mM外源吲哚可使ramA基因表达量提高39倍，并且吲哚对ramA基因的调控依赖于ramR的存在。吲哚通过诱导转录激活因子ramA基因的表达上调鼠伤寒沙门氏菌多药耐药性外排泵acrAB-tolC提高细菌耐药性（图2）。吲哚首先激活转录因子ramA基因的启动子促进RamA蛋白产生，RamA结合到acrAB和tolC启动子上游从而上调多药耐药外排泵基因acrAB-tolC的表达，增加耐药性。Lee等（2009）研究发现外源吲哚通过抑制编码MexGHI-OpmD的多药耐药性外排泵基因的表达增强铜绿假单胞菌对四环素、庆大霉素、氨苄青霉素的耐药性。Molina-Santiago等（2014）发现恶臭假单胞菌在TtgABC外排泵基因缺失的情况下，吲哚提高其由质粒编码的TtgGHI外排泵基因的表达，增加对杀菌剂（氨苄青霉素、诺氟沙星等）和抑菌剂（氯霉素、红霉素和四环素等）耐药性。

3吲哚衍生物作为外排泵抑制剂的研究进展

吲哚作为细胞间信号分子参与细菌耐药性的调控，为新型外排泵抑制剂的研制提供了潜在性的靶标与思路。目前，许多天然的和合成的吲哚衍生物已被作为外排泵抑制剂用于干扰或破坏细菌耐药泵的作用从而阻断病原菌的耐药机制，增强传统抗生素的杀菌能力（咸瑞卿 & 马淑涛，2007）。

利血平是第一个被证实对细菌耐药泵有抑制作用的吲哚生物碱（Hsieh et al.， 1998），其主要抑制金黄色葡萄球菌的NorA耐药泵及与其同源的耐药泵（如肺炎球菌的耐药泵PmrA），它能将诺氟沙星、环丙沙星等药物对金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度（MIC）降至原来的一半从而增强细菌对药物敏感性。

Markham等（1999）从370个吲哚衍生物中筛选得到30个活性化合物，其中对耐药泵抑制作用最强的是5-硝基吲哚类（INF55）。5-硝基吲哚类与环丙沙星联合作用可以逆转固有耐药菌株和获得性耐药菌株的耐药性，降低耐药菌株出现率。Samosom等（2006）设计合成了一系列具有5-硝基-2-芳基-1H-吲哚结构的5-硝基吲哚类衍生物，检测发现其中有3种可抑制NorA多药耐药泵并增强黄连素抗菌活性。

此外，Lepri等（2016）通过对吲哚C5和N1化学修饰设计了48种吲哚衍生物作为NorA泵抑制剂，其中有4种化合物对NorA泵的半抑制浓度（IC50）低于5 M，显示了良好的耐药泵抑制活性。

4展望

对吲哚及吲哚衍生物在细菌耐药机制中的研究，为今后通过控制吲哚水平或吲哚衍生物降低外排泵基因的表达，削弱病原菌的耐药性，提高现有抗生素的药效，有效控制病害发生，提供科学的理论依据。

作者简介：张耀，1992年6月，女，山东省济宁市人，中国海洋大学海洋生命学院2014级微生物学硕士，研究方向：分子微生物。

参考文献

[1] Snell，E.E.Tryptophanase： structure， catalytic activities， and mechanism of action[J].Advances in Enzymology & Related Areas of Molecular Biology， 1975（42）：287.

[2] Hirakawa，H.&Y.Inazumi&T.Masaki，et al. Indole induces the expression of multidrug exporter genes in Escherichia coli[J]. Molecular Microbiology， 2005， 55（04）： 1113-1126.

[3] Hirakawa，H&T.Kodama&A.Takumi-Kobayashi，et al. Secreted indole serves as a signal for expression of type III secretion system translocators in enterohaemorrhagic Escherichia coli O157：H7[J]. Microbiology， 2009， 155（02）： 541-550.

[4] Nikaido，E&E.Giraud&S.Baucheron，et al.Effects of indole on drug resistance and virulence of Salmonella enterica， serovar Typhimurium revealed by genome-wide analyses[J].Gut Pathogens， 2012，4（01）： 1-13.

[5] Lee，J.&T.Maeda&S.H.Hong，et al. Reconfiguring the quorum-sensing regulator SdiA of Escherichia coli to control biofilm formation via indole and N-acylhomoserine lactones[J]. Applied & Environmental Microbiology， 2009， 75（06）： 1703-1706.

[6] Molinasantiago，C& A.Daddaoua&S.Fillet，et al. Interspecies signalling： Pseudomonas putida efflux pump TtgGHI is activated by indole to increase antibiotic resistance[J].Environmental Microbiology， 2014， 16（05）： 1267-1281.

[7] Kim，Y.G&J.H.Lee&M.H.Cho，et al. Indole and 3-indolylacetonitrile inhibit spore maturation in Paenibacillus alvei[J]. BMC Microbiology， 2011， 11（01）： 119.

[8] Hsieh，P.C&S.A.Siegel&B.Rogers，et al. Bacteria lacking a multidrug pump： a sensitive tool for drug discovery[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，1998，95（12）：6602-6606.

[9] Lepri，S.&F.Buonerba&L.Goracci，et al. Indole Based Weapons to Fight Antibiotic Resistance： A Structure-Activity Relationship Study[J].Journal of Medicinal Chemistry， 2016， 59（03）： 867-891.

[10] Samosorn，S.&J.B.Bremner&A.Ball，et al. Synthesis of functionalised 2-aryl-5-nitro-1-indoles and their activity as bacterial NorA efflux pump inhibitors[J].Bioorganic & Medicinal Chemistry，2006， 14（03）： 857.

[11] Markham，P.N.&E.Westhaus&K.Klyachko，etal.Multiple novel inhibitors of the NorA multidrug transporter of Staphylococcus aureus[J].Antimicrob Agents Chemother，1999，43（10）：2404-2408.

[12] 咸瑞卿，馬淑涛.NorA多药耐药外排泵抑制剂研究进展[J].中国药学杂志，2007，42（14）：1045-1048.