植物源化合物肉桂醛對單核細胞增生李斯特氏菌的抑制作用

王帆 劉小莉

摘要：研究了植物源化合物肉桂醛對單核細胞增生李斯特氏菌（Lm）的抑制作用。肉桂醛對Lm的最小抑制濃度和最小殺菌濃度分別為150、300 μg/mL。經過肉桂醛處理的Lm細胞出現菌體細胞變形、膨大的現象，胞外的葡萄糖和核酸含量明顯高于對照，胞內蛋白含量降低，說明肉桂醛處理使得Lm細胞通透性增大，并且抑制了Lm的蛋白合成。流式細胞儀分析結果顯示，最小殺菌濃度的肉桂醛處理6 h后，細胞死亡率可達到95.6%。

關鍵詞：肉桂醛;單核細胞增生李斯特氏菌;抑制作用

中圖分類號： S182 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）24-0194-04

單核細胞增生李斯特氏菌（Listeria monocytogenes，Lm）是一種人畜共患的食源性致病菌，主要存在于水產品、乳品、肉品等動物性食品中，對特定人群（孕婦、新生兒、老人以及免疫缺陷者）的潛在威脅很大，致死率高達20%～30%[1-2]。與大多數病原菌不同的是，Lm在低溫條件下仍可生長繁殖，在食品加工與貯藏過程中容易造成污染引起食物中毒，隨著生活節奏的加快，人們對冷藏以及即食食品的需求比重日益加大，Lm潛在的危險性也逐漸凸顯。現有的防控措施中，化學方法可以快速殺菌但也存在安全隱患，因此開發安全高效的新型抑菌劑具有巨大的應用潛力。

肉桂醛（cinnamaldehyde）在自然界主要存在于樟屬植物中，工業上通常以化學合成的方法進行制備。它的應用極其廣泛，在醫藥領域被用于抗腫瘤、抗病毒等，在食品領域被用作食用香料以及防腐保鮮劑[3]。近年研究表明，肉桂醛對Lm表現出較好的抑制效果[4-6]，但肉桂醛對Lm的作用機制卻很少有報道。本研究探索肉桂醛抑制Lm的作用機制，為將肉桂醛開發成為新型高效抑菌劑提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試菌株和試劑

Lm CICC21532采購自中國工業微生物菌種保藏中心，腦心浸液（BHI）培養基采購自北京陸橋公司，肉桂醛采購自國藥集團，羧基熒光素二乙酸酯（cFDA）、碘化丙啶（PI）采購自美國Sigma公司。

1.2 菌液和藥液制備

將Lm接種于無菌BHI培養基中，37 ℃培養 16 h 至對數期，以BHI培養基調整菌液濃度至1×107 CFU/mL備用。以乙醇作溶劑將肉桂醛配置成濃度為1×105 μg/mL的母液。

1.3 Lm對肉桂醛的敏感性測定

在96孔板上將肉桂醛母液用BHI培養基進行梯度稀釋，使其作用濃度分別為0、25、50、75、100、150、200、300 μg/mL，菌液濃度為1×107 CFU/mL，37 ℃培養24 h。采用超微量微孔板分光光度計于600 nm測定96孔板的吸光度，測定肉桂醛對Lm的最小抑制濃度（MIC）。在沒有渾濁的微孔中接種50 μL培養液涂布于BHI瓊脂培養基上，37 ℃培養24 h，測定肉桂醛對Lm的最小殺菌濃度（MBC）。

1.4 肉桂醛對Lm細胞形態的影響

Lm培養至對數期，加入肉桂醛使其作用濃度分別為MIC和MBC，用無菌水作空白對照，37 ℃、120 r/min 處理6 h后離心收集菌體，用0.1 mol/mL pH值7.4的磷酸緩沖液洗滌3次，加入2.5%戊二醛于4 ℃過夜固定。菌體采用體積分數為30%、50%、70%、90%、100%的乙醇溶液脫水置換，每次15 min，脫水后臨界點干燥，將干燥的菌體固定到金屬臺上，用離子濺射儀對金屬臺噴金、鍍膜，掃描電鏡觀察拍照。

1.5 肉桂醛對Lm細胞通透性的影響

Lm培養至對數期，用無菌磷酸緩沖液（0.1 mol/mL，pH值7.4）洗滌重懸，加入肉桂醛使其作用濃度分別為MIC和MBC，用無菌水作空白對照，置于37 ℃、120 r/min條件下培養，分別于0、1、2、3、4、5、6 h取樣，離心收集上清液，采用F006試劑盒（南京建成生物工程研究所）測定葡萄糖含量，260 nm紫外吸光度反映核酸含量的變化。

1.6 肉桂醛對Lm細胞蛋白的影響

Lm培養至對數期，用無菌磷酸緩沖液（0.1 mol/mL，pH值7.4）洗滌重懸，加入肉桂醛使其作用濃度分別為MIC和MBC，用無菌水作空白對照，37 ℃、120 r/min處理6 h，經細胞破碎儀破碎后離心，取沉淀加入等體積上樣緩沖液混合，于100 ℃沸水浴中保溫5 min，取出冷卻至室溫后進行SDS-PAGE凝膠電泳（分離膠12%，濃縮膠4%，電壓120V）。用染色液染色2～3 h，再用脫色液進行處理后觀察拍照。

1.7 Lm細胞死亡的測定

Lm培養至對數期，用無菌磷酸緩沖液（0.1 mol/mL，pH值7.4）洗滌重懸，加入肉桂醛使其作用濃度分別為MIC和MBC，用無菌水作空白對照，37 ℃、120 r/min處理6 h。菌懸液樣品加入cFDA熒光探針（終濃度50 μg/mL），37 ℃避光裝載10 min，無菌磷酸緩沖液洗滌后加入PI熒光探針（終濃度30 μg/mL），室溫避光裝載10 min，無菌磷酸緩沖液洗滌重懸后進行流式細胞儀分析檢測。流式細胞儀激發波長488 nm，檢測器FL1檢測波長525 nm，檢測器FL3檢測波長620 nm，cFDA進入FL1熒光通道，PI進入FL3熒光通道，獲取FL1-FL3散點圖。

1.8 數據處理與分析

所有試驗均進行3次重復，應用SPSS 17.0軟件對試驗數據進行顯著性分析（P<0.05），Origin 8.5軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 Lm對肉桂醛的敏感性測定

Lm對肉桂醛的敏感性結果見圖1。Lm經肉桂醛處理后生長受到明顯的抑制作用，隨著處理濃度的增大，D600 nm逐漸降低，當濃度達到150 μg/mL時，微孔中觀察不到渾濁，因此肉桂醛對Lm的MIC為150 μg/mL。在無渾濁的微孔中接種50 μL培養液涂布于BHI瓊脂培養基上，37 ℃培養24 h，完全無細菌生長的最小濃度為300 μg/mL，即為肉桂醛對Lm的MBC。

2.2 肉桂醛對Lm細胞形態的影響

肉桂醛對Lm細胞形態的影響見圖2。正常Lm呈短桿狀，菌體形態飽滿，細胞表面光滑。MIC濃度的肉桂醛處理后，Lm菌體細胞變長，細胞之間的界限變得模糊。MBC濃度的肉桂醛處理后，部分細胞出現變形、膨大的現象。肉桂醛作用后Lm細胞表面并未觀察到明顯的凹陷和穿孔。

2.3 肉桂醛對Lm細胞通透性的影響

核酸中的嘌呤和嘧啶堿基在260 nm附近有最大吸收峰，通過測定260 nm處的紫外吸光度可以反映細胞中核酸的泄漏情況[7]。從圖3、圖4可以看出，肉桂醛處理1 h后，Lm細胞外的葡萄糖含量明顯（P<0.05）高于空白對照，處理2 h后，核酸含量也明顯（P<0.05）升高，且含量隨著時間和濃度的增加逐漸升高。說明肉桂醛處理導致Lm細胞的通透性增大，細胞內的物質向細胞外流失。

2.4 肉桂醛對Lm細胞蛋白的影響

肉桂醛對Lm細胞蛋白的影響見圖5，對分子量在15～170 ku的Lm細胞蛋白進行SDS-PAGE電泳分析，正常Lm蛋白電泳條帶完整清晰，MIC肉桂醛處理后，Lm的電泳條帶明顯變淺，MBC肉桂醛處理后，部分條帶逐漸缺失，缺失部分為分子量在35～170 ku之間的蛋白。 結果表明?肉桂醛處理使得Lm細胞蛋白含量降低，一方面肉桂醛抑制了Lm的蛋白特別是大分子量蛋白的合成，進而導致菌體生長受阻死亡;另一方面反映出細胞膜通透性增大導致細胞內蛋白質流失到細胞外，這與“2.3”節的結果趨勢一致。

2.5 Lm細胞死亡的測定

cFDA/PI雙染色結果見圖6，cFDA是一種滲透性染料，自身不發熒光，穿過細胞膜后被細胞內的酯酶水解，釋放出發綠色熒光的羧基熒光素cF，非滲透性的cF只能保留在具有完整細胞膜的活細胞中，死細胞和細胞膜破損的受傷細胞不能被染色[8]。PI不能穿過完整的活細胞膜，只能進入受傷細胞和死細胞破損的細胞膜并與核酸結合發紅色熒光，因此PI染色可以反映出細胞膜破損和細胞死亡的程度[9]。采用cFDA/PI雙染色結合流式細胞儀可以檢測菌體活細胞、受傷細胞和死細胞。流式細胞儀FL1-FL3散點圖顯示4類不同的細胞，即cFDA+/PI-的活細胞（Q1-LR）、cFDA+/PI+的受傷細胞（Q1-UR）、cFDA-/PI+的死細胞（Q1-UL）以及cFDA-/PI-的細胞碎片（Q1-LL）[10]。試驗結果表明，正常Lm大多數細胞處于活細胞狀態，所占比例為93.1%;MIC肉桂醛處理6 h后，活細胞比例降低到2.6%，細胞受傷率和死亡率分別升高到73.7%和21.9%，大多數細胞處于膜損傷狀態，但是細胞內的酯酶仍然具有活性;MBC肉桂醛處理6 h后，細胞死亡率升高到95.6%，大多數細胞處于死亡狀態。

3 結論與討論

本試驗研究了肉桂醛對Lm的抑制作用。肉桂醛對Lm的MIC和MBC分別為150、300 μg/mL。掃描電鏡結果顯示，肉桂醛處理后Lm出現變形、膨大的現象，細胞表面并未觀察到明顯的凹陷和穿孔。 肉桂醛處理1 h和2 h 后Lm細胞外的葡萄糖和核酸含量明顯高于空白對照，說明肉桂醛處理使得Lm細胞通透性增大，細胞內的物質向細胞外流失。SDS-PAGE電泳分析結果表明，肉桂醛處理后Lm細胞蛋白含量降低，肉桂醛抑制了分子量在 35～170 ku之間蛋白的表達。cFDA/PI雙染色結合流式細胞儀檢測結果顯示，肉桂醛處理后的Lm活細胞比例降低，細胞受傷率和死亡率升高，MIC濃度的肉桂醛處理6 h后，細胞受傷率升高到73.7%，MBC濃度的肉桂醛處理6 h后，細胞死亡率達到到95.6%。綜上所述，肉桂醛可對Lm的細胞形態、細胞膜滲透性造成損傷，并且抑制其大分子量蛋白質的合成。有關肉桂醛抑制Lm的特異性靶標和分子機制還有待進一步研究。

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