Journal of Agricultural and Food Chemistry | 杨海燕团队揭示安石榴苷作为一种选择性组蛋白去乙酰化酶抑制剂可破坏与细菌生长相关的途径并影响多种模式识别受体信号

发布时间：2023-11-11作者：管理员

近日，郑州大学公共卫生学院杨海燕团队在Journal of Agricultural and Food Chemistry上发表题为 Ellagitannin Punicalagin Disrupts the Pathways Related to Bacterial Growth and Affects Multiple Pattern Recognition Receptor Signaling by Acting as a Selective Histone Deacetylase Inhibitor的研究论文。该研究使用多组学和分子对接方法研究了安石榴苷( Puicalagin，PA )调节细菌生长和炎症的生物学过程，并利用多种体外模型对其生物学功能进行了广泛的评价。研究表明，PA通过多种途径发挥其生物学效应，可用于开发用于疾病管理的生物活性食品成分。

石榴是生物活性化合物的丰富来源，在过去的十年里，对石榴功能的研究主要集中在抗氧化、抗炎、抗增殖、抗菌等方面。安石榴苷(Puicalagin，PA)作为一种多酚类化合物，其抗氧化活性占石榴总抗氧化活性的50 %以上。已经证明PA能显著抑制多种细菌菌株的生长，包括金黄色葡萄球菌和化脓性链球菌。PA还能抑制鼠伤寒沙门氏菌的生长，破坏其细胞膜的完整性。此外，某些临床金黄色葡萄球菌分离株对PA的敏感性可能与其各自的抗生素耐药谱有关；有研究还测试了石榴提取物和PA的广谱抗病毒活性，包括抗SARS-CoV-2的活性，这些研究表明PA可以作为抗菌剂的替代品。然而，PA诱导的细菌细胞代谢组失调尚不清楚，其抑制细菌生长并影响人类细胞转录组的生物学过程仍有待阐明。因此，在本研究中，利用多组学和基于分子信息学的方法来更好地了解PA如何通过增强其抗炎和抗增殖特性的方式调节两种人类细胞系中的全局基因表达；并尝试通过啮齿类柠檬酸杆菌模型了解PA诱导的代谢组失调和参与PA介导的细菌生长抑制的生物学途径。

本研究发现，PA通过改变细菌病原体啮齿柠檬酸杆菌（C.rodentium）的转录组特征抑制其黏附，并以剂量依赖的方式抑制柠檬酸杆菌的生长。受PA影响的通路广泛，包括ABC转运蛋白、双组分系统、嘧啶代谢和丙酸代谢。这些通路在细菌的新陈代谢和遗传信息处理中起着至关重要的作用。结果显示，上调基因中，细菌趋化性和组氨酸代谢通路相关基因显著富集。另一方面，生物被膜形成、碱基切除修复和群体感应是下调基因中显著富集的通路(图1 )。

图1. PA抑制C.rodentium的生长，破坏细菌转录组中的多种生物学途径

主成分分析( PCA )表明，在有或没有PA孵育的细菌细胞中具有不同的整体代谢组模式。羟丙酰肉碱和异丁酸是PA显著降低的代谢物之一，PA降低的代谢物涉及精氨酸代谢和ABC转运蛋白等多条代谢通路。在PA处理的细胞中观察到PA代谢中间产物鞣花酸的显著增加，谷胱甘肽代谢代表了PA显著增加的代谢物中显著富集的途径之一。棕榈酰甘氨酸、天冬氨酰苯丙氨酸和苯乙酰甘氨酸是区分PA处理和未处理C.rodentium细胞的3个最显著的代谢物（图2）。

图2. PA对C. rodentium代谢组中代谢通路的干扰作用

PA在体外促进巨噬细胞的内吞和胞内细菌杀伤。与未处理的对照细胞相比，巨噬细胞吞噬的柠檬酸杆菌细菌细胞数量增加了2.2倍。此外，PA显著增强了巨噬细胞介导的胞内细菌杀伤，表现为逃避杀伤的细菌细胞数量减少了3倍（图3）。

图3. PA促进巨噬细胞介导的细菌杀灭，在体外诱导人巨噬细胞转录组发生变化

PA可能是膜蛋白受体Toll样受体4（TLR4）的部分拮抗剂，参与炎症反应的多条通路的抑制可能部分是由于PA诱导的TLR4表达下调。分子对接模拟结果表明PA对TLR4具有较高的亲和力，利用分子动力学模拟算法GROMACS进一步验证了分子对接模拟的结果。此外，综合RMSD和RMSF值，表明P -TLR4构象稳定性良好（图4）。

图4. 计算机模拟表明PA在体外人巨噬细胞中作为TLR4的部分拮抗剂

此外，本研究还发现PA能够作为一种组蛋白去乙酰化酶（HDAC）调节剂，在人类细胞中发挥其对全基因表达的调控作用。PA对控制全局基因表达的表观遗传过程中的关键酶—多种HDACs的转录丰度有很强的调控作用（图5）。

图5. PA在人巨噬细胞和肠上皮细胞中作为HDAC7的选择性抑制剂

综上，本研究结果表明：（1）PA在体外影响了数十种生物学途径，（2）PA可下调多种模式识别受体，对TLR4具有较高的亲和力，（3）PA可作为HDAC的选择性调节剂，（4）作为抑菌剂，PA影响C.rodentium中与生物膜形成和群体感应相关的通路，（5）PA可通过多个靶点发挥其生物学效应。这些发现表明PA有潜力作为各种疾病的功能性食品成分。

郑州大学公共卫生学院杨海燕教授和美国农业部Robert W. L教授为该论文的通讯作者。郑州大学公共卫生学院杨海燕团队的青年教师刘芳副研究员为论文的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jafc.2c08738