浙江大學動物科學學院飼料科學研究所 代 臘 袁 超 蔣媛婧 鄒曉庭

大蒜素是從壓碎的大蒜鱗莖中分離出的具有有抗菌活性的一種硫醚化合物。大蒜素是一種有著特殊氣味的揮發(fā)性油狀物，難溶于水（Cavallito和 Bailey，1994；Koch 和 Lawson 等，1996），其主要有以下幾個特性：（1）抗細菌活性，對革蘭氏陰性和陽性細菌均有較好的抗菌作用，包括具有多重賴藥性的大腸桿菌菌株；（2）抗真菌活性，尤其對白色念珠菌屬有較強的抵抗作用；（3）抗寄生蟲活性，對溶組織內阿米巴屬和蘭伯賈第蟲屬等人類腸道內主要的原蟲寄生蟲有很強的抑制作用；（4）抗病毒活性，對體內外多種病毒都具有滅活作用。

1 大蒜素的抗細菌活性

大蒜素具有廣譜抗菌活性。Cavallito和Bailey（1944）研究證明，大蒜的抗菌活性主要是大蒜素起作用。不同細菌和臨床分離群對大蒜素純制劑的敏感度有著很大的差異（見表1）。研究發(fā)現，不同的耐抗生素的細菌菌株，例如，抗甲氧西林金黃色葡萄球菌和許多其他具有多重耐藥性的大腸桿菌、腸球菌、痢疾桿菌及福氏和宋內細菌的腸毒素菌株均對大蒜素敏感（蔡蕓和裴斐，2006）。當在患有細菌性痢疾的兔子模型上測試時，發(fā)現大蒜素對體內福氏Y也有抗菌活性 （Chowdhury等，1991）。另有研究者發(fā)現，其他的細菌菌株，如銅綠假單胞菌、β-溶血鏈球菌、屎腸球菌的類黏蛋白菌株均對大蒜素有耐藥性（王去非等，2008）。這可能是親水莢膜或類黏蛋白層阻止大蒜素穿透到細菌中去，從而導致了這種結果，但還需要進一步研究證明。此外，在發(fā)現抗生素作用的同時，大蒜素抑制結核分枝桿菌的協同效應也被發(fā)現。與其他抗菌物質不同的是，大蒜素抗菌的作用模式完全不同于其他抗菌物質，大蒜的抗菌效果不僅僅體現在體外抑菌方面，更重要的是其能夠調動機體的免疫力，達到抵抗病原微生物的目的 （程桂林等，2009）。

2 大蒜素的抗真菌活性

大蒜油有很強的抗真菌效果，可以限制寄生曲霉和黃曲霉毒素等真菌毒素的形成（Lawson，1996）。濃縮的大蒜油的主要成分為34%的大蒜素，44%的總硫代亞磺酸酯和20%的乙烯二噻烯。大蒜素被認為是阻止真菌生長的主要成分，其可通過體外殺滅和抑制真菌活性來對抗新型隱球菌的3種不同的分離群。研究發(fā)現，純化大蒜素對抗念珠菌活性的最小抑菌濃度為7 μg/mL，而且活性很高（Hughes和 Lawson，1991）。 此外，Yamada 和 Azuma（1997）研究認為，純化大蒜素在較低濃度水平下就能有效的抵抗體外念珠菌屬、隱球菌屬、發(fā)癬菌、表皮癬菌屬和孢子菌屬（大蒜素的最小抑菌濃度為1.57～6.25 μg/mL），并能有效抑制孢子的萌芽和菌絲的生長。而臨床上重要的酵母菌對大蒜素純制劑的敏感性有很大區(qū)別。

表1 不同細菌對大蒜素的敏感性

3 大蒜素的抗寄生蟲活性

30 μg/mL的大蒜素對各種原生動物的抑制效果非常有效，如賈第鞭毛蟲、碩大利什曼原蟲、細滴蟲和法氏短膜蟲等。有研究發(fā)現，大蒜素濃度高于100 μmol/L時，在組織培養(yǎng)的哺乳動物細胞內可以檢測到大蒜素的毒性。但是如果在阿米巴的滋養(yǎng)體存在的情況下完成了孵育，那么即使在如此高的大蒜素濃度下，哺乳動物細胞也不會有損害，這說明大蒜素分子的親和性靶點是寄生蟲（Ankri等，1997）。

4 大蒜素的抗病毒活性

大蒜素在體內、外均表現出一定的抗病毒活性。大蒜素對乙型流感病毒、單純皰疹病毒1型，單純皰疹病毒2型、3型副流感病毒、痘苗病毒、水皰性口炎病毒和沙利斯伯里病毒2型等均具有滅活作用。有研究發(fā)現，一些類似于大蒜植株病毒X的病毒對大蒜油抗病毒效果有抵抗作用（Song等，1997）。

5 大蒜素的作用機制

現在普遍認為，大蒜素抗菌作用與其特別的化學結構關系緊密，其包含的硫醚基和烯丙基可通過抑制菌體代謝酶的活性、損傷菌體細胞膜系統(tǒng)及影響菌體生長環(huán)境來抑制菌體的生長和增殖。

5.1 對菌體巰基酶的競爭性抑制作用 大蒜素分子能透過細菌細胞膜，與酶分子活性中心的巰基結合，競爭性地制酶活性，從而抑制微生物的活性。

大量研究表明，大蒜素的抗菌作用與其含有硫醚基團有很大關系。在阿米巴寄生蟲內，在相對較低的濃度（<10 μg/mL）下就能觀測到大蒜素能強烈抑制半胱氨酸蛋白酶、醇脫氫酶和硫氧還蛋白還原酶的活性，而這3種酶在維持寄生蟲體內正常的氧化還原態(tài)起著關鍵性的作用。此外，大蒜素還能不可逆的抑制木瓜巰基蛋白酶、熱厭氧菌中的NADP+依賴的醇脫氫酶和馬肝中的NAD+依賴的醇脫氫酶的活性（施金玲等，2005）。這3種酶和含有巰基的化合物同時存在時均可以被重新激活。而至少在高一個數量級的濃度下 （>100 μg/mL），大蒜素對組織培養(yǎng)的哺乳動物細胞才有毒性。這種微生物和哺乳動物細胞之間的敏感性的顯著差異可能是由于哺乳動物細胞擁有較微生物濃度高的谷胱甘肽所致。Ghannoum等（1988）研究表明，L-半胱氨酸、谷胱甘肽等含有巰基的物質能夠降低大蒜素的抗菌活性。Ross等（2001）研究發(fā)現，基質中色氨酸或半胱氨酸的降低，會使大蒜素的抗菌效果會有所提高；由此證明了硫氧基團在大蒜素抗菌效果中的主導地位。

大蒜素還可與脫氫酶、硫氧還蛋白還原酶、RNA聚合酶上的巰基結合，從而影響半胱氨酸蛋白酶的活性。Coppi等（2006）研究表明，大蒜素能夠抑制囊胞蛋白酶的活性，可以阻止孢子的侵染和降低老鼠血液中寄生生物的數量。Bakri和Douglas（2005）通過口腔感染細菌試驗發(fā)現，大蒜素能夠抑制胰蛋白酶的活性。宋衛(wèi)國等（2004）研究表明，L-半胱氨酸溶液能很好地拮抗大蒜提取液的抑菌活性，表明真菌中含巰基位點是大蒜提取液中有效成分的作用靶標點；大蒜提取液中的有效成分競爭性地抑制了蛋白酶、細胞壁酶的催化活性；能抑制病菌蛋白質和RNA的合成。此外，大蒜素還可以通過影響參與呼吸鏈過程的酶的活性，來阻礙菌體細胞呼吸鏈過程的正常運轉。另外，Yoshid等（1999）從大蒜提取物中分離出來不同的基團，并做了抑菌效果的比較，結果顯示，抗菌活性順序是：烯丙基 >甲基 >丙烯基，從而反映出烯丙基對大蒜素的重要性。

5.2 對菌體膜系統(tǒng)的損傷作用 大蒜素還可通過脂質氧化等作用，改變菌體細胞膜的特性。Ogita等（2009、2006）在大蒜素和兩性霉素B控制真菌感染的試驗中發(fā)現，大蒜素能夠抑制麥角固醇從質膜向液泡膜轉移，從而提高兩性霉素B進攻的效率，顯著提高兩性霉素B的抗菌效果。Ogita等（2007）用多粘菌素B（一種陽離子抗菌多肽）與大蒜素一起使用，研究其對多種酵母菌與絲狀真菌的抑制，結果表明，大蒜素能夠提高酵母菌細胞膜的通透性，此外，大蒜素介導的脂質氧化能夠加強菌體細胞對多粘菌素B的攝取，提高多粘菌素B的抗菌效果。An等（2009）研究也表明，大蒜素介導的氧化損傷，能夠有效破壞不同真菌的細胞膜和液泡膜。Perez-Giraldo等（2003）則通過試驗證明，大蒜素能夠影響表皮鏈球菌生物膜的形成。

5.3 對菌體生長大環(huán)境的影響 大蒜素能與細菌生長繁殖所必需的半胱氨酸分子的巰基相結合（陳雄等，2002）。 Ross等（2001）的研究也從另一側面證實了此觀點。另有報道稱，大蒜素能夠影響菌體生長環(huán)境中的溶氧量，這也必然對菌體宿主的內環(huán)境產生影響（徐小江，2010）。大蒜素對環(huán)境中其他因素的影響，還有待進一步的研究。

5.4 大蒜素的作用靶點及多重抑制效應 大蒜素可特定的抑制其他細菌的酶。例如，通過可逆的非共價鍵結合來抑制由醋酸激酶和磷酸轉乙酰輔酶A合成酶組成的乙酰輔酶A成型系統(tǒng)（Focke等，1990）。低于10 mmoL的抑制濃度為50%（I50value）的大蒜素抑制（C14）醋酸摻入質粒的分離脂肪酸。此外，研究發(fā)現，在抑菌濃度范圍內（0.2～0.5 mmol/L）大蒜素只能抑制部分鼠傷寒沙門菌的DNA和蛋白質合成，但對RNA合成的影響更明顯，這說明RNA可能是大蒜素作用的主要目標。大腸桿菌RNA聚合酶的α亞單位中包含了一個單巰基，能和巰基的特定試劑-庫里克的單體熒光素衍生物發(fā)生反應，由此證明RNA聚合酶可能也是大蒜素作用的目標（Ozolin等，1990）。此外，大蒜素的衍生物阿霍烯，有一個類似的硫醚基團，具有對克魯斯錐蟲增殖的抑制作用，主要原因可能是其對磷脂酰膽堿的生物合成抑制產生作用。

由此可見，大蒜素及其衍生物的廣譜抗菌作用是由于其對多種巰基依賴性酶系統(tǒng)存在多重抑制效應。在現階段，很難去闡明究竟哪個才是大蒜素作用的更致命的目標，原因很可能是大蒜素可能在不同的水平發(fā)揮作用。這點很好的解釋了大蒜素在不同濃度會產生不同的效應。例如，大蒜素可能在極低濃度下就可抑制一些對宿主組織造成嚴重傷害的巰基蛋白酶，雖然在這種低濃度下不會殺滅菌體本身，但這足以消滅微生物的毒力。在較高的濃度下，其他一些酶，如脫氫酶或硫氧還蛋白還原酶均可能會受到影響，即使是對這些酶的部分抑制對微生物而言也是致命的。

6 小結

目前，大蒜素在食品保鮮、防腐，醫(yī)療保健，動物飼料添加劑等方面得到廣泛應用。但值得注意的是，研究發(fā)現高劑量的大蒜素具有一定的毒性。為此可通過大蒜素毒性試驗，更深入地探討大蒜素的作用機制，確定適宜的添加量，為大蒜素在動物生產中的合理應用提供更多的科學依據。

[1]蔡蕓，裴斐.大蒜素聯合頭孢唑林或苯唑西林對葡萄球菌的抗菌作用[J].中國臨床藥理學與治療學，2006，11（8）：925 ～ 928.

[2]陳雄，喬聽，林向東，等.大蒜油抗菌作用的初步研究[J].中國調味品，2002，10：14 ～ 15.

[3]程桂林，徐淑芳，劉鳳華，等.大蒜揮發(fā)油對豬雞四種常見致病菌的抗菌效果[J].動物營養(yǎng)學報，2009，21（2）：554 ～ 560.

[4]施金玲，蔡璇，孫端陽，等.大蒜素、氟康唑對醫(yī)院感染酵母菌的體外抗菌活性研究[J].中華醫(yī)院感染學雜志，2005，15（12）：1339 ～ 1341.

[5]宋衛(wèi)國，李寶聚，劉開啟，等.大蒜化學成分及其抗菌活性機制研究進展[J].園藝學報，2004，31（2）：263 ～ 268.

[6]王去非，蔣培森，郭紅櫻.大蒜素對變形鏈球菌抑制作用的體外研究[J].口腔醫(yī)學，2008，28（2）：87 ～ 88.

[7] 徐小江，肖文軍，陳慶，等.大蒜素抗菌作用[J].醫(yī)藥導報，2010，29（8）：1048～1051.

[8]Ankri S，Miron T，Rabinkov A，et al.Allicin from garlic strongly inhibits cysteine proteinases and cytopathic effects of Entamoeba histolytica[J].Antimicrob.Agents Chemother，1997，10：2286 ～ 2288.

[9]An M M，Shen H，Cao Y B，et al.Allicin enhances the oxidative damage effect of amphotericin B against Candida albicans[J].A ntimicrob Agents，2009，33（3）：258 ～ 263.

[10]Bakrii M，Douglas C W.Inhibitory effect of ga rlic extract on oral bacteria[J].Arch Oral Biol，2005，50（7）：645 ～ 65.

[11]Block E.The chemistry of garlic and onion[J].Sci Am 1985，252：94 ～ 99.

[12]Cavallito C，Bailey J H.Allicin，the antibacterial principle of Allium sativum.Isolation，physical properties and antibacterial action[J].Am Chem Soc，1944，66：1944 ～ 1952.

[13]Chowdhury A K，Ahsan M，Islam S N，et al.Efficacy of aqueous extract of garlic and allicin in experimental shigellosis in rabbits[J].Ind J Med Res 1991，93：33 ～ 36.

[14]Coppi A，Abini A N M，Mirelmand，et al.Antimalarial activity of allicin，abiolo gically active compound from garlic cloves[J].Antimicro Agents Chemoth，2006，50（5）：1731 ～ 1737.

[15]Focke M，Feld A，Lichtenthaler K.Allicin，a naturally occurring antibiotic from garlic，speci?cally inhibits acetyl-CoA synthetase[J].FEBS Lett，1990，261：106～108.

[16]Ghannoum M A.Studies on the anticandidal mode of action Allium sativum（garlic）[J].Gen Microbiol，1988，134（11）：2917 ～ 2924.

[17]Hughes B G，Lawson L D.Antimicrobial effects of Allium sativum L.（garlic） Allium ampeloprasum （elephant garlic） and Allium cepa L.（onion）garlic compounds and commercial garlic supplement products[J].Phytother Res，1991，5：154 ～ 158.

[18]Koch H P，Lawson L D.Garlic，the science and therapeutic application of Allium sativum L.and related species[A].In：Retford D C （Ed）.Williams and Wilkins，Baltimore[C].1996.1 ～ 233.

[19]Lawson L D.The composition and chemistry of garlic cloves and processed garlic.in：Koch H P，Lawson L D （Eds）.Garlic：the science and therapeutic application of Allium sativum L[A].Williams and Wilkins，Baltimore[C].1996.37～108.

[20]Ogita A，Fujita K，Aniguchi M，et al.Enhancement of the fungicidal activity of amphotericin B by allicin，an allyl～sulfur compound from garlic，against the yeast Saccharomyces cerevisiae as a model system[J].Planta Med，2006，72（13）：1247 ～ 1250.

[21]Ogita A，Fujita K，Tanaka T.Enhancement of the fungicidal activity of amphotericin B by allicin：effects on intracellular ergosterol trafficking[J].Planta Med，2009，75（3）：222 ～ 226.

[22]Ogita A，Nagao Y，Fujita K，et al.Amplification of vacuole ～targeting fungicidal activity of antibacterial antibiotic polymyxin B by allicin，an allyl sulfur copound from garlic[J].Antibiot（Tokyo），2007，60（8）：511 ～ 5l8.

[23]Ozolin O N，Uteshev T A，Kim I A.Specific modification of the alphasubunit of Escherichia coli RNAS polymerase by monomercuric derivative of fluorescein mercuric acetate[J].Mol Biol（Mosk），1990，24：1057 ～ 1066.

[24]Perez-Giraldo C，Cruz-Villalon G，Snchezsi-Los R，et al.Invitro activity of allicin against Staphylococcus epidermidis and influence of subinhibitory concentrations on biofilm formation[J].Appl Microbiol，2003，95（4）：709 ～ 711.

[25]Ross Z M，O’Gara E A， Hill D J，et al.Antimicrobial properties of garlic oil against human enteric bacteria：evaluation of methodologies and comparisons with garlic oil sulfides and garlic powder[J].Applied And Environmental Microbiology，2001，67（1）：475 ～ 480.

[26]Serge A，David M.Antimicrobial properties of allicin from garlic[J].Microbes and Infection，1999，2：125 ～ 129.

[27]Song S I，Song J T，Chang M U，et al.Identification of one of the major viruses infecting garlic plants，garlic virus X[J].Mol Cells，1997，7：705 ～ 709.

[28]Yamada Y，Azuma K.Evaluation of the in vitro antifungal activity of allicin，Antimicrob[J].Agents Chemother，1997，11：743 ～ 749.

[29]Yoshid A H，Katsuzaki H，Ohtar，et al.Antimicrobial Activity of Thiosulfinates Isolated from Oil-MaKcerated Garlic Extract[J].Biosci Biotechnol Biochem，1999，63（3）：591 ～ 594.