肉桂醛联合头孢曲松治疗耐药性沙门氏菌感染的药效学研究

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耐药性细菌引起的感染已经造成了全球公共卫生的负担,威胁人类健康安全。沙门氏菌(Salmonella)是一种常见的人兽共患病病原菌,由于抗生素的滥用和不合理使用,沙门氏菌耐药性日益严重。如今养殖行业的饲料添加剂施行减抗和限抗,及兽用抗菌药的使用进行减量化行动,在兽医临床上将面临针对耐药性细菌感染无药可用的窘境。新抗菌药物、新抗感染治疗策略已经成为当前研究的重要方向。临床上,抗生素联合中药在抗细菌感染治疗方面疗效显著。肉桂醛(Cinnamaldehyde)是肉桂挥发油中的主要成分,为天然醛类化合物,实验室前期研究发现,肉桂醛对耐药性沙门氏菌具有一定抑菌活性。头孢曲松(Ceftriaxone)为第三代头孢类抗生素,常用于治疗沙门氏菌感染,近年来细菌对其耐药率居高不下。本研究以耐头孢曲松的肠炎沙门氏菌SJ2株作为研究对象,探究肉桂醛和头孢曲松体外联合对耐药性沙门氏菌抑菌的作用及机制,验证肉桂醛联合头孢曲松钠对耐药性沙门氏菌感染小鼠的疗效。本研究分为以下三个部分:1.肉桂醛联合头孢曲松钠对耐药性沙门氏菌的体外抑菌活性使用微量肉汤稀释法分别测定肉桂醛和头孢曲松钠对多种耐药性细菌的最小抑菌浓度;通过棋盘试验测定肉桂醛和头孢曲松钠对多种耐药细菌的联合抑菌指数。测定生长曲线和时间-杀菌曲线的实验进一步探究肉桂醛在体外联合头孢曲松钠抑制耐药性沙门氏菌SJ2株的抑菌活性。使用耐药性诱导研究的实验方法探究肉桂醛对沙门氏菌耐药性发展的影响。结果表明,肉桂醛对沙门氏菌SJ2株的MIC为256μg/m L,头孢曲松钠对耐药性沙门氏菌SJ2的MIC>1024μg/m L,两者联用对多种耐药性细菌可表现为协同作用和部分协同作用,对SJ2株的联合抑菌效果最好,联合抑菌指数FICI=0.375<0.5。生长曲线实验发现亚抑菌浓度的肉桂醛(64μg/m L)与1/8MIC浓度的头孢曲松钠(1024μg/m L)联用时即可抑制耐药性沙门氏菌SJ2的增殖,并对已生长到对数期的SJ2显示出一定的杀菌活性;在耐药性诱导研究中,头孢曲松钠可以诱导标准沙门氏菌产生耐药性,MIC在传代30次后增长16倍,同时加入肉桂醛时仅增长2倍,肉桂醛不易诱导标准沙门氏菌对头孢曲松钠产生耐药性。2.肉桂醛联合头孢曲松钠体外抑制耐药性沙门氏菌的机制分析通过膜去极化测定、扫描电子显微镜观察、细菌生存力测定及抗生素蓄积分析试验探究肉桂醛和头孢曲松钠联用后是否对沙门氏菌SJ2的细胞膜产生影响。通过头孢硝噻吩水解试验、聚丙烯酰胺凝胶电泳及荧光定量PCR试验探究肉桂醛与头孢曲松钠联合使用对耐药性沙门氏菌SJ2的超广谱β-内酰胺酶活性、含量及其耐药基因表达产生的抑制作用。通过转录组试验深入分析肉桂醛增强头孢曲松钠抗菌能力的可能机制。膜去极化测定结果发现,肉桂醛联合头孢曲松钠比起单用头孢曲松钠或肉桂醛,可以引起显著的细菌膜去极化;使用扫描电子显微镜从形态学上观察联合用药对细菌膜形态的影响,结果发现肉桂醛联合亚抑菌头孢曲松钠共同处理后,随着肉桂醛浓度增加,细菌膜损伤越来越严重;经活死细胞染色法观察加入头孢曲松钠和肉桂醛处理细菌后,细菌膜完整性受损程度,结果肉桂醛联合亚抑菌浓度头孢曲松钠比起单用头孢曲松钠组,细菌膜完整性严重受损;使用高效液相色谱法定量分析不同药物处理后细菌内的头孢曲松钠蓄积,结果使用64μg/m L的肉桂醛与1024μg/m L头孢曲松钠联合应用后,细菌内头孢曲松含量比仅用头孢曲松钠组增加了93.46±12.24%(P<0.001)。与只有亚抑菌浓度头孢曲松钠处理时相比,联合应用时细菌细胞内抗生素的积累显著增加,细菌膜通透性增加。经过头孢硝噻吩水解试验发现,联合用药后头孢硝噻吩水解率显著低于单用头孢曲松钠组,降低了35.44±4.36%(P<0.001),联合用药组酶活性比起菌液对照组显著降低了34.37±3.00%(P<0.001),比起单用头孢曲松钠组显著降低了13.45±2.10%(P<0.01),在聚丙烯酰胺凝胶电泳试验结果中联合用药组的超广谱β-内酰胺酶的含量也明显减少;在q-PCR实验中,亚抑菌浓度头孢曲松钠联合肉桂醛使用时可以显著降低部分超广谱β-内酰胺酶耐药基因的表达。转录组分析结果显示,肉桂醛联合头孢曲松钠联用时可以通过调节细菌核心代谢过程和毒力因子等达到协同抑菌作用。3.肉桂醛联合头孢曲松钠抗耐药性沙门氏菌体内感染本实验观察了经耐头孢曲松的沙门氏菌感染后小鼠分别由肉桂醛单独治疗、头孢曲松钠单独治疗以及两者联合治疗后不同组小鼠的存活率,盲肠载菌量以及肠道炎症因子基因表达量。在感染5天内观察小鼠的存活率发现,沙门氏菌SJ2造模组,单用肉桂醛治疗组及单用头孢曲松钠治疗组小鼠的存活率均在20%及以下,而联合用药组的存活率显著提高至40%;在急性感染期的3天内,对不同组小鼠的盲肠采样进行盲肠载菌量检测后发现,第1天和第3天联合治疗组的盲肠载菌量相对攻毒对照组小鼠分别减少9.36±4.02%(P<0.05)和10.04±3.01%(P<0.01),肉桂醛可以联合头孢曲松钠在小鼠体内阻止耐药性沙门氏菌的肠道定植;在急性感染期的3天内,进行不同组小鼠肠道炎症因子的基因表达量检测后发现,联合治疗组小鼠中提取的肠道致炎因子基因表达量相对攻毒组均有显著下降(P<0.01),且抗炎因子表达量显著升高(P<0.01)。本章实验结果显示肉桂醛有效提高头孢曲松钠对耐药性沙门氏菌感染小鼠的治疗效果。综上所述,肉桂醛联合头孢曲松钠在体外抑制耐药性沙门氏菌时,具有协同抑菌活性,且肉桂醛不易诱导沙门氏菌耐药性的产生。两者联合用药时通过使细菌膜去极化,损伤细胞膜完整性,增加膜通透性以促进头孢曲松的细胞内蓄积,通过抑制超广谱β-内酰胺酶活性及抑制部分超广谱β-内酰胺酶耐药基因表达来达到协同抑菌作用。对于体内耐药性沙门氏菌感染小鼠,肉桂醛可以增强头孢曲松钠体内抗感染的疗效。肉桂醛有望辅助头孢曲松来预防和治疗耐药沙门氏菌引起的感染,可作为头孢曲松的增效剂达到减量增效的作用。
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