嗜水气单胞菌群体感应(QS)主要基于调节细菌毒力决定表型的ahyI/R基因的调控，QS抑制剂的使用对抑制细菌的致病性和感染具有特别重要的意义。嗜水气单胞菌是一种革兰氏阴性条件致病菌，广泛存在于各种水生环境中，这种细菌引起了人类的各种疾病，包括皮肤感染和胃肠道疾病，此外，它还与鱼类和其他水生动物的各种严重疾病有关，包括气单胞菌败血症和出血性败血症，这些疾病在世界范围内给水产养殖业造成了巨大的经济损失。嗜水气单胞菌的致病性取决于细菌的毒力因子和机制，如细菌粘附、毒素、蛋白酶、溶血素、运动和生物膜的形成。群体感应(QS)是一种细菌细胞间的通讯机制，它根据细菌细胞密度来调节细菌的行为和生理反应，在许多物种中，参与群体感应的基因是luxI和luxR的同源基因，这些基因最初是在费氏弧菌lux操纵子中发现的。该QS系统以LuxI蛋白产生的N-酰基高丝氨酸内酯(AHL)作为自诱导分子，与同源受体(LuxR)进行结合来实现的。嗜水气单胞菌的QS系统主要依赖于与luxI/R同源的ahyI/R基因，在该物种中，信号分子是由AHL合成酶基因(ahyI)合成的。在高细胞密度下，它们与受体结合并激活由ahyR基因合成的转录调节因子。AHL-AhyR复合物可以激活或抑制靶基因的转录，ahyI合成的主要信号分子是正丁酰基高丝氨酸内酯，然后是在较低浓度下产生的己酰基高丝氨酸内酯(C6-AHL)，一些细菌的毒性决定因素，包括胞外蛋白酶的产生、6型分泌系统效应器的分泌、细菌的粘附、运动能力以及生物膜的形成和发展，已被研究报告为由ahyI/R-QS系统进行正调控。

  由于QS在细菌的发病机制中起着重要的作用，天然来源的群体感应抑制剂(QSI)已受到广泛关注，可单独使用或与抗生素联合使用，以抑制细菌感染和疾病发展。在这方面，对不同植物提取物的QS抑制潜力进行了评估。姜黄素是姜黄的天然成分，具有抗炎、免疫调节、抗氧化、抗癌、抗菌等生物学活性，近年来受到人们的广泛关注，此外，还报告了姜黄素对几种细菌病原体(包括铜绿假单胞菌和粘质沙雷氏菌的细菌毒性减弱效应。然而，很少有研究探讨姜黄素对嗜水气单胞菌QS调控毒力决定因子的影响。此外，据作者所知，姜黄素对嗜水气单胞菌QS基因表达的影响尚未被研究，因此，本研究旨在探讨姜黄素对鱼类嗜水气单胞菌QS基因ahyI/R表达及QS相关性状的影响。

  实验结论：

  MIC和MBC

  基于肉汤微稀释法，确定姜黄素对所有病原菌和嗜水气单胞菌ATCC 7966的最低抑菌浓度为128μg/ml。本研究中，姜黄素的亚抑菌浓度对正常细菌生长没有强烈抑制作用，被用来测定研究姜黄素对ahyI/R基因表达及QS相关性状的影响。在此基础上，采用与1/4MIC(32μg/mL)相对应的姜黄素亚抑制浓度进行以下的实验。姜黄素对AH-PS2的MBC值为512μg/mL，对其余菌株的MBC值为1024μg/mL。

  姜黄素对ahyI/R QS基因表达的影响

  用经过姜黄素处理的嗜水气单胞菌培养物中ahyI和ahyR的相对表达与未处理的细胞进行了比较，如上图所示，结果表明，两个基因在所有菌株中的表达均显著降低(p<0.05)，ahyR下降更为严重。姜黄素浓度为32μg/mL时，细菌细胞暴露于姜黄素中，显著降低了致病菌株和参照菌株中ahyI的表达，与未经处理的对照组相比，ahyI在鱼分离株中的表达降低了40.6±2.0～64.2±3.3%，而在嗜水气单胞菌ATCC 7966中的表达降低了18.3±0.9%。此外，嗜水气单胞菌中ahyR的表达显著降低(p<0.05)，与对照组相比达到86±4.4%至91±4.9%，如上图所示，ahyR在嗜水气单胞菌ATCC 7966中的表达也比对照降低了40.6±2.5%。

  姜黄素对生物膜形成的影响

  为了测定姜黄素对嗜水气单胞菌的抗生物膜作用，研究了不同浓度姜黄素(0-128μg/mL)对细菌生物膜形成的影响，结果表明，姜黄素对细菌生物膜具有浓度依赖性的抑制作用，而所有菌株对姜黄素的敏感性趋势相似，如上图所示，根据结果，当姜黄素浓度为16μg/mL时，其生物膜抑制率为53-67%，而当细菌细胞被浓度为128μg/mL的姜黄素处理时，生物膜抑制率最高(88-93%)。

  姜黄素对细菌运动能力的影响

  为了评测姜黄素对细菌运动的影响，测定了含32μg/mL姜黄素的培养基中细菌游动和群游的情况，并与对照组进行了比较，结果表明，姜黄素对细菌的群游和游动有较强的抑制作用。在姜黄素存在下，0.5%琼脂中的细菌的群游运动为9±0.8mm，显著低于对照组(39±2mm，p<0.05)，经过姜黄素处理的组和对照组细菌游动量分别为14±1和77±6mm，差异有显著性(p<0.05)。此外，对菌株AH-PS3的运动抑制作用最强，如上图所示。

  姜黄素对细菌蛋白水解酶和溶血活性的影响

  对姜黄素对嗜水气单胞菌蛋白水解活性的影响进行研究，上图显示了经过姜黄素处理和未处理细胞在琼脂上的蛋白水解活性，结果表明，与对照相比，不同浓度姜黄素(32-164μg/mL)处理的嗜水气单胞菌的蛋白水解活性略有下降。研究不同浓度姜黄素对细菌溶血活性的影响表明，所有菌株均为β-溶血，不同处理之间无差异，说明姜黄素的存在不影响细菌溶血活性。

  文章总结：本研究旨在探讨姜黄素(天然的姜黄成分)对致病性嗜水气单胞菌QS调控基因ahyI和ahyR表达的影响，以及对其毒力特性的影响，用肉汤微稀释法测定姜黄素对细菌的最低抑菌浓度(MIC)，用定量聚合酶链反应(qPCR)测定经过姜黄素处理的细菌中群体感应基因ahyI和ahyR的表达。此外，还研究了姜黄素对生物膜形成、群游运动、运动能力、蛋白水解酶活性和细菌溶血活性等QS相关性状的影响，结果表明，浓度为32μg/mL的姜黄素能显著降低菌株ahyI和ahyR基因的表达，分别达到64.2%和91.0%。此外，姜黄素能有效抑制细菌生物膜的形成、游动和群游运动。此外，细菌的蛋白水解酶活性略有下降，而溶血活性没有明显影响。本研究证实了姜黄素对嗜水气单胞菌ahyI/R QS基因和几种QS相关表型的抑制作用，这些发现表明姜黄素作为一种抗QS药物在水产养殖中抗嗜水气单胞菌病的治疗潜力。

  要点

  1.姜黄素能显著降低菌株ahyI和ahyR基因的表达，此外，姜黄素能有效抑制细菌生物膜的形成、游动和群游运动。

  2.姜黄素使得细菌的蛋白水解酶活性略有下降，而溶血活性没有明显影响。

  3.嗜水气单胞菌的QS系统主要依赖于与luxI/R同源的ahyI/R基因，在该物种中，信号分子是由AHL合成酶基因(ahyI)合成的。

  参考文献

  Tanhay Mangoudehi, H., Zamani, H., Shahangian, S.S., and Mirzanejad, L. (2020). Effect of curcumin on the expression of ahyI/R quorum sensing genes and some associated phenotypes in pathogenic Aeromonas hydrophila fish isolates. World J Microbiol Biotechnol 36, 70.