Nat commun. | 扬州大学高利增教授团队将天然有机硫化合物转化为无机多硫化物以抵抗细菌感染
一、成果短讯：
2018年9月13日，扬州大学医学院高利增教授团队在国际期刊NATURE COMMUNICATIONS 发表了题为“ Converting organosulfur compounds to inorganic polysulfides against resistant bacterial infections”的研究成果，报道了将天然有机硫化合物转化为无机多硫化物以抵抗细菌感染的研究成果。
二、内容简介：
自古以来，天然物质一直被用于预防和治疗微生物疾病。例如早在公元前16世纪大蒜和洋葱就已经被用于抗菌。目前，大部分药用大蒜产品含有有机硫化合物。这些有机硫化合物含有一个或多个与碳键合的硫原子，这是包括抗菌，抗氧化，抗肿瘤和抗哮喘活性其生物活性的基础。
存在于蒜头主抗菌成分大蒜素，其通过从蒜氨酸酶蒜氨酸转化。大蒜素在生理条件下不稳定，可迅速转化为烷基硫化物，如二烯丙基二硫化物（DADS），二烯丙基三硫化物（DATS）和二烯丙基硫化物（DAS）（图 1a）。转化产物被认为是负责抑制细菌生长的植物中的活性成分。然而，这些提纯的成分通常表现出微弱的抗菌效果，而这些成分的数量稀少没有任何生物活性。此外，许多有机硫化合物是挥发性的，因此表现出令人不愉快的气味。此外，它们的特征在于水溶性差，进一步限制了更广泛的生物医学和临床应用。然而，最近的研究已经表明，在纳米级金属硫化物，如硫化铜（CU）的和二硫化钼，表现出高抗菌活性。因此，将有机硫化合物转化为纳米级无机硫化物代表了改善现有抗菌产品功效的有希望的途径。
实验提出了一种将天然有机硫化合物转化为具有更强的抗菌活性的纳米硫化铁的策略。结果表明，与大蒜衍生的有机硫化合物相比，纳米硫化铁在杀灭几种致病菌和耐药细菌方面的抗菌效果提高了500倍以上。此外，分析表明，纳米硫化铁释放的氢化聚硫烷具有强大的杀菌活性，并且纳米硫化铁的酶活性可以加速聚硫烷的释放。最后，实验证明纳米硫化铁的局部应用可以有效地破坏人类牙齿上的致病生物膜并加速感染伤口愈合。实验结果表明将有机硫化合物转化为无机多硫化物的方法可能成为抵抗细菌感染的抗菌替代品。
三、实验结果：
图1通过溶剂热合成将有机硫化合物转化为纳米硫化铁（nFeS）。 a 大蒜衍生的和其他天然有机硫化合物。 红色数字是S相关键（以kcal mol-1计）的键离解能（BDE）的计算值。 b具有片状六边形纳米结构的nFeS的扫描电子显微镜（SEM）图像。 比例尺：1μm。 C Fe1-xS和Fe3S4两相中nFeS的C XRD表征。 d具有高分辨率表征的nFeS的透射电子显微镜（TEM）图像（左图）（右图）和单晶衍射（插入图像）。 左刻度尺：200nm。 右刻度尺：2 nm。 d1：d-间距为0.298nm。 d2：d-间距为0.15nm。 e用Fe3S4和Fe1-xS将有机硫化合物转化为nFeS的方案。 所有实验一式三份进行，并显示代表性图像
图2 nFeS的抗菌活性。a 从不同有机硫源转化的nFeS对变形链球菌UA159(一种形成生物膜的牙菌学病原体)的抗菌活性。 Cys-nFeS 是从在溶剂热转化含有0.5g添加剂的半胱氨酸得到的，其它的nFeS产品是用0.5g半胱氨酸中标准化为相同硫含量的有机硫化合物。在所有抗菌试验中，将每种nFeS的浓度调节至0.5mg mL-1。 b有机硫化合物的抗菌（S.mutans UA159）活性。将每种硫化合物的浓度归一化至硫量等于0.5mg mL-1的Cys0.5-nFeS中所含的硫量。 c抗菌（变形链球菌UA159）对Cys-nFeS对溶剂热合成中半胱氨酸输入量的依赖性。 Fe3O4纳米颗粒或nFeS的浓度为0.5mg mL-1。 d-h分别对铜绿假单胞菌，大肠杆菌，肠炎沙门氏菌，金黄色葡萄球菌和金黄色葡萄球菌（MDR）具有抗菌活性。 i，j由Cys-nFeS处理的细菌的ROS水平和脂质过氧化。 k由Cys-nFeS处理的细菌的基因组DNA降解。 M：DNA标记。 l Cys-nFeS处理的细菌的SEM图像。比例尺：1μm。数据显示为平均值±s.d.与对照组相比，通过非配对双侧t检验评估统计学显着性。 ** p <0.01，*** p <0.001和**** p <0.0001。平均值和误差条分别定义为平均值和s.d。所有实验一式三份进行，并显示代表性图像
图3 nFeS释放多硫烷用于抗菌活性。a在水中孵育不同时间段的Cys-nFeS 的颜色变化。b在水中孵育后Cys-nFeS的纳米结构转化的SEM图像。比例尺：2μm。c在正电离模式下MBB衍生化后从上清液中鉴定出的多硫烷的碎裂方案。d通过LC-MS / MS比较上清液中多硫烷的组分比。HSSH：H 2 S 2。HSSSH：H 2 S 3。e通过三（2-羧乙基）膦（TCEP）阻断抗菌活性。f H 2O 2通过催化 - 加速释放（CAR）效应加速聚硫烷释放。g从nFeS释放聚硫烷的方案。数据显示为平均值±sd 。与对照组相比，使用未配对双侧t检验评估统计学显着性。** p <0.01，*** p <0.001和**** p <0.0001。平均值和误差条分别定义为平均值和标准差。所有实验一式三份进行，并显示代表性图像
图4 使用nFeS方案消除牙齿表面的生物膜。a通过Cys-nFeS处理的变形链球菌 UA159生物膜的共聚焦3D图像。比例尺：100μm。b 。在人牙齿切片的牙本质表面上形成的变形链球菌生物膜。c通过Cys-nFeS处理的变形链球菌生物膜的SEM图像。红色箭头表示EPS。左刻度尺：100μm。右刻度尺：3μm。d，e用Cys-nFeS处理的变形链球菌生物膜的干重和细胞活力。F 通过Cys-nFeS抑制GtfB对多糖合成的活性。CPM每分钟计数。数据显示为平均值±sd 。与对照组相比，使用未配对双侧t检验评估统计学显着性。** p <0.01，*** p <0.001和**** p <0.0001。平均值和误差条分别定义为平均值和标准差。所有实验一式三份进行，并显示代表性图像
图5 使用nFeS方案的感染伤口愈合。a（对照）和Cys-nFeS处理后铜绿假单胞菌的形态。红色三角形表示鞭毛。比例尺：1μm。b在不同时间用缓冲液（对照），Cys-nFeS，H 2 O 2和Cys-nFeS + H 2 O 2处理的铜绿假单胞菌感染伤口的照片（每组5只小鼠）。c。在第6天（b）中相应的治疗伤口的组织学分析。比例尺：500μm。d Cys-nFeS对成纤维细胞活力的影响。ËCys-nFeS上清液对成纤维细胞活力的影响。f通过Fe 3 O 4纳米颗粒刺激成纤维细胞增殖。数据显示为平均值±sd 。与对照组相比，使用未配对双侧t检验评估统计学显着性。** p <0.01，*** p <0.001和**** p <0.0001。平均值和误差条分别定义为平均值和标准差。所有实验一式三份进行，显示了代表性图像
四、原文学习：