辛基没食子酸对抗耐甲氧西林金黄色葡萄球菌的抗菌机制及其在猪肉保鲜中的应用：来自多组学和计算模拟的见解

本研究发现食品级添加剂OG对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）具有显著抑菌作用，MIC为20 μg/mL，并能抑制72.7%的生物膜形成。多组学分析揭示OG通过干扰膜运输、核糖体及氨基酸代谢发挥多靶点抑菌作用，且可有效延长猪肉保质期至8-10天，同时抑制pH上升和脂质氧化。

徐赛青|李欢|谢颖|丁珂|姜宁|王荣荣|丁胜华

湖南大学龙平农业学院，长沙410125，中国

摘要

耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）在食物链中的广泛出现，尤其是在猪肉中，已成为一个紧迫的公共卫生和食品安全挑战。然而，能够同时消除MRSA并阐明明确抗菌机制的安全有效食品级防腐剂仍然有限。在本研究中，食品级添加剂辛基没食子酸（OG）表现出显著的抗菌活性，最低抑菌浓度（MIC）仅为20 μg/mL，在40 μg/mL时可在2小时内完全清除MRSA，其效力与万古霉素相当。值得注意的是，OG在1× MIC浓度下显著抑制了72.7%的MRSA生物膜形成，并清除了64.2%的成熟生物膜。转录组学和蛋白质组学分析表明，OG干扰了膜转运、核糖体和氨基酸代谢。此外，OG通过抑制细菌附着来抑制生物膜形成，而Agr群体感应系统的激活可能参与了成熟生物膜的清除。补充的分子对接和动力学分析进一步表明OG与dapB、ilvD和pdxS之间存在潜在相互作用，为其多靶点作用模式提供了结构支持。在实际应用中，OG在4°C储存的猪肉上显著抑制了MRSA的生长，2× MIC浓度下减少了26.40%的菌株数量。此外，OG通过延缓pH值升高、脂质氧化和颜色变暗有效保持了肉质，从而将保质期延长了6至8-10天。总体而言，这些发现揭示了OG对抗MRSA的新抗菌机制，并证明了其作为安全有效食品级防腐剂控制MRSA污染和延长猪肉保质期的潜力。

引言

食源性病原体由于对食品和环境的广泛污染，对全球公共卫生构成了重大威胁（Peydayesh等人，2025年）。其中，金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，简称S. aureus）是一种普遍存在的食源性病原体，可引起腹泻、败血症、胃肠炎和肺炎，占全球每年食物中毒病例的87%（Guan等人，2025年）。抗生素的过度使用导致了耐药菌株的出现，每年有超过200万人感染，相关死亡人数达2300人（Shu等人，2021年）。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）于1960年首次被发现，现已通过食物链在全球传播，在肉类和乳制品中发现了大量污染（Lee等人，2018年；Wei等人，2024年）。例如，2002年美国发生的一起事件中，三名成年人在食用了受MRSA污染的猪肉后出现了恶心、呕吐和腹痛症状，凸显了食品安全的严重威胁。关键的是，MRSA对几乎所有常规抗生素都具有抗性，β-内酰胺类的最低抑菌浓度（MIC）高达1600 μg/mL（Fu等人，2024年）。尽管万古霉素（Van）被广泛用作对抗MRSA的“最后一道防线”，但其单靶点作用模式导致了耐万古霉素菌株的出现，并且与肾毒性和耳毒性相关（Wang等人，2023年）。在大鼠中，每日静脉注射剂量≥25 mg/kg会增加肾小管细胞的死亡，而500 mg/kg则立即致命（Marre等人，1984年）。同样，亚硝酸钠和苯甲酸钠等化学防腐剂不仅会加速耐药性的发展，还会带来严重的健康风险，包括致癌和致畸作用（Cui等人，2024年；Zeng等人，2024年）。此外，常见的物理灭菌方法如热处理需要将温度升至80°C以上并持续30分钟才能灭活MRSA，这不可避免地会损害食品质量（Ma等人，2025年）。综上所述，这些挑战突显了迫切需要安全、有效且多靶点的抗菌剂来控制食品中的MRSA污染。

此外，根除MRSA的另一个严峻挑战在于其形成生物膜的能力（Wang等人，2025年）。这种高度组织化的结构形成了一个强大的屏障，阻碍了抗菌剂的渗透，使MRSA在生物膜内的抗生素抗性比浮游细胞高出多达1000倍（Flemming & Wingender，2010年）。生物膜的形成始于细菌细胞附着在表面上，形成微菌落，然后生长并成熟为由细胞外聚合物物质（EPS）如多糖和蛋白质组成的三维结构（Zhang等人，2025年）。关键的是，当暴露在不利条件下时，一部分细胞可以从成熟生物膜上脱落，重新附着在新表面上，并启动二次生物膜形成（Kang等人，2023年）。这种韧性要求使用更高浓度的抗生素或化学试剂进行清除，进一步加剧了耐药性的发展。值得注意的是，富含营养物质的食品加工环境提供了理想的生物膜形成条件（Khalaf等人，2024年）。因此，通过针对初始附着和随后的成熟过程，在低抗菌浓度下有效抑制MRSA生物膜的形成对于保障食品安全至关重要。

为应对MRSA耐药性和生物膜抗性的这些多方面挑战，天然酚类化合物因其优异的生物活性和生物安全性而受到越来越多的关注。有趣的是，最近的研究表明，在酚酸中引入烷基链可以改变其亲水-疏水平衡，从而显著增强抗菌活性（Shi等人，2021年）。例如，六乙基阿魏酸酯对大肠杆菌（Escherichia coli）、单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌效果比阿魏酸更强（Shi等人，2018年）。Zheng等人（2023年）进一步证明，烷基链长度是抗菌性能的关键决定因素，因为它控制着膜的结合和渗透。此外，中等长度的烷基链（C8）实现了最佳平衡，结合了强抗菌活性和良好的生物相容性（Zheng等人，2023年）。值得注意的是，辛基没食子酸（OG）是一种广泛使用且低成本的烷基没食子酸，具有八个碳的链，它对荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）、副溶血性弧菌（Vibrio parahaemolyticus）、黑曲霉（Aspergillus niger）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和霍乱沙门氏菌（Salmonella choleraesius）的抑制活性优于没食子酸。关键的是，OG已获得美国食品药品监督管理局（FDA）的批准，可用作食品抗氧化剂，这突显了其在食品系统中的安全性和适用性。此外，OG在大鼠中的口服半数致死剂量（LD₅₀）为1960–4700 mg/kg，表明其急性毒性相对较低（Van Der Heijden等人，1986年）。最近，OG对葡萄球菌属的潜力受到了越来越多的关注。例如，Yang等人（2024年）报告了OG对革兰氏阳性病原体的强杀菌活性，其MIC范围较低，包括MRSA。Tamang等人（2022年）证明OG改变了细胞膜的通透性，并作为β-内酰胺类抗生素的强增效剂对抗MRSA。同样，Santativongchai等人（2022年）提供了关于OG介导的生物膜抑制和相关物种表皮葡萄球菌（Staphylococcus epidermidis）细胞膜通透性增强的有价值机制见解，而Oh等人（2018年）报告了OG作为MRSA生物膜研究中的参考抗氧化剂的抗生物膜潜力。尽管OG的抗菌和抗生物膜活性已有记录，但其针对MRSA的分子机制的全面和综合理解仍然有限。目前大多数研究集中在细胞膜上，对其对细菌代谢的系统影响探索较少。此外，OG在复杂食品基质（如猪肉）中控制MRSA污染的实际效果需要进一步验证，以支持其作为功能性防腐剂的应用。基于其结构特征和已知的与细菌膜相互作用的能力，我们假设OG可以通过靶向破坏多个关键细胞途径来抑制MRSA的生长和生物膜形成。

新兴的多组学技术为在分子水平上阐明抗菌机制提供了强大的平台。转录组学揭示了转录水平的基因表达，而蛋白质组学反映了转录后水平的变化（Kong等人，2024年）。然而，越来越多的证据表明，两者并不完全一致，因此进行综合的多组学分析对于解码OG对抗MRSA的分子机制至关重要（Ding等人，2019年）。补充的分子对接和动力学模拟进一步允许识别高亲和力的小分子-蛋白质相互作用，为潜在靶点提供结构见解。在本研究中，我们首先使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、活细胞/死细胞染色、核酸和蛋白质泄漏检测以及结晶紫染色验证了OG对MRSA及其生物膜的强大抑制作用。随后的转录组学和蛋白质组学分析揭示了OG抑制MRSA及其生物膜的详细分子机制。分子对接和动力学模拟进一步提供了其与关键靶蛋白相互作用的结构见解。最后，选择猪肉作为MRSA污染模型和保存基底，以评估OG作为有效防腐剂的潜力。通过整合抗菌效果检测、多组学分析、分子模拟和猪肉保存实验，本研究彻底揭示了OG抑制MRSA的新机制，并证实了其作为猪肉的有希望的天然防腐剂，为控制食品中的MRSA污染提供了新的见解。

材料

辛基没食子酸（OG）、没食子酸（GA）和2-氨基乙基二苯硼酸盐（DPBA）购自Macklin Biochemical Co., Ltd。MRSA菌株、LB培养基、Mueller-Hinton（MH）培养基和脑心浸出液（BHI）培养基购自Huankai Microbiology Technology Co., Ltd。碘化丙啶（PI）和SYTO 9染色溶液分别购自Regen Biotechnology Co., Ltd.和Thermo Fisher Scientific。改良的Eagle培养基（MEM）购自Corning。L929细胞和胎牛血清

OG对浮游状态MRSA的抑制作用

OG对MRSA表现出强大的杀菌活性，通过肉汤稀释试验确定其MIC和MBC值分别为20 μg/mL和40 μg/mL（表S2）。这比没食子酸（MIC 500 μg/mL，MBC >1000 μg/mL）提高了25倍，这归因于OG的长烷基链显著增强了抗菌效果（Shi等人，2021年）。虽然已经进行了大量研究来识别天然抗MRSA剂，但许多发现的候选物质通常表现出

结论

总之，本研究系统地阐明了食品级添加剂OG对抗MRSA的新抗菌机制，并验证了其在猪肉保存中的实际效果。OG表现出与一线抗生素万古霉素相当的强抗菌活性，实现了快速杀菌和显著的生物膜抑制（MIC为20 μg/mL，生物膜抑制超过70%）。综合多组学分析表明，OG发挥了协同的多靶点抑制作用

CRediT作者贡献声明

徐赛青：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，方法学，研究，概念化。李欢：撰写 – 审稿与编辑，形式分析。谢颖：撰写 – 审稿与编辑，研究。丁珂：撰写 – 审稿与编辑，方法学。姜宁：撰写 – 审稿与编辑，方法学。王荣荣：撰写 – 审稿与编辑，资金获取。丁胜华：监督，项目管理，资金获取，形式分析，数据

未引用的参考文献

Luo等人，2024年

Qiu等人，2022年

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划项目（2023YFD2100301-4）、国家自然科学基金（32272257、32472420）、岳麓山现代种业重点实验室项目（YSL-2025-ZY01010）和关键新品种培育项目（YSL-2025-ZY02033）、湖南省科技人才支持计划-青年和中青年学者培养计划（2023TJ-Z01）以及杰出青年科技人才的支持