细菌性肺炎经常导致儿童和免疫功能低下的老年人死亡，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌分别是两种具有代表性的革兰氏阳性和革兰氏阴性病原菌。抗生素仍是治疗细菌性肺炎的主要手段。然而，随着微生物耐药性的增加以及新抗生素发现的高成本和长周期，可用的抗生素越来越少，而现有的用于对抗革兰氏阴性菌的新型抗生素均未获批准。

革兰氏阴性菌有两层细胞膜，大多数小分子无法穿过外膜（OM）并在细菌内部积聚。许多由多种小分子组成的草药纳米颗粒也无法通过OM。藤黄及其提取物作为一种中草药，具有抗金黄色葡萄球菌、抗炎、抗肿瘤和降血脂等多种生物活性。然而，藤黄及其相关提取物对革兰氏阴性大肠杆菌没有活性。

微波 (MV) 是由电场和磁场分量组成的电磁波。当暴露于 MV 时，材料上的偶极子试图与交变电场重新排列，这可能会导致材料结构紊乱，同时在此过程中，能量会通过极性分子的摩擦以热的形式损失。OM由以LPS和磷脂为代表的极性分子组成。基于此可以提出假设，即MV和OM是否可以具有强相互作用以放松OM结构促进药物进入。此外，MV 的波长比光长，因此对组织具有更深的穿透能力，有利于 MV 热辅助在深层组织中的杀菌作用。

藤黄纳米颗粒（GNs）是一种窄谱抗菌药物，只能有效杀灭革兰氏阳性细菌。为了克服外膜屏障，作者提出了一种有效的通用方法，该方法利用 MV 在 OM 中产生瞬时纳米孔以增加药物渗透性。药物在微波辅助下进入细菌，从而使大肠杆菌对只能杀死革兰氏阳性细菌的窄谱药物敏感。分子动力学模拟和实验结果表明，藤黄纳米颗粒强大的抗大肠杆菌效果归因于藤黄纳米颗粒和微波的协同作用。MV联合GNs不仅能在体外有效地消灭大肠杆菌，而且能在体内完全治愈大肠杆菌和金黄色葡萄球菌共同感染的细菌性肺炎。

研究结果表明：

（1）MV效应导致OM结构逐渐松动和解离，以及OM组分某些分子链的自聚集，从而在OM结构中形成直径约为5 nm的纳米孔，这将有助于纳米药物的顺利输送；

（2）GNs 中偶极子的存在使其生理盐水溶液具有很强的 MV 热响应性。重要的是，MV 可以通过调整 MV 功率和照射时间来穿透不同厚度的生物组织（猪肉）。在 15 分钟 MV 照射下，GNs 可以杀死 99.48% 的大肠杆菌、96.91% 的医院来源的大肠杆菌和 98.36% 的医院来源的耐多药肺炎克雷伯菌。其抗菌机制是，MV在OM上产生纳米孔，诱导GNs浸润细菌，然后GNs使内膜去极化，配合自身MV热效应，导致胞内物质渗漏，最终死亡；

（3）GNs不仅能在体外有效地消灭大肠杆菌，而且能在体内完全治愈大肠杆菌和金黄色葡萄球菌共同感染的细菌性肺炎。GNs + MV 通过减少细菌数量和减少器官损伤，达到了与抗生素治疗小鼠肺炎相同的效果。

从细菌的组成结构特点出发，利用微波辅助将治疗革兰氏阳性菌的药物用于治疗革兰氏阴性菌。并通过分子动力学模拟揭示了MV效应导致OM中孔隙的形成，为纳米粒子进入细菌发挥作用提供了一种新策略。

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说明：

本研究结果以题为“Microwave assisted antibacterial action of Garcinia nanoparticles on Gram-negative bacteria”发表在《Nature Communications》杂志上。第一作者为Yuqian Qiao，通讯作者为Shuilin Wu。

特别鸣谢

张婷婷