《Journal of Future Foods》：Plant-derived Natural Products against
Listeria monocytogenes: Antibiofilm Activity, Quorum Sensing Modulation, and Application in the Food Industry
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本文系统评述了食品工业中顽固病原菌单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes）的生物膜形成机制及其群体感应（QS）调控网络，重点聚焦于萜类、生物碱、黄酮等植物源天然产物的抗生物膜活性、QS抑制机理，并探讨了这些QS抑制剂（QSIs）作为设备消毒剂、活性包装成分等在各类食品（果蔬、肉制品、海鲜、乳制品）保鲜中的应用前景，为开发新型、安全的食品防腐策略提供了重要见解。
单核细胞增生李斯特菌：食品工业中的“顽固分子”
单核细胞增生李斯特菌（L. monocytogenes）是一种革兰氏阳性食源性致病菌，对免疫力低下人群危害极大。它能在食品加工环境的严苛条件下（如低温、高盐）存活并增殖，其关键生存策略便是形成生物膜。生物膜是细菌附着在表面后，分泌胞外聚合物（EPS）包裹自身形成的结构化群落，对消毒剂和抗生素具有极强的抵抗力，成为食品加工环境中持续的污染源，大大增加了李斯特菌病的暴发风险。
生物膜的形成与调控：一个精密的过程
生物膜的形成是一个动态、多阶段的过程，主要包括附着、微菌落形成、成熟和分散四个阶段。这个过程受到环境因素（如温度、pH值）和遗传因素（如鞭毛合成、表面蛋白基因）的共同影响。其中，群体感应（QS）系统扮演着至关重要的“通信指挥官”角色。
李斯特菌主要拥有两种QS系统：LuxS/自诱导因子-2（AI-2）系统和辅助基因调节子（Agr）/自诱导肽（AIP）系统。细菌通过分泌和感应信号分子（AI-2或AIP）来感知种群密度，当信号分子积累到一定阈值时，会触发一系列基因表达的改变，从而协调群体行为。研究表明，QS系统广泛调控着李斯特菌的毒力、运动性、粘附以及生物膜的形成与成熟。干扰QS通讯，而非直接杀死细菌，是一种有潜力的抗生物膜策略，可以降低细菌产生耐药性的风险，这类物质被称为QS抑制剂（QSIs）。
植物“武器库”：多样的天然QS抑制剂
面对传统消毒剂的局限性和耐药性问题，从植物中寻找安全有效的抗菌物质成为研究热点。大量植物源天然产物已被证实具有抑制李斯特菌生物膜的活性，主要通过干扰QS系统来实现。
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萜类化合物：如香芹酚、百里香酚、柠檬醛等。它们常具有酚羟基和疏水结构，能破坏细菌细胞膜，同时干扰QS信号传导。例如，香芹酚可与AgrC受体结合，阻碍AIP信号识别。二萜类化合物穿心莲内酯则能下调agr基因表达，有效抑制生物膜形成并清除已形成的生物膜。
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生物碱类化合物：如脱氢紫堇碱、番茄碱、咖啡因等。脱氢紫堇碱能影响细菌碳水化合物代谢和运动性；番茄碱能削弱细菌粘附；而1-胡椒酰哌啶（黑胡椒主要成分）则可调控agrB、agrC、agrD等QS相关基因。
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黄酮类化合物：如槲皮素、光甘草定、木犀草素、根皮素等。槲皮素能减少EPS中的蛋白质积累，破坏细胞间连接，并下调毒力基因（prfA, actA等）和QS基因（agrA）的表达。根皮素则通过抑制agr和luxS等QS基因来减少粘附和聚集。
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其他酚类化合物：如白藜芦醇、丁香酚、没食子酸等。白藜芦醇和丁香酚对李斯特菌生物膜形成的抑制率可超过80%。丁香酚能降低AI-2水平，而肉桂醛（虽然常归为醛类，但常与酚类一同讨论）既能抑制luxS表达，又能阻止AgrA蛋白与DNA结合，双管齐下干扰QS。
QS抑制剂如何“断网”？三大作用机制
植物源QSIs结构多样，其抑制QS的机制主要可分为三类：
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靶向信号分子：干扰信号分子的合成或积累。例如，咖啡渣提取物（富含绿原酸）和丁香酚能降低AI-2产量；肉桂醛可抑制LuxS酶活性。
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阻断信号分子结合：与信号分子受体结合，阻止信号传导。例如，香芹酚能与AgrC受体结合，使其构象改变，无法识别AIP信号。
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干扰信号通路其他环节：影响QS系统中的其他调节因子或转录因子。例如，穿心莲内酯下调整个agr操纵子的表达；肉桂醛直接结合AgrA蛋白的DNA结合域，阻止其激活下游基因。
值得注意的是，许多植物化合物具有多重抗菌作用，QS抑制可能并非其唯一机制。例如，香芹酚、丁香酚等同时也能破坏细胞膜、诱导氧化应激，这些作用可能间接影响了QS调控的过程。
从实验室到餐桌：QS抑制剂在食品工业中的应用
鉴于QSIs在控制生物膜方面的潜力，研究人员积极探索其在食品工业中的实际应用，主要方向包括设备消毒和作为食品防腐剂。
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设备消毒：薄荷精油、岩藻多糖、香芹酚等已被证明能有效减少李斯特菌在不锈钢、聚丙烯等食品接触表面形成的生物膜。为了解决天然产物挥发性强、稳定性差、气味浓郁等问题，纳米封装和纳米乳液技术被广泛应用。例如，将香芹酚封装在纳米脂质体或聚合物纳米胶囊中，可以掩盖其强烈气味并实现可控释放；丁香酚纳米乳液在常温和冷藏温度下均能保持对不锈钢表面生物膜的杀灭活性。
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食品保鲜：QSIs以浸泡、喷涂、制成活性包装薄膜/涂层等形式，应用于各类食品中，以抑制李斯特菌并延长货架期。
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果蔬保鲜：香芹酚能有效抑制黄瓜和生菜表面的李斯特菌生物膜；富含多酚的石榴皮提取物可降低鲜切苹果、甜瓜和梨的细菌污染；阿魏酸、柠檬醛纳米乳液等也被用于鲜切果蔬的保鲜。含有肉桂油（富含肉桂醛）的壳聚糖可食性涂层，既能抑制李斯特菌，又能防止鲜切马铃薯褐变。
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肉制品保鲜：含有丁香酚和百里香酚的纳米胶囊能提高在碎牛肉中的抗菌效果；含有石榴皮提取物和Thymus kotschyanus精油的复合膜可用于新鲜牛肉的活性包装；负载姜黄素的淀粉基气凝胶垫能抑制猪肉中李斯特菌的生长和氧化变质。
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水产保鲜：槲皮素可抑制蟹和虾表面的李斯特菌生物膜；富含多酚的葡萄籽提取物被制成海藻酸盐/果胶基薄膜，用于冷藏鲱鱼片，抑制李斯特菌和假单胞菌，并防止脂质氧化。
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乳制品保鲜：迷迭香酸、百里香和丁香精油直接添加能显著降低软奶酪中的李斯特菌数；肉桂精油纳米乳液、柠檬醛薄膜、桃金娘精油纳米乳液涂层等也被应用于牛奶和奶酪的保鲜，有效抑制李斯特菌生长。
挑战与展望
尽管植物源QSIs在控制李斯特菌生物膜方面展现出巨大潜力，但其实际应用仍面临挑战。例如，许多QSIs具有强烈的风味和香气，可能影响食品感官品质；其与食品基质（如脂肪、蛋白质）的相互作用可能降低其生物利用度和功效；大规模生产的成本以及法规审批也是需要考虑的问题。未来研究需要更深入地阐明QSIs在复杂食品体系中的作用机制，优化递送系统（如纳米封装、活性包装）以实现可控释放和稳定性提升，并通过标准化实验方法评估其抗菌和抗生物膜效能，以推动这些天然、安全的策略从实验室走向工业化应用。
