Neomycin(新霉素)作用机制及在细胞筛选、动物造模、通路抑制中的应用
2025-07-11 来源:本站 点击次数:87
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）作为氨基糖苷类抗生素的代表，其科研价值早已超出传统的抑菌范畴，成为抗性筛选、动物造模和基础生物学研究的关键工具化合物。AbMole为全球科研客户提供高纯度、高生物活性的抑制剂、细胞因子、人源单抗、天然产物、荧光染料、多肽、靶点蛋白、化合物库、抗生素等科研试剂，全球大量文献专利引用。
一、Neomycin的结构和作用机制
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）属于氨基糖苷类抗生素，分子结构包含吡喃糖和氨基糖两种基本结构单元。Neomycin与链霉素（Streptomycin，AbMole，M4947）、卡那霉素（Kanamycin，AbMole，M6229）、庆大霉素（Gentamicin，AbMole，M3595）等同属氨基糖苷类抗生素，但其在核糖体上的作用靶位与链霉素不同。Neomycin抗菌机制是与细菌或细胞的核糖体亚基结合，干扰翻译起始复合物的形成。这一干扰作用导致mRNA无法被正确读取，tRNA无法配对，使得蛋白质合成过程中出现错误，合成异常或非功能性蛋白质，进而抑制细菌生长，严重时引发细菌死亡。此外，也有研究表明，Neomycin可能影响细菌细胞膜的完整性，导致细胞膜渗透，使细菌内环境稳态被破坏，这也可能是其抗菌的一种辅助方式。
二、Neomycin的用途
1. Neomycin用于转染后阳性细胞株筛选
在分子生物学和细胞生物学研究中，Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）常被用作稳定细胞系筛选。其原理是利用带有NeoR（Neomycin抗性基因）筛选标记的DNA载体转染动植物细胞或酵母菌，然后向培养基中加入Neomycin。由于未被转染的细胞不具有 NeoR基因，无法在含有Neomycin的培养基中存活，而阳性转染细胞则能够抵抗Neomycin的作用，从而得以筛选出来。在筛选过程中，筛选浓度通常为100 -1000 µg/ml，一般需要10-14天来建立稳定细胞系。需要注意的是，悬浮细胞相较于贴壁细胞对Neomycin更为敏感，所需的Neomycin浓度相对较低。通过这种筛选方法，可以获得稳定表达特定基因的细胞系，为后续基因功能研究、蛋白质表达分析以及细胞治疗等方面的研究提供有力工具。
2.Neomycin用于构建动物模型
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）可用于构建多种动物模型，特别是肠道菌群失调模型[1]。一般采用口服Neomycin溶液的方式给药，诱导小鼠、大鼠等啮齿类动物的肠道菌群失调。在模型构建的过程中，可通过16S rRNA基因测序等微生物组学技术鉴定肠道中的有益菌和致病菌的比例、并通过检测肠道紧密连接蛋白、动物腹泻等多个指标评估建模是否成功。
3.Neomycin用于抑制磷脂酶 C（PLC）
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）被发现还具有抑制磷脂酶 C（PLC）的活性[2]。PLC在细胞信号传导通路中起着关键作用，它能够水解磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2），生成二酰甘油（DAG）和肌醇- 1,4,5 - 三磷酸（IP3），进而激活一系列下游信号分子。Neomycin对PLC的抑制作用，使得这一信号传导途径受到干扰，细胞内的信号传递过程被打乱，从而影响细胞的多种生理功能，如细胞增殖、分化和代谢等。因此Neomycin也是研究PLC相关信号通路的重要工具之一。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
4.Neomycin抑制血管生成素
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）能够抑制血管生成素的核转位以及血管生成素诱导的细胞增殖和血管生成[3]。血管生成素在血管生成过程中扮演着重要角色，其能够促进内皮细胞的增殖、迁移和管腔形成。Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）的这一生物活性在肿瘤研究领域具有潜在的应用价值，因为肿瘤的生长和转移依赖于新生血管的形成。
5.Neomycin的其他功能
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在稳定DNA和RNA的三股螺旋方面表现出独特作用，且效果优于传统小沟结合剂和聚阳离子[4]。Neomycin还能够诱导核酶-底物复合物构象变化，降低切割率，因此Neomycin也是一种核酶的非竞争性抑制剂[5]。
三、范例详解
1. Microbiol Res. 2022 Aug;261:127047. 华中农业大学的实验人员在上述论文中研究了猪链球菌（Streptococcus suis，简称S. suis）引起的肺部感染与肠道微生物群失调之间的相互作用，以及这种相互作用对小鼠模型中“肠-肺轴”的影响。研究结果表明，S. suis感染不仅会导致肺部损伤，还会引起肠道组织损伤和炎症，并且肠道微生物群失调会加剧肺部感染的严重性。Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在这项研究中被用作构建肠道微生物群失调模型的关键抗生素[6]。
图 1. The influence of lung infection caused by S. suis on gut microbiota dysbiosis[6].
2.Engineering. 2025 Mar 07.
国家基因工程动物模型国际研究中心、汕头大学的科研人员在上述文章中研究了ST6Gal-I（α2,6-唾液酸转移酶I）在阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）中的作用，以及其对BACE1表达和Aβ42斑块形成的影响。研究通过体外和体内的实验表明，ST6Gal-I的表达和α2,6-唾液酸化水平在AD模型中的脑脊液和血清中上调，并且在AD模型小鼠的脑和血清中也有所增加。研究还发现，ST6Gal-I的缺失可以减少BACE1的水平，并减轻由东莨菪碱（Scopolamine）引起的认知障碍。BACE1是一种与淀粉样蛋白β42（Aβ42）产生密切相关的蛋白。此外，ST6Gal-I的缺失可以抑制由BACE1介导的淀粉样前体蛋白（APP）的切割，从而减少Aβ42的产生，并减轻Aβ42诱导的细胞凋亡。上述研究首次揭示了α2,6-唾液酸化在AD的发展和进展中的重要作用，并提出ST6Gal-I可能是AD新靶点[7]。由AbMole提供的Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在这项研究中被用于筛选和维持ST6Gal-I基因敲低的N2a细胞系。 
AbMole是ChemBridge中国区官方指定合作伙伴。
参考文献
[1] F. B. Schweinburg, S. Jacob, A. M. Rutenburg, Effect of oral neomycin on normal intestinal flora of dogs and man, Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine. Society for Experimental Biology and Medicine (New York, N.Y.) 79(2) (1952) 335-8.
[2] M. Zhao, J. Chen, H. Jin, et al., Extracellular Ca(2+) induces desensitized cytosolic Ca(2+) rise sensitive to phospholipase C inhibitor which suppresses root growth with Ca(2+) dependence, Journal of plant physiology 252 (2020) 153190.
[3] A. Panda, K. Halder, D. Debnath, et al., Thermodynamics of the Association of Aminoglycoside Antibiotics with Human Angiogenin, Protein and peptide letters 30(1) (2023) 92-101.
[4] D. P. Arya, R. L. Coffee, Jr., B. Willis, et al., Aminoglycoside-nucleic acid interactions: remarkable stabilization of DNA and RNA triple helices by neomycin, Journal of the American Chemical Society 123(23) (2001) 5385-95.
[5] K. Ling, H. Jiang, L. Zhang, et al., A self-assembling RNA aptamer-based nanoparticle sensor for fluorometric detection of Neomycin B in milk, Analytical and bioanalytical chemistry 408(13) (2016) 3593-600.
[6] W. Yang, A. R. Ansari, X. Niu, et al., Interaction between gut microbiota dysbiosis and lung infection as gut-lung axis caused by Streptococcus suis in mouse model, Microbiological research 261 (2022) 127047.
[7] Kangkang Yang, Xueying Li, Minchao Lai, et al., Ablation of ST6Gal-I Downregulates BACE1 Expression and Suppresses Production of Aβ42 Plaques in Alzheimer’s Disease, Engineering (2025).
一、Neomycin的结构和作用机制
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）属于氨基糖苷类抗生素，分子结构包含吡喃糖和氨基糖两种基本结构单元。Neomycin与链霉素（Streptomycin，AbMole，M4947）、卡那霉素（Kanamycin，AbMole，M6229）、庆大霉素（Gentamicin，AbMole，M3595）等同属氨基糖苷类抗生素，但其在核糖体上的作用靶位与链霉素不同。Neomycin抗菌机制是与细菌或细胞的核糖体亚基结合，干扰翻译起始复合物的形成。这一干扰作用导致mRNA无法被正确读取，tRNA无法配对，使得蛋白质合成过程中出现错误，合成异常或非功能性蛋白质，进而抑制细菌生长，严重时引发细菌死亡。此外，也有研究表明，Neomycin可能影响细菌细胞膜的完整性，导致细胞膜渗透，使细菌内环境稳态被破坏，这也可能是其抗菌的一种辅助方式。
二、Neomycin的用途
1. Neomycin用于转染后阳性细胞株筛选
在分子生物学和细胞生物学研究中，Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）常被用作稳定细胞系筛选。其原理是利用带有NeoR（Neomycin抗性基因）筛选标记的DNA载体转染动植物细胞或酵母菌，然后向培养基中加入Neomycin。由于未被转染的细胞不具有 NeoR基因，无法在含有Neomycin的培养基中存活，而阳性转染细胞则能够抵抗Neomycin的作用，从而得以筛选出来。在筛选过程中，筛选浓度通常为100 -1000 µg/ml，一般需要10-14天来建立稳定细胞系。需要注意的是，悬浮细胞相较于贴壁细胞对Neomycin更为敏感，所需的Neomycin浓度相对较低。通过这种筛选方法，可以获得稳定表达特定基因的细胞系，为后续基因功能研究、蛋白质表达分析以及细胞治疗等方面的研究提供有力工具。
2.Neomycin用于构建动物模型
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）可用于构建多种动物模型，特别是肠道菌群失调模型[1]。一般采用口服Neomycin溶液的方式给药，诱导小鼠、大鼠等啮齿类动物的肠道菌群失调。在模型构建的过程中，可通过16S rRNA基因测序等微生物组学技术鉴定肠道中的有益菌和致病菌的比例、并通过检测肠道紧密连接蛋白、动物腹泻等多个指标评估建模是否成功。
3.Neomycin用于抑制磷脂酶 C（PLC）
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）被发现还具有抑制磷脂酶 C（PLC）的活性[2]。PLC在细胞信号传导通路中起着关键作用，它能够水解磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2），生成二酰甘油（DAG）和肌醇- 1,4,5 - 三磷酸（IP3），进而激活一系列下游信号分子。Neomycin对PLC的抑制作用，使得这一信号传导途径受到干扰，细胞内的信号传递过程被打乱，从而影响细胞的多种生理功能，如细胞增殖、分化和代谢等。因此Neomycin也是研究PLC相关信号通路的重要工具之一。2014年，AbMole的两款抑制剂分别被西班牙国家心血管研究中心和美国哥伦比亚大学用于动物体内实验，相关科研成果发表于顶刊 Nature 和 Nature Medicine。
4.Neomycin抑制血管生成素
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）能够抑制血管生成素的核转位以及血管生成素诱导的细胞增殖和血管生成[3]。血管生成素在血管生成过程中扮演着重要角色，其能够促进内皮细胞的增殖、迁移和管腔形成。Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）的这一生物活性在肿瘤研究领域具有潜在的应用价值，因为肿瘤的生长和转移依赖于新生血管的形成。
5.Neomycin的其他功能
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在稳定DNA和RNA的三股螺旋方面表现出独特作用，且效果优于传统小沟结合剂和聚阳离子[4]。Neomycin还能够诱导核酶-底物复合物构象变化，降低切割率，因此Neomycin也是一种核酶的非竞争性抑制剂[5]。
三、范例详解
1. Microbiol Res. 2022 Aug;261:127047. 华中农业大学的实验人员在上述论文中研究了猪链球菌（Streptococcus suis，简称S. suis）引起的肺部感染与肠道微生物群失调之间的相互作用，以及这种相互作用对小鼠模型中“肠-肺轴”的影响。研究结果表明，S. suis感染不仅会导致肺部损伤，还会引起肠道组织损伤和炎症，并且肠道微生物群失调会加剧肺部感染的严重性。Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在这项研究中被用作构建肠道微生物群失调模型的关键抗生素[6]。
图 1. The influence of lung infection caused by S. suis on gut microbiota dysbiosis[6].2.Engineering. 2025 Mar 07.
国家基因工程动物模型国际研究中心、汕头大学的科研人员在上述文章中研究了ST6Gal-I（α2,6-唾液酸转移酶I）在阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）中的作用，以及其对BACE1表达和Aβ42斑块形成的影响。研究通过体外和体内的实验表明，ST6Gal-I的表达和α2,6-唾液酸化水平在AD模型中的脑脊液和血清中上调，并且在AD模型小鼠的脑和血清中也有所增加。研究还发现，ST6Gal-I的缺失可以减少BACE1的水平，并减轻由东莨菪碱（Scopolamine）引起的认知障碍。BACE1是一种与淀粉样蛋白β42（Aβ42）产生密切相关的蛋白。此外，ST6Gal-I的缺失可以抑制由BACE1介导的淀粉样前体蛋白（APP）的切割，从而减少Aβ42的产生，并减轻Aβ42诱导的细胞凋亡。上述研究首次揭示了α2,6-唾液酸化在AD的发展和进展中的重要作用，并提出ST6Gal-I可能是AD新靶点[7]。由AbMole提供的Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在这项研究中被用于筛选和维持ST6Gal-I基因敲低的N2a细胞系。
图 2. α2,6-Sialylation was ablated in ST6Gal-I–/– rats[7].
AbMole是ChemBridge中国区官方指定合作伙伴。
参考文献
[1] F. B. Schweinburg, S. Jacob, A. M. Rutenburg, Effect of oral neomycin on normal intestinal flora of dogs and man, Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine. Society for Experimental Biology and Medicine (New York, N.Y.) 79(2) (1952) 335-8.
[2] M. Zhao, J. Chen, H. Jin, et al., Extracellular Ca(2+) induces desensitized cytosolic Ca(2+) rise sensitive to phospholipase C inhibitor which suppresses root growth with Ca(2+) dependence, Journal of plant physiology 252 (2020) 153190.
[3] A. Panda, K. Halder, D. Debnath, et al., Thermodynamics of the Association of Aminoglycoside Antibiotics with Human Angiogenin, Protein and peptide letters 30(1) (2023) 92-101.
[4] D. P. Arya, R. L. Coffee, Jr., B. Willis, et al., Aminoglycoside-nucleic acid interactions: remarkable stabilization of DNA and RNA triple helices by neomycin, Journal of the American Chemical Society 123(23) (2001) 5385-95.
[5] K. Ling, H. Jiang, L. Zhang, et al., A self-assembling RNA aptamer-based nanoparticle sensor for fluorometric detection of Neomycin B in milk, Analytical and bioanalytical chemistry 408(13) (2016) 3593-600.
[6] W. Yang, A. R. Ansari, X. Niu, et al., Interaction between gut microbiota dysbiosis and lung infection as gut-lung axis caused by Streptococcus suis in mouse model, Microbiological research 261 (2022) 127047.
[7] Kangkang Yang, Xueying Li, Minchao Lai, et al., Ablation of ST6Gal-I Downregulates BACE1 Expression and Suppresses Production of Aβ42 Plaques in Alzheimer’s Disease, Engineering (2025).
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