Neomycin(新霉素)作用機制及在細胞篩選、動物造模、通路抑制中的應用
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）作為氨基糖苷類抗生素的代表，其科研價值早已超出傳統的抑菌范疇，成為抗性篩選、動物造模和基礎生物學研究的關鍵工具化合物。AbMole為全球科研客戶提供高純度、高生物活性的抑制劑、細胞因子、人源單抗、天然產物、熒光染料、多肽、靶點蛋白、化合物庫、抗生素等科研試劑，全球大量文獻專利引用。
一、Neomycin的結構和作用機制
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）屬于氨基糖苷類抗生素，分子結構包含吡喃糖和氨基糖兩種基本結構單元。Neomycin與鏈霉素（Streptomycin，AbMole，M4947）、卡那霉素（Kanamycin，AbMole，M6229）、慶大霉素（Gentamicin，AbMole，M3595）等同屬氨基糖苷類抗生素，但其在核糖體上的作用靶位與鏈霉素不同。Neomycin抗菌機制是與細菌或細胞的核糖體亞基結合，干擾翻譯起始復合物的形成。這一干擾作用導致mRNA無法被正確讀取，tRNA無法配對，使得蛋白質合成過程中出現錯誤，合成異常或非功能性蛋白質，進而抑制細菌生長，嚴重時引發細菌死亡。此外，也有研究表明，Neomycin可能影響細菌細胞膜的完整性，導致細胞膜滲透，使細菌內環境穩態被破壞，這也可能是其抗菌的一種輔助方式。
二、Neomycin的用途
1. Neomycin用于轉染后陽性細胞株篩選
在分子生物學和細胞生物學研究中，Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）常被用作穩定細胞系篩選。其原理是利用帶有NeoR（Neomycin抗性基因）篩選標記的DNA載體轉染動植物細胞或酵母菌，然后向培養基中加入Neomycin。由于未被轉染的細胞不具有 NeoR基因，無法在含有Neomycin的培養基中存活，而陽性轉染細胞則能夠抵抗Neomycin的作用，從而得以篩選出來。在篩選過程中，篩選濃度通常為100 -1000 µg/ml，一般需要10-14天來建立穩定細胞系。需要注意的是，懸浮細胞相較于貼壁細胞對Neomycin更為敏感，所需的Neomycin濃度相對較低。通過這種篩選方法，可以獲得穩定表達特定基因的細胞系，為后續基因功能研究、蛋白質表達分析以及細胞治療等方面的研究提供有力工具。
2.Neomycin用于構建動物模型
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）可用于構建多種動物模型，特別是腸道菌群失調模型[1]。一般采用口服Neomycin溶液的方式給藥，誘導小鼠、大鼠等嚙齒類動物的腸道菌群失調。在模型構建的過程中，可通過16S rRNA基因測序等微生物組學技術鑒定腸道中的有益菌和致病菌的比例、并通過檢測腸道緊密連接蛋白、動物腹瀉等多個指標評估建模是否成功。
3.Neomycin用于抑制磷脂酶 C（PLC）
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）被發現還具有抑制磷脂酶 C（PLC）的活性[2]。PLC在細胞信號傳導通路中起著關鍵作用，它能夠水解磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2），生成二酰甘油（DAG）和肌醇- 1,4,5 - 三磷酸（IP3），進而激活一系列下游信號分子。Neomycin對PLC的抑制作用，使得這一信號傳導途徑受到干擾，細胞內的信號傳遞過程被打亂，從而影響細胞的多種生理功能，如細胞增殖、分化和代謝等。因此Neomycin也是研究PLC相關信號通路的重要工具之一。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學用于動物體內實驗，相關科研成果發表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。
4.Neomycin抑制血管生成素
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）能夠抑制血管生成素的核轉位以及血管生成素誘導的細胞增殖和血管生成[3]。血管生成素在血管生成過程中扮演著重要角色，其能夠促進內皮細胞的增殖、遷移和管腔形成。Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）的這一生物活性在腫瘤研究領域具有潛在的應用價值，因為腫瘤的生長和轉移依賴于新生血管的形成。
5.Neomycin的其他功能
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在穩定DNA和RNA的三股螺旋方面表現出獨特作用，且效果優于傳統小溝結合劑和聚陽離子[4]。Neomycin還能夠誘導核酶-底物復合物構象變化，降低切割率，因此Neomycin也是一種核酶的非競爭性抑制劑[5]。
三、范例詳解
1. Microbiol Res. 2022 Aug;261:127047. 華中農業大學的實驗人員在上述論文中研究了豬鏈球菌（Streptococcus suis，簡稱S. suis）引起的肺部感染與腸道微生物群失調之間的相互作用，以及這種相互作用對小鼠模型中“腸-肺軸”的影響。研究結果表明，S. suis感染不僅會導致肺部損傷，還會引起腸道組織損傷和炎癥，并且腸道微生物群失調會加劇肺部感染的嚴重性。Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在這項研究中被用作構建腸道微生物群失調模型的關鍵抗生素[6]。
圖 1. The influence of lung infection caused by S. suis on gut microbiota dysbiosis[6].
2.Engineering. 2025 Mar 07.
國家基因工程動物模型國際研究中心、汕頭大學的科研人員在上述文章中研究了ST6Gal-I（α2,6-唾液酸轉移酶I）在阿爾茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）中的作用，以及其對BACE1表達和Aβ42斑塊形成的影響。研究通過體外和體內的實驗表明，ST6Gal-I的表達和α2,6-唾液酸化水平在AD模型中的腦脊液和血清中上調，并且在AD模型小鼠的腦和血清中也有所增加。研究還發現，ST6Gal-I的缺失可以減少BACE1的水平，并減輕由東莨菪堿（Scopolamine）引起的認知障礙。BACE1是一種與淀粉樣蛋白β42（Aβ42）產生密切相關的蛋白。此外，ST6Gal-I的缺失可以抑制由BACE1介導的淀粉樣前體蛋白（APP）的切割，從而減少Aβ42的產生，并減輕Aβ42誘導的細胞凋亡。上述研究首次揭示了α2,6-唾液酸化在AD的發展和進展中的重要作用，并提出ST6Gal-I可能是AD新靶點[7]。由AbMole提供的Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在這項研究中被用于篩選和維持ST6Gal-I基因敲低的N2a細胞系。 
AbMole是ChemBridge中國區官方指定合作伙伴。
參考文獻
[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的結構和作用機制
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）屬于氨基糖苷類抗生素，分子結構包含吡喃糖和氨基糖兩種基本結構單元。Neomycin與鏈霉素（Streptomycin，AbMole，M4947）、卡那霉素（Kanamycin，AbMole，M6229）、慶大霉素（Gentamicin，AbMole，M3595）等同屬氨基糖苷類抗生素，但其在核糖體上的作用靶位與鏈霉素不同。Neomycin抗菌機制是與細菌或細胞的核糖體亞基結合，干擾翻譯起始復合物的形成。這一干擾作用導致mRNA無法被正確讀取，tRNA無法配對，使得蛋白質合成過程中出現錯誤，合成異常或非功能性蛋白質，進而抑制細菌生長，嚴重時引發細菌死亡。此外，也有研究表明，Neomycin可能影響細菌細胞膜的完整性，導致細胞膜滲透，使細菌內環境穩態被破壞，這也可能是其抗菌的一種輔助方式。
二、Neomycin的用途
1. Neomycin用于轉染后陽性細胞株篩選
在分子生物學和細胞生物學研究中，Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）常被用作穩定細胞系篩選。其原理是利用帶有NeoR（Neomycin抗性基因）篩選標記的DNA載體轉染動植物細胞或酵母菌，然后向培養基中加入Neomycin。由于未被轉染的細胞不具有 NeoR基因，無法在含有Neomycin的培養基中存活，而陽性轉染細胞則能夠抵抗Neomycin的作用，從而得以篩選出來。在篩選過程中，篩選濃度通常為100 -1000 µg/ml，一般需要10-14天來建立穩定細胞系。需要注意的是，懸浮細胞相較于貼壁細胞對Neomycin更為敏感，所需的Neomycin濃度相對較低。通過這種篩選方法，可以獲得穩定表達特定基因的細胞系，為后續基因功能研究、蛋白質表達分析以及細胞治療等方面的研究提供有力工具。
2.Neomycin用于構建動物模型
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）可用于構建多種動物模型，特別是腸道菌群失調模型[1]。一般采用口服Neomycin溶液的方式給藥，誘導小鼠、大鼠等嚙齒類動物的腸道菌群失調。在模型構建的過程中，可通過16S rRNA基因測序等微生物組學技術鑒定腸道中的有益菌和致病菌的比例、并通過檢測腸道緊密連接蛋白、動物腹瀉等多個指標評估建模是否成功。
3.Neomycin用于抑制磷脂酶 C（PLC）
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）被發現還具有抑制磷脂酶 C（PLC）的活性[2]。PLC在細胞信號傳導通路中起著關鍵作用，它能夠水解磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸（PIP2），生成二酰甘油（DAG）和肌醇- 1,4,5 - 三磷酸（IP3），進而激活一系列下游信號分子。Neomycin對PLC的抑制作用，使得這一信號傳導途徑受到干擾，細胞內的信號傳遞過程被打亂，從而影響細胞的多種生理功能，如細胞增殖、分化和代謝等。因此Neomycin也是研究PLC相關信號通路的重要工具之一。2014年，AbMole的兩款抑制劑分別被西班牙國家心血管研究中心和美國哥倫比亞大學用于動物體內實驗，相關科研成果發表于頂刊 Nature 和 Nature Medicine。
4.Neomycin抑制血管生成素
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）能夠抑制血管生成素的核轉位以及血管生成素誘導的細胞增殖和血管生成[3]。血管生成素在血管生成過程中扮演著重要角色，其能夠促進內皮細胞的增殖、遷移和管腔形成。Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）的這一生物活性在腫瘤研究領域具有潛在的應用價值，因為腫瘤的生長和轉移依賴于新生血管的形成。
5.Neomycin的其他功能
Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在穩定DNA和RNA的三股螺旋方面表現出獨特作用，且效果優于傳統小溝結合劑和聚陽離子[4]。Neomycin還能夠誘導核酶-底物復合物構象變化，降低切割率，因此Neomycin也是一種核酶的非競爭性抑制劑[5]。
三、范例詳解
1. Microbiol Res. 2022 Aug;261:127047. 華中農業大學的實驗人員在上述論文中研究了豬鏈球菌（Streptococcus suis，簡稱S. suis）引起的肺部感染與腸道微生物群失調之間的相互作用，以及這種相互作用對小鼠模型中“腸-肺軸”的影響。研究結果表明，S. suis感染不僅會導致肺部損傷，還會引起腸道組織損傷和炎癥，并且腸道微生物群失調會加劇肺部感染的嚴重性。Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在這項研究中被用作構建腸道微生物群失調模型的關鍵抗生素[6]。
圖 1. The influence of lung infection caused by S. suis on gut microbiota dysbiosis[6].2.Engineering. 2025 Mar 07.
國家基因工程動物模型國際研究中心、汕頭大學的科研人員在上述文章中研究了ST6Gal-I（α2,6-唾液酸轉移酶I）在阿爾茨海默病（Alzheimer’s Disease, AD）中的作用，以及其對BACE1表達和Aβ42斑塊形成的影響。研究通過體外和體內的實驗表明，ST6Gal-I的表達和α2,6-唾液酸化水平在AD模型中的腦脊液和血清中上調，并且在AD模型小鼠的腦和血清中也有所增加。研究還發現，ST6Gal-I的缺失可以減少BACE1的水平，并減輕由東莨菪堿（Scopolamine）引起的認知障礙。BACE1是一種與淀粉樣蛋白β42（Aβ42）產生密切相關的蛋白。此外，ST6Gal-I的缺失可以抑制由BACE1介導的淀粉樣前體蛋白（APP）的切割，從而減少Aβ42的產生，并減輕Aβ42誘導的細胞凋亡。上述研究首次揭示了α2,6-唾液酸化在AD的發展和進展中的重要作用，并提出ST6Gal-I可能是AD新靶點[7]。由AbMole提供的Neomycin（新霉素，AbMole，M3594）在這項研究中被用于篩選和維持ST6Gal-I基因敲低的N2a細胞系。
圖 2. α2,6-Sialylation was ablated in ST6Gal-I–/– rats[7].
AbMole是ChemBridge中國區官方指定合作伙伴。
參考文獻
[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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