【TargetMol 明星分子】Citric acid：连接抗菌机制与细胞代谢调控的多功能小分子

■ 1. 背景介绍

▲ Citric acid (T5S0636, CAS: 77-92-9) 的化学结构式

Citric acid (T5S0636)，CAS: 77-92-9 是一种弱三羧有机酸，既是中心碳代谢中的内源性代谢物，也是常用的天然防腐剂，具备显著的抗菌活性。其作用机制主要来自酸碱解离与多羧配位特性：在微生物体系中，未解离的 Citric acid 可穿膜进入胞内后释放质子，降低胞内 pH、破坏质子动力势并干扰能量转导；与此同时，其多羧结构螯合稳定细菌外膜与多种酶所需的二价金属离子（如 Mg2+、Ca2+），削弱外膜结构并抑制金属酶活性。二者协同使 Citric acid 进入“抗菌/抗生素”通路范畴，引发细菌包膜应激、金属稳态紊乱与代谢通量受限，在特定浓度与 pH 条件下呈抑菌或杀菌结果[2]。

作为内源性代谢物，Citric acid 在三羧酸（TCA）循环起点由柠檬酸合酶催化乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合生成，并可通过线粒体柠檬酸转运体输出至胞质，经 ATP-柠檬酸裂解酶生成乙酰辅酶A，连接线粒体碳流与脂质合成及染色质乙酰化。Citric acid 亦是经典代谢信号分子：可变构抑制磷酸果糖激酶-1，调节糖酵解通量，并激活乙酰辅酶A羧化酶以促进脂肪酸生物合成。通过这些节点，Citric acid 与线粒体依赖的内源性凋亡通路相耦合；该通路受线粒体功能、ATP/dATP 供给及促/抗凋亡基因表达平衡所控制。Citric acid 通过决定线粒体还原当量输出并供给乙酰化底物，重塑能量与表观遗传状态，从而影响细胞色素c释放、凋亡小体（Apaf-1、dATP、caspase-9）组装及下游半胱天冬酶级联的激活阈值[1]。

在研究应用上，Citric acid 可作为可控理化扰动源，用于系统解析细菌对酸胁迫与金属剥夺的响应，评估包膜稳健性、耐酸系统与金属酶依赖性，适用于不同菌株、生物被膜及应激突变体的功能筛查[2]。在细胞与系统生物学中，外源 Citric acid（含同位素标记形式）常用于描绘 TCA 通量、Citric acid—乙酰辅酶A穿梭，以及代谢状态与凋亡信号和表观遗传调控之间的耦联关系[1]。这种兼具外界抗菌压力源与内源代谢节点的双重身份，使 Citric acid 成为在同一小分子框架下联通质子梯度、金属可用性与乙酰化能力的实验利器。

■ 2. 文献分享

■ 2.1 Soil nutrition and foliar intervention in Brassica napus (L.) to impair biological fitness of green peach aphid ( Myzus persicae Sulzer).

▲ 柠檬酸（CA）叶面喷施对桃蚜（Myzus persicae）生物学参数的影响（均值 ± SD, n = 10）。与对照组相比，1 mM CA显著降低蚜虫各项生物学参数（降幅10.21%–71.5%），且呈浓度依赖性效应，高浓度（1 mM）处理优于低浓度（0.5 mM）。

Citric acid (T5S0636) 在油菜上以叶面方式施用，用于影响桃蚜的生物学适合度指标。研究在0、0.5与1 mM三个浓度下开展评估，并以未处理植株为对照，观察的指标包括发育历期、繁殖时间、子代数量、若虫转成成虫的数量以及若虫存活率。Citric acid 工作液的配制为：每升蒸馏水溶解192.12 mg与96.06 mg，分别得到1 mM与0.5 mM溶液；随后以每株30 ml的喷雾量进行人工叶面喷施。结果显示，在叶面干预处理中，1 mM 的 Citric acid 可降低桃蚜的生物学参数，降幅范围为10.21%至71.5%。该结果与统一的评价体系相结合，表明在所测定的多项生物学适合度指标上，施用1 mM Citric acid 均表现出下降趋势。上述配制与施用细节明确了Citric acid 的用量与给药方式，而量化的降幅范围则直接指向其在目标指标上的积极影响。[3]

■ 2.2 Urinary metabolomics reveals potential biomarkers for monitoring carbon black exposure-related airway injury.

Citric acid (T5S0636) 在该研究中被代谢组学鉴定为与碳黑相关小气道改变有关的四种关键内源性代谢物之一，其依据来自与第六代气道壁增厚指标的相关性分析。研究指出，关联分析将Creatine、Citric acid、Prostaglandin E2及3 beta-Hydroxy-5-cholestenoate确定为关键代谢物，同时Citric acid亦被归入代谢组学筛选得到的差异代谢物。基于此，研究者将包含Citric acid在内的四种代谢物作为预测因子，构建了用于早期识别与碳黑暴露相关小气道损伤的KNN风险模型。纳入Citric acid及另外三种代谢物的分类器在训练集与测试集分别获得0.782 ± 0.06与0.631 ± 0.138的AUC。作者据此提出，这一包含Citric acid的尿代谢物组合具备作为碳黑相关小气道损伤候选生物标志物的初步价值。[4]

■ 3. 结语

Citric acid 主要通过酸碱解离与多羧配位作用机制发挥功能，能够穿膜进入细胞内释放质子，降低胞内pH，破坏质子动力势，并抑制依赖金属离子的酶活性。文献综述显示，Citric acid 作为叶面处理剂显著降低桃蚜生物适合度，作为还原剂调控铁氧化物相变促进酶固定化活性保持，以及作为碳黑暴露相关小气道损伤的内源代谢物标志物之一。未来研究可进一步开发其作为抗菌压力源与代谢调控节点的双重优势，用于创新抗菌策略、生物催化剂优化及环境健康代谢组学标志物的完善。

■ 4. Q&A

Q1: Citric acid 抗菌作用的主要机制是什么？

A1: Citric acid 通过酸碱解离释放质子降低胞内pH，破坏质子动力势，同时其多羧结构螯合二价金属离子（如Mg2+、Ca2+），削弱细菌外膜结构并抑制金属酶活性，从而发挥抗菌作用。

Q2: 文献中 Citric acid 在农业害虫防治中的应用是怎样的？

A2: Citric acid 以1 mM浓度叶面喷施于油菜上，显著降低桃蚜（Myzus persicae）的生物学适合度指标，降幅介于10.21%至71.5%之间。

■ 5. 参考文献

[1] Iacobazzi V, Infantino V, et al. Citrate – new functions for an old metabolite. Biol Chem. 2014;395(4):387-399.

[2] Russell JB, Diez-Gonzalez F, et al. The effects of fermentation acids on bacterial growth. Adv Microb Physiol. 1998;39:205-234.

[3] Javed M, Akram W, Gulzar M, Riaz A, Sagheer M, Aslam A, et al.. Soil nutrition and foliar intervention in Brassica napus (L.) to impair biological fitness of green peach aphid ( Myzus persicae Sulzer).. Frontiers in insect science. 2026;6():1853500.

[4] Wen R, Wu Z, Mu Z, Zhang J, Han Y, Wang Y, et al.. Urinary metabolomics reveals potential biomarkers for monitoring carbon black exposure-related airway injury.. Frontiers in public health. 2026;14():1809269.