近日，国际著名期刊Nature Communications（《自然通讯》IF=16.6）发表了武汉大学人民医院（湖北省人民医院）肿瘤中心张平锋教授团队的最新研究成果。该研究通过突变体实验验证了DltB四聚体在转运和催化双功能中的关键作用，发现细菌细胞壁中脂磷壁酸 D-丙氨酸化的转运和催化新机制，为研发治疗“超级细菌”的新型抗生素提供了重要理论基础。

Nature Communications是《自然》杂志旗下的高级综合性刊物，被中科院划分为1区TOP期刊，JCR分区Q1。论文题目为《Structural insights into the transporting and catalyzing mechanism of DltB in LTA D-alanylation》，张平锋教授是第一作者和首要通讯作者，本研究的大部分实验在武汉大学人民医院肿瘤中心实验室完成。 该研究得到了人民医院肿瘤中心宋启斌教授，姚頤教授以及美国乔治城大学裴华东教授的大力支持。

基因突变和抗生素滥用导致了抗药性“超级细菌”的产生，这是一个全球性问题，对医疗系统构成了严峻挑战。世界卫生组织 (WHO)已发布警告，强调耐药性病原菌对人类公共卫生的重大威胁。传统抗生素通常作用于细菌细胞壁肽聚糖的合成、蛋白质合成、核酸合成等途径。然而随着耐药性的产生，迫切需要针对新的靶点研发新型抗生素。但这一领域的进展相对缓慢，主要受限于合适的新靶点很少。

张平锋教授介绍，常见的“超级细菌”包括耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、耐万古霉素肠球菌（VRE）和耐药性结核分枝杆菌等多种格兰仕阳性细菌。

格兰仕阳性细菌的细胞壁主要由肽聚糖（PG）和磷壁酸（TA）构成。一类常用的β-内酰胺类抗生素，主要通过抑制肽聚糖的合成来发挥抗菌效果，而目前尚未开发出针对磷壁酸的抗生素。DltB蛋白是MBOAT超家族中的细菌膜蛋白，在脂磷壁酸（LTA）的D-丙氨酸化（D-ala）修饰中起关键作用。这个修饰可稳定细胞壁结构，对细菌适应环境、增强致病性和影响宿主免疫反应等多方面具有重要意义。然而DltB在该修饰过程中的分子机制一直未被完全揭示。特别是D-丙氨酸在细胞内合成，而LTA的D-丙氨酸化修饰发生在细胞外，底物如何被转运到细胞外的机制仍然不明确。

张平锋教授团队利用冷冻电镜单颗粒分析方法，解析了DltB蛋白四聚体的高分辨率结构，以及与DltC复合物和抑制剂AMSA的复合物结构。研究首次揭示了DltB在细胞膜上形成有功能的四聚体，并解释了DltC如何从细胞内将D-丙氨酰基递送至靠近DltB的活性中心，DltB四聚体通过构象变化打开通道，从而把D-丙氨酰基转运至细胞外表面，并转移至结合在DltB底物结合位点的LTA上。

该研究通过突变体实验，验证了DltB四聚体在转运和催化双功能中的关键作用。此外，研究还发现抑制剂AMSA（紫色球状模型）通过与DltB单体细胞外表面上的芳香族氨基酸簇结合，展现了高亲和力的结合方式；由于结合位点在细胞外表面，利于开发新型抗生素。

值得一提的是，由于LTA的D-丙氨酸化修饰决定了很许病原菌的致病性，抑制该修饰降低致病性而不影响细菌的生存，因此靶向该通路可能有助于避免产生新的耐药性。

据悉，张平锋教授与武汉大学人民医院肿瘤中心宋启斌教授、姚颐教授以及美国乔治城大学的裴华东教授团队已经在Nature Chemical Biology，Molecular Cell和Cancer Letters等杂志上发表3篇高水平研究论文。

通讯员 | 宁亚飞

来源 | 武汉大学人民医院