高峰/校海霞/高福合作最新PNAS

iNature · 公众号 · · 2024-11-11 09:20

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EfpA是首次在结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）中发现的主要转运蛋白超家族（MFS）蛋白，是一种必需的排出泵，与多种药物的耐药性相关。针对EfpA的抑制剂已被开发，用于杀死耐药的Mtb。然而，EfpA的生物功能尚未被阐明。

2024年10月23日，中国科学院高峰，校海霞和高福共同通讯在 PNAS（IF=9.4） 在线发表题为 “ Structure and function of Mycobacterium tuberculosis EfpA as a lipid transporter and its inhibition by BRD-8000.3 ” 的研究论文。 该研究展示了EfpA与脂质或抑制剂BRD-8000.3复合的冷冻电镜结构，分辨率分别为2.9 Å和3.4 Å。

意外的是，EfpA形成了一个反平行二聚体。功能研究表明，EfpA是一种脂质转运蛋白，而BRD-8000.3则抑制其脂质转运活性。有趣的是，已知会赋予BRD-8000.3耐药性的突变V319F改变了EfpA的表达水平和聚合状态。基于作者的结果以及在MFS家族中观察到的其他反平行二聚体，作者提出了EfpA的反平行功能模型。 总体而言，作者的研究提供了EfpA在脂质转运和耐药性中的结构和功能见解，这将加速针对这一有前景药物靶点的抗生素开发。

结核病（TB）是由结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）引起的，是导致人类感染性疾病死亡的第二大原因。 Mtb固有的顽固性以及耐药性结核病的出现，严重影响了抗结核药物的有效性。通过排出泵将抗生素排出细胞是一种普遍的耐药机制。在Mtb基因组中编码的30种主要转运蛋白超家族（MFS）转运蛋白中，EfpA（Rv2846c）是第一个被识别的。EfpA的表达受到组蛋白样蛋白Lsr2的转录抑制。Mtb暴露于异烟肼、利福平和乙硫氨酸等抗生素时，会诱导EfpA的表达。这些化合物因此通过EfpA被驱动排出细胞。

EfpA在快速和慢生长的分枝杆菌物种中都有同源物。 EfpA在小型结核分枝杆菌（Mycobacterium smegmatis, Ms）中的过表达赋予其对一线抗结核药物利福平、异烟肼、链霉素，以及二线抗结核药物阿米卡星和氟喹诺酮的耐药性。

EfpA的整体架构（图片源自 PNAS ）

尽管EfpA与药物排出有关，但其确切的生物功能仍不明确。 尝试从Mtb基因组中删除EfpA失败，表明其对Mtb的生存至关重要。细菌排出泵不仅有助于药物耐药性，还能导出内源性代谢物。分枝杆菌具有异常疏水和高度不透水的细胞膜结构，由胶囊层、分子膜、阿拉伯半乳糖甘露聚糖、肽聚糖和质膜五部分组成。MFS转运蛋白和分枝杆菌膜大蛋白（MmpL）参与细胞膜的生物合成，转运甘油三酯（TAG）和酰基醇等成分。 增厚的膜能保护细菌免受有害条件的影响，降低药物的有效性。

尽管EfpA能够耐受多种不同大小、溶解度和电荷状态的化合物，EfpA在排出这些药物中的直接作用仍需进一步证据。EfpA可能参与细胞成分的转运，从而间接影响药物敏感性。 识别MFS转运蛋白的底物是一个挑战，原因在于其构象动态、低配体结合亲和力和功能冗余。

跨膜蛋白可以作为药物靶点，无需穿透细胞质膜。针对MmpL3、阿拉伯糖基转移酶和ATP合成酶等膜蛋白开发的抗结核药物如SQ109、乙胺丁醇和贝达喹啉，显示出EfpA作为潜在新药靶点的重要性。 两种化学结构不同的EfpA抑制剂BRD-8000.3和BRD-9327展现出不同机制的抗结核活性。

尽管一篇关于EfpA结构的预印本文章在作者准备稿件时发布，但EfpA如何运输多种化合物仍不清楚。更重要的是，EfpA的天然底物需要被识别。EfpA的结构和功能特征化将有助于针对这一有潜力的治疗靶点开发抗结核药物。

原文链接：

https://doi.org/10.1073/pnas.2412653121

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