翻譯后修飾與結(jié)核分枝桿菌耐藥調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

謝龍祥，黨藝方，謝建平

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謝建平 西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院現(xiàn)代生物醫(yī)藥研究所副所長(zhǎng)，博導(dǎo)，研究員 (二級(jí))，中國(guó)微生物學(xué)理事/基礎(chǔ)微生物/分子微生物與生物工程專委會(huì)副主任、中國(guó)微生物學(xué)會(huì)教學(xué)工作委員會(huì)委員、中國(guó)遺傳學(xué)會(huì)微生物遺傳專委會(huì)委員、中國(guó)醫(yī)促會(huì)結(jié)核病防治分會(huì)結(jié)核病基礎(chǔ)組副主任、中華醫(yī)學(xué)會(huì)結(jié)核病分會(huì)基礎(chǔ)專委會(huì)委員、重慶微生物學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、重慶免疫學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)，中國(guó)毒理學(xué)會(huì)毒素毒理專委會(huì)理事、《遺傳》副主編、《生物工程學(xué)報(bào)》、《藥學(xué)學(xué)報(bào)》、《微生物學(xué)報(bào)》、《中國(guó)抗生素雜志》和編委，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家(2010)，教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃入選者(2011)，重慶市縉云英才入選者。主要圍繞結(jié)核病持續(xù)開(kāi)展研究，先后主持或者主研國(guó)家傳染病科技重大專項(xiàng)、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等20余項(xiàng)，近5年以通訊作者發(fā)表SCI論文80余篇。主譯/副主編《圖解微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)指南》、《結(jié)核病免疫學(xué)》、《分枝桿菌分子生物學(xué)》、《微生物學(xué)》、《藥學(xué)細(xì)胞生物學(xué)》和《DNA科學(xué)導(dǎo)論》等教材10余部?！渡钪械腄NA科學(xué)》獲教育部精品視頻課程(2014) 和重慶市教學(xué)技術(shù)成果二等獎(jiǎng)(2016)?！敖Y(jié)核病防控新措施的基礎(chǔ)研究”獲重慶市自然科學(xué)三等獎(jiǎng)(2015)。

翻譯后修飾與結(jié)核分枝桿菌耐藥調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

謝龍祥1，黨藝方1，謝建平2

1 河南大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)生物信息研究所，河南 開(kāi)封 475004 2 西南大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 現(xiàn)代醫(yī)藥生物研究所，重慶 400715

謝龍祥, 黨藝方, 謝建平. 翻譯后修飾與結(jié)核分枝桿菌耐藥調(diào)控網(wǎng)絡(luò).生物工程學(xué)報(bào), 2018, 34(8): 1279–1287.Xie LX, Dang YF, Xie JP. Post-translational modification and regulatory network of Mycobacterium tuberculosis antibiotic resistance. Chin J Biotech, 2018, 34(8): 1279–1287.

目前對(duì)于結(jié)核分枝桿菌(，Mtb) 耐藥產(chǎn)生機(jī)制研究得較多，但對(duì)其調(diào)控機(jī)制的研究較少。翻譯后修飾(Post-translational modifications，PTMs) 在結(jié)核菌多種生理途徑(如代謝、應(yīng)激反應(yīng)等) 中發(fā)揮重要調(diào)控作用，而它們和結(jié)核菌耐藥之間的關(guān)系逐漸引起了研究者的關(guān)注。文中介紹了結(jié)核菌抗生素耐受機(jī)制以及存在的一些PTMs，重點(diǎn)討論了PTMs在調(diào)控結(jié)核桿菌耐藥機(jī)制中的潛在作用，以期為新型抗結(jié)核藥物研發(fā)提供新的切入點(diǎn)。

翻譯后修飾，結(jié)核分枝桿菌，抗生素，耐藥

由結(jié)核分枝桿菌 (以下簡(jiǎn)稱結(jié)核菌) 引起的結(jié)核病是人類健康的主要威脅之一。據(jù)報(bào)道，全球每年有1 040萬(wàn)人感染結(jié)核病，180萬(wàn)人死于結(jié)核病[1]。近些年，由于抗生素的濫用導(dǎo)致多耐藥 (Multidrug resistant，MDR) 和廣泛性耐藥 (Extensively drug-resistant，XDR) 結(jié)核菌的出現(xiàn)，這使得結(jié)核病疫情愈加嚴(yán)重。因此，深入理解結(jié)核菌耐藥機(jī)制并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)新型抗結(jié)核藥物就顯得尤為迫切和重要。

結(jié)核菌對(duì)許多抗生素是天然耐藥的，這主要是由于結(jié)核菌具有厚、蠟狀、疏水的細(xì)胞被膜[1]，體內(nèi)存在可使藥物降解失活或修飾的酶[3-4]。此外，結(jié)核菌存在大量的藥物外排泵系統(tǒng)，這也可以賦予它們一定水平的臨床耐藥性[5]。除了天然耐藥外，大多數(shù)結(jié)核菌的耐藥表型可以歸結(jié)于染色體突變?cè)斐傻腫6]。這些染色體突變可以通過(guò)修飾或過(guò)表達(dá)藥物靶標(biāo)，或活化前體藥物來(lái)賦予菌株不同水平的耐藥性。表1概括了導(dǎo)致結(jié)核菌耐藥常見(jiàn)的染色體突變靶標(biāo)[6]。雖然目前關(guān)于結(jié)核菌耐藥產(chǎn)生機(jī)制研究得較為透徹，但其具體的調(diào)控機(jī)制仍不清楚。

表1 結(jié)核菌耐藥機(jī)制及常見(jiàn)的染色體突變靶標(biāo)

蛋白質(zhì)的許多PTMs在高等和低等生物中均存在，它們可參與水解或?qū)⑿揎椈鶊F(tuán)轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)氨基酸。這些PTMs可能影響蛋白質(zhì)的活化狀態(tài)、定位、轉(zhuǎn)換和/或與其他蛋白質(zhì)的相互作用[7]。隨著依賴質(zhì)譜 (Mass spectrometry，MS) 的蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，細(xì)菌中大量的蛋白質(zhì)被發(fā)現(xiàn)存在PTMs，例如磷酸化 (Phosphorylation)、乙酰化 (Acetylation)、類泛素化 (Pupylation) 等，并且一些蛋白質(zhì)的PTMs被證明在細(xì)菌的多種生理途徑中發(fā)揮重要調(diào)控作用。2015年，Nakedi等解析并比較了對(duì)數(shù)時(shí)期的快生型恥垢分枝桿菌和慢生型牛分枝桿菌BCG的蛋白質(zhì)磷酸化組，發(fā)現(xiàn)牛分枝桿菌呈現(xiàn)復(fù)雜的蛋白質(zhì)磷酸化網(wǎng)絡(luò)，而該網(wǎng)絡(luò)可以調(diào)控細(xì)胞分裂、細(xì)胞壁合成、快速應(yīng)對(duì)壓力反應(yīng)等細(xì)胞途徑[8]。2017年，Birhanu等利用定量乙?；鞍踪|(zhì)組學(xué)方法分析了3種Mtb臨床分離菌株 (2種譜系7分離株和譜系4 H37Rv標(biāo)準(zhǔn)株)，鑒定了953個(gè)蛋白質(zhì)中存在2 490個(gè)class-Ⅰ乙?；稽c(diǎn)、2 349個(gè)O乙?；稽c(diǎn)和141個(gè)Nε乙?；稽c(diǎn)[9]。乙?；鞍踪|(zhì)被發(fā)現(xiàn)參與中心代謝、翻譯和應(yīng)激反應(yīng)以及抗生素耐受[9]。鑒于PTMs在應(yīng)對(duì)環(huán)境壓力中的重要作用，人們推測(cè)PTMs可能也參與抗生素耐受過(guò)程[10]。文中提供了PTMs (也擴(kuò)展包含了抗生素的化學(xué)修飾) 可能調(diào)控結(jié)核菌耐藥的證據(jù)。

1 在結(jié)核菌中抗生素暴露和PTMs之間是否存在聯(lián)系？

在過(guò)去數(shù)年中，多個(gè)研究暗示PTMs和抗生素暴露之間可能存在一定的關(guān)聯(lián)。在經(jīng)典的磷酸化修飾中，蛋白質(zhì)激酶轉(zhuǎn)移ATP上的γ-磷酸到蛋白質(zhì)的特定氨基酸 (通常為絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸) 上來(lái)啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[11]。結(jié)核菌基因組包含11個(gè)絲氨酸/蘇氨酸磷酸激酶基因 (Serine/threonine protein kinases，STPK)，也就是、和–[12]。分析已報(bào)道的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)[12]，結(jié)核菌在卷曲霉素 (Capreomycin，Cap)、阿米卡星 (Amikacin，Ami)、鏈霉素 (Streptomycin，SM) 處理?xiàng)l件下，基因分別下調(diào)4.76倍、2.11倍、2.14倍；在四環(huán)素 (Tetracycline，Tet) 處理?xiàng)l件下，基因下調(diào)3.41倍；在異煙肼 (Isoniazid，INH)處理?xiàng)l件下，基因上調(diào)2.71倍；在利福平(Rifampicin，Rif) 處理?xiàng)l件下，基因上調(diào)5.2倍；在羅紅霉素 (Roxithromycin，Rox) 和鏈霉素 (Streptomycin，SM) 處理?xiàng)l件下，基因分別上調(diào)2.14倍和2倍。值得注意的是，有研究表明過(guò)表達(dá)PknA和PknB激酶 (其屬于編碼參與細(xì)胞形狀調(diào)控和細(xì)胞壁合成基因的操縱子的一部分) 會(huì)導(dǎo)致結(jié)核菌生長(zhǎng)變慢并改變細(xì)胞形態(tài)，或的部分敲除會(huì)導(dǎo)致結(jié)核菌形態(tài)變窄和變長(zhǎng)[14]。此外，缺失基因會(huì)導(dǎo)致恥垢分枝桿菌和結(jié)核菌對(duì)多種抗生素的敏感[15]。這些數(shù)據(jù)表明負(fù)責(zé)PTMs的關(guān)鍵酶或PTMs可能和抗生素處理之間有一定的功能聯(lián)系。

2 PTMs是如何作用導(dǎo)致結(jié)核菌耐藥改變呢？

抗生素可以利用多種機(jī)制靶向關(guān)鍵途徑，例如核酸和蛋白質(zhì)合成、被膜完整性以及活性氧等。有趣的是，結(jié)核菌的各種PTMs也參與這些功能。因此，PTMs活動(dòng)的變動(dòng)可能導(dǎo)致細(xì)胞途徑的變化，進(jìn)而調(diào)控結(jié)核菌的抗生素耐受 (圖1)。

2.1 可能參與細(xì)胞壁合成

研究表明Wag31的磷酸化在恥垢分枝桿菌抗生素耐受中發(fā)揮作用[16]。Wag31是細(xì)胞分裂蛋白質(zhì)DivIVA的同源蛋白，它可以調(diào)控分枝桿菌的生長(zhǎng)、形態(tài)和極性細(xì)胞壁合成。Wag31蛋白也可以與ACCase酶亞基AccA3相互作用，進(jìn)而調(diào)控脂質(zhì)和分枝菌酸 (Mycolic acids) 合成。AccA3對(duì)?；溠由焓侵陵P(guān)重要的，因?yàn)樗梢詫⒁阴］o酶A (Acetyl-CoA) 轉(zhuǎn)換成丙二酰輔酶A (Malonyl-CoA)。AccA3過(guò)表達(dá)可以導(dǎo)致滲透性降低進(jìn)而增加恥垢分枝桿菌對(duì)利福平和新生霉素 (Novobiocin) 的抗性。Wag31-AccA3的相互作用可以促進(jìn)細(xì)胞壁的穩(wěn)定性[17]。Wag31可被分枝桿菌激酶PknA磷酸化，且Wag31的磷酸化可以幫助其蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用，也可調(diào)控和促進(jìn)肽聚糖 (Peptidoglycan，PG) 生物合成。

圖1 結(jié)核菌中PTMs和抗生素耐受之間的聯(lián)系

此外，結(jié)核菌MabA (β酮脂?；d體蛋白還原酶) 的磷酸化可以調(diào)控分枝菌酸生物合成途徑[18]。包括PknB在內(nèi)的一些Ser/Thr蛋白激酶體外和體內(nèi)可以對(duì)分枝桿菌的MabA進(jìn)行磷酸化。質(zhì)譜分析和定點(diǎn)突變鑒定了3個(gè)磷酸蘇氨酸，其中Thr191是主要的磷酸化受體。與野生型蛋白質(zhì)相比，用來(lái)模擬組成型磷酸化的MabA_T191D突變體的酮酰還原酶活性明顯下降[18]。在BCG中組成型過(guò)表達(dá)MabA_T191D會(huì)嚴(yán)重?fù)p害分枝桿菌的生長(zhǎng)，導(dǎo)致分枝菌酸從頭合成途徑明顯受到抑制[18]。Ando等研究表明MabAg609a的沉默突變可以通過(guò)增加的轉(zhuǎn)錄水平來(lái)賦予結(jié)核菌對(duì)INH的耐受[19]。

參與細(xì)胞壁組分阿拉伯聚糖合成的基因簇(阿拉伯聚糖轉(zhuǎn)移酶) 是乙胺丁醇的作用靶標(biāo)，而EmbR是基因轉(zhuǎn)錄激活器。2003年，Molle等發(fā)現(xiàn)PknH可以對(duì)含有FHA磷酸化蛋白質(zhì)識(shí)別區(qū)域的EmbR磷酸化[20]。2006年，Sharma等研究證明EmbR的磷酸化可以影響脂阿拉伯甘露糖/脂甘露糖（LAM?LM）比率，而該比率是分枝桿菌毒力和對(duì)抗結(jié)核藥物乙胺丁醇耐受的重要決定因素[21]。同年，他們又證明PknA和PknB是導(dǎo)致EmbR磷酸化的新型調(diào)控器，而上文中我們提到PknA﹑PknB與結(jié)核菌的生長(zhǎng)和細(xì)胞形態(tài)有密切關(guān)系[22]。

2.2 可能參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控

一些抗生素可以改變轉(zhuǎn)錄機(jī)器 (Transcriptional machinery)，而PTMs已被發(fā)現(xiàn)可以調(diào)控此過(guò)程。Nε-賴氨酸乙酰化是一種由乙?；负腿ヒ阴；杆呋目赡娴?、廣泛的、動(dòng)態(tài)的調(diào)控機(jī)制，它可以影響蛋白質(zhì)的多種特性，包括酶活性、DNA-蛋白質(zhì)相互作用、亞細(xì)胞定位、轉(zhuǎn)錄活性和蛋白質(zhì)穩(wěn)定性等[23]。2015年，Gu等研究表明依賴煙酰胺腺嘌呤二核苷 (NAD+) 的去乙酰酶MSMEG_5175可以通過(guò)兩條途徑來(lái)參與異煙肼抗性：1) 直接調(diào)控胞內(nèi)NAD或NADH水平；2) 影響RNA聚合酶β′亞基 (RpoC) 乙酰化水平控制全局性基因轉(zhuǎn)錄水平[24]。與包含pMV261的恥垢分枝桿菌空載菌 (mc2155-pMV261) 相比，MSMEG_5175過(guò)表達(dá)菌株 (mc2155-MS5175) 具有較低的胞內(nèi)NAD水平但較高的異煙肼抗性。定量蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明，MSMEG_5175的過(guò)表達(dá)可以導(dǎo)致34個(gè)蛋白質(zhì)上調(diào)表達(dá)和72個(gè)蛋白質(zhì)下調(diào)表達(dá)。這些差異性蛋白質(zhì)參與包括代謝激活、轉(zhuǎn)錄、翻譯、抗氧化和DNA損傷在內(nèi)的多種細(xì)胞途徑。在mc2155-MS5175菌株中，過(guò)氧化氫酶 (KatG) 的mRNA和蛋白質(zhì)水平均發(fā)生了下調(diào)。此外，免疫共沉淀和蛋白質(zhì)組學(xué)聯(lián)合分析表明mc2155-MS5175中27個(gè)蛋白質(zhì)的乙?；较抡{(diào)，其中RpoC的乙酰化水平的改變可能影響它的自身功能并導(dǎo)致整體基因轉(zhuǎn)錄的變化[24]。

2.3 可能參與活性氧產(chǎn)生和DNA損傷反應(yīng)

抗生素誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生的ROS (Reactive oxygen species) 已被深入研究。盡管曾有不少爭(zhēng)議，但是最新研究表明氨芐青霉素、卡那霉素、諾氟沙星、莫西沙星等抗生素都可誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生ROS[25-26]。原核類泛素化蛋白 (Prokaryotic ubiquitin-like protein，Pup) 由64個(gè)氨基酸組成，相對(duì)分子量為6 900，是一種存在于分枝桿菌中類似真核生物泛素 (Ubiquitin，Ub) 的小分子蛋白質(zhì)[27]。分枝桿菌的蛋白質(zhì)酶體和Pup組成了完整的Pup-蛋白酶體系統(tǒng) (PPS)。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)被Pup共價(jià)標(biāo)記后，修飾的蛋白質(zhì)將被蛋白酶體降解或參與修飾后的調(diào)控過(guò)程，最終影響細(xì)菌各個(gè)生命活動(dòng)。位于同一個(gè)操縱子的Pup連接酶PafA、PafB和PafC是分枝桿菌和其他放線菌中Pup-蛋白酶體系統(tǒng)的一部分。2015年，我們課題組研究表明恥垢分枝桿菌突變菌株對(duì)氟喹諾酮類抗生素 (包括莫西沙星、諾氟沙星、氧氟沙星和環(huán)丙沙星) 是超敏感的，但是對(duì)其他抗生素例如異煙肼、利福平、氯霉素和卷曲霉素的敏感性是沒(méi)有改變的?；匮a(bǔ)實(shí)驗(yàn)恢復(fù)了和野生型恥垢分枝桿菌表型[28]。突變菌株對(duì)H2O2是非常敏感的，并且鐵螯合劑 (聯(lián)吡啶) 和羥基自由基清除劑 (硫脲) 可以消除此差異[28]。最近Olivencia等證明參與分枝桿菌DNA損傷反應(yīng)[29]。恥垢分枝桿菌突變菌株的蛋白質(zhì)組學(xué)分析揭示參與DNA損傷反應(yīng)的各種蛋白質(zhì) (包括重組酶RecA) 的胞內(nèi)水平是降低的，同時(shí)，突變菌株對(duì)DNA損傷試劑敏感性增加[29]。

2.4 參與抗生素的直接修飾

分枝桿菌中存在一些酶，這些酶可以將某些化學(xué)基團(tuán)轉(zhuǎn)移到抗生素上對(duì)其進(jìn)行修飾，而該修飾可以降低靶標(biāo)的結(jié)合能力進(jìn)而使藥物失活。Eis是基因編碼的乙?；?(GNAT) 超家族蛋白，它可促進(jìn)恥垢分枝桿菌在人類巨噬細(xì)胞系U-937的傳代過(guò)程中的存活。此外，由RNA聚合酶σ因子SigA調(diào)控的Eis表達(dá)也可增進(jìn)W-Beijing菌株在單核細(xì)胞中的胞內(nèi)存活。2009年，Zaunbrechera等研究證明Eis的過(guò)量表達(dá)可賦予結(jié)核菌對(duì)卡那霉素的抗性[30]。2011年，Gikalo等研究表明Eis的突變?cè)谀箍茀^(qū)域結(jié)核菌臨床菌株卡那霉素抗性發(fā)展中是至關(guān)重要的[31]，隨后Chen等發(fā)現(xiàn)Eis可以直接對(duì)多種氨基糖苷類抗生素的多個(gè)氨基乙?；痆32]。

ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶可以將ADP-ribosyl基團(tuán)轉(zhuǎn)移到抗生素，進(jìn)而抑制抗生素接近靶標(biāo)。例如，利福平是一種可以抑制RNA聚合酶β亞基的半合成抗生素，恥垢分枝桿菌中ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶可以利用NAD作為輔因子將ADP-ribosyl加到利福平上，而利福平的核糖基化會(huì)使其失活，導(dǎo)致恥垢分枝桿菌對(duì)利福平耐受[4]。近來(lái)，Rominski等證明ADP-核糖基化酶MAB_0591對(duì)于膿腫分枝桿菌的天然耐藥是必需的[33]。MAB_0591的異源表達(dá)可以賦予大腸桿菌和結(jié)核菌對(duì)利福平的抗性。與膿腫分枝桿菌ATCC 19977菌株相比，膿腫分枝桿菌缺失菌株對(duì)利福平的MIC值始終要低。當(dāng)缺失菌株回補(bǔ)后，恢復(fù)與野生型菌株相同的表型[33]。

2.5 可能參與靶標(biāo)位點(diǎn)的改變

賴氨酸琥珀?；?(Lysine succinylation) 是近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的一種新型賴氨酸酰化修飾[34]。2014年，我們課題組利用免疫親和富集和高靈敏度質(zhì)譜聯(lián)合方法繪制了中國(guó)廣泛耐藥結(jié)核菌臨床菌株的全局性琥珀?；鞍讏D譜，發(fā)現(xiàn)有686個(gè)琥珀酰化蛋白和1 739個(gè)琥珀?；稽c(diǎn)[35]。值得注意的是其中有4個(gè)抗結(jié)核藥物靶標(biāo)蛋白質(zhì)被琥珀?；揎?，包括InhA、RopB和GyrA/GyrB。氟喹諾酮 (Fluoroquinolones，F(xiàn)Qs) 是治療多耐藥結(jié)核病的第二線藥物，而由和基因編碼的Ⅱ型DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶是其靶標(biāo)蛋白。GyrA和GyrB蛋白均被發(fā)現(xiàn)存在琥珀?；揎?，其中GyrA蛋白有5個(gè)琥珀?；稽c(diǎn)，GyrB蛋白有10個(gè)琥珀酰化位點(diǎn)。GyrB蛋白中的一個(gè)琥珀?；揎椢稽c(diǎn)K523在空間上接近自然突變位點(diǎn) (A515T或A515V)，而該突變位點(diǎn)可以導(dǎo)致對(duì)抗生素的耐受。RopB蛋白被發(fā)現(xiàn)存在12個(gè)琥珀?；揎椢稽c(diǎn)，其中一個(gè)琥珀?；揎椢稽c(diǎn)空間上接近自然突變位點(diǎn) (I561V)。2010年，Prisic等利用磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)方法對(duì)結(jié)核菌的蛋白質(zhì)磷酸化進(jìn)行了全局性分析，他們鑒定了301個(gè)參與廣泛功能的磷酸化蛋白質(zhì)和500個(gè)磷酸化位點(diǎn)[36]。其中GyrA和RpoB均被發(fā)現(xiàn)存在1個(gè)磷酸化位點(diǎn)。因此，探究這些靶標(biāo)蛋白質(zhì)的翻譯后修飾與抗生素耐受之間的關(guān)系將是非常有必要的。

3 與抗生素耐受相關(guān)的翻譯后修飾蛋白底物

結(jié)核菌中還存在一些非藥物靶標(biāo)但與抗生素耐受相關(guān)的蛋白存在翻譯后修飾。有研究發(fā)現(xiàn)結(jié)核菌中有58個(gè)類泛素化蛋白[37]，其中負(fù)責(zé)催化分枝菌酸和脂肪酸合成的關(guān)鍵酶GlmU (UDP-N-乙酰氨基葡萄糖焦磷酸化酶)、MurA (UDP-N-乙?；咸烟囚纫蚁┗D(zhuǎn)移酶) 和FabD (丙二酰輔酶A-?；d體蛋白轉(zhuǎn)酰酶)、KasB (β-酮脂酰-ACP合成酶)、FabG4 (3-酮脂酰-?；d體蛋白脫氫酶) 以及反應(yīng)調(diào)節(jié)子A (MtrA) 被發(fā)現(xiàn)存在Pup修飾。結(jié)核菌MtrA參與廣泛的調(diào)節(jié)作用，對(duì)結(jié)核菌的體外生長(zhǎng)繁殖是至關(guān)重要的。Nguyen等研究證明MtrA、MtrB和脂蛋白LpqB組成了一個(gè)系統(tǒng)來(lái)共同調(diào)控分枝桿菌的天然耐多藥性、細(xì)胞動(dòng)力學(xué)和細(xì)胞壁內(nèi)穩(wěn)態(tài)過(guò)程[38]。此外，組學(xué)鑒定發(fā)現(xiàn)異煙肼誘導(dǎo)蛋白IniB存在3個(gè)磷酸化位點(diǎn)，IniC存在2個(gè)磷酸化位點(diǎn)，與分枝桿菌天然耐藥相關(guān)的PknG存在1個(gè)磷酸化位點(diǎn)[36]。探究這些底物的翻譯后修飾是否直接參與結(jié)核菌抗生素耐受是將來(lái)需要解決的問(wèn)題。

4 負(fù)責(zé)PTMs的關(guān)鍵酶是否可以作為新型抗結(jié)核藥物靶標(biāo)？

2016年，Garzan等[39]高通量篩選得到了乙酰化酶Eis的兩種抑制劑甲基四氫呋喃 (3,2-b) 吡咯-5-羧酸酯和3-(1,3-二氧雜環(huán)丁烷)-2-吲哚酮，其中后者和KAN聯(lián)合使用時(shí)，可以明顯降低KAN耐藥結(jié)核菌的MICKAN (Minimum inhibitory concentration，MIC)。最近他們又發(fā)現(xiàn)了Eis的新型高效抑制劑——吡咯并 (1,5-α) 吡嗪類似物，該化合物對(duì)動(dòng)物細(xì)胞沒(méi)有明顯的毒性，有望成為治療耐藥結(jié)核病的氨基糖苷類抗生素佐劑[40]。2017年，Xu等鑒定了一種新型蛋白激酶PknB抑制劑IMB-YH-8，該小分子化合物可以特異性抑制PknB自磷酸化以及GarA的磷酸化，但對(duì)人的激酶Akt1或結(jié)核菌中的其他激酶活性沒(méi)有抑制作用[41]。值得注意的是，IMB-YH-8不僅可以抑制敏感型和多耐藥臨床菌株，也可以抑制胞內(nèi)結(jié)核菌生長(zhǎng)。以上這些數(shù)據(jù)均表明負(fù)責(zé)PTMs的關(guān)鍵酶可成為抗結(jié)核藥物設(shè)計(jì)的新靶標(biāo)[41]。

5 結(jié)語(yǔ)

目前PTMs在結(jié)核菌耐藥方面作用的研究處于起步階段，各種PTMs的研究例子較少，因此有許多問(wèn)題需要解決。例如，除了直接對(duì)多種氨基糖苷類抗生素乙?；?，Eis是否可以通過(guò)乙?；揎椖硞€(gè)關(guān)鍵蛋白質(zhì)來(lái)參與抗生素耐受途徑呢？因?yàn)樽罱麲hosh等利用免疫共沉淀方法證明了結(jié)核菌Eis可以對(duì)擬核相關(guān)蛋白MtHU的多個(gè)賴氨酸殘基進(jìn)行乙?；揎?，且MtHU的乙?；瘯?huì)導(dǎo)致擬核蛋白的DNA壓縮能力改變[42]。結(jié)核菌中是否還存在其他新型PTMs？結(jié)核菌中各種PTMs之間是否存在交叉對(duì)話，且這些交叉對(duì)話網(wǎng)絡(luò)是否會(huì)影響抗生素耐受？MDR和XDR臨床結(jié)核菌中各種PTMs的定量變化情況是怎樣的？雖然目前對(duì)PTMs和結(jié)核菌耐藥網(wǎng)絡(luò)的研究還不夠成熟，但是對(duì)PTMs及其關(guān)鍵酶的進(jìn)一步研究可能為結(jié)核病治療和抗結(jié)核新藥物的研發(fā)提供新的線索。

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(本文責(zé)編 郝麗芳)

Post-translational modification and regulatory network ofantibiotic resistance

Longxiang Xie1, Yifang Dang1, and Jianping Xie2

1 Institute of Biomedical Informatics, BasicMedical School, Henan University, Kaifeng 475004, Henan, China 2 Institute of Modern Biopharmaceuticals, School of Life Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China

Currently, there are many studies on the mechanism of antibiotic resistance in(Mtb), but there are few studies on its regulatory mechanism. Post-translational modifications (PTMs) have been recognized for their important role in controlling cellular dynamics such as metabolism and stress response, but the relationship between PTMs and antibiotic resistance gradually attracted the attention of researchers. Here, we summarize the definition of PTMs, and the mechanisms of antibiotic resistance inand discuss how PTMs are involved in antibiotic resistance, in order to provide a new breakthrough for the development of new anti-Ttb drugs.

posttranslational modifications,, antibiotic, antibiotic resistance

December 29, 2017;

March 15, 2018

Doctoral Fund of Ministry of Education of China (No. 2017M62237), National Key Research and Development Program of China (No. 2016YFC0502304).

Jianping Xie. Tel/Fax: +86-23-68367108; E-mail: georgex@swu.edu.cn

中國(guó)博士后基金(No. 2017M62237), 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(No. 2016YFC0502304) 資助。

10.13345/j.cjb.170530