FhaA蛋白调控分枝杆菌极性延伸与非对称生长的分子机制及其在结核病治疗中的潜在价值

这篇研究揭示了分枝杆菌保守蛋白FhaA通过协调细胞被膜生物合成与极性延伸的关键作用。研究发现FhaA通过其FHA结构域识别磷酸化苏氨酸残基，与脂质II翻转酶MviN等蛋白互作形成调控网络，影响肽聚糖（PG）合成机器的精确定位。基因缺失实验证实FhaA是维持分枝杆菌特征性非对称生长的必需因子，其缺失导致细胞形态异常和生长异质性丧失。该工作为理解结核分枝杆菌（M. tuberculosis）耐药性和致病性提供了新视角，并提示FhaA可作为抗结核药物开发的新靶点。

　　

FhaA在活细胞中的互作组学分析

采用甲醛交联结合质谱技术，在耻垢分枝杆菌（M. smegmatis）中鉴定出55个与结核分枝杆菌FhaA存在直接或间接互作的蛋白质。核心互作蛋白包括脂质II翻转酶MviN、极性生长因子PgfA（MSMEG_0317）以及参与分枝菌酸转运的TMM转运因子TtfA（MSMEG_0736）。功能富集分析显示这些蛋白主要定位于细胞极区、隔膜和膜组分，涉及细胞被膜生物合成、形态调控和分裂等过程。值得注意的是，PgfA和MSMEG_3080表现出与FhaA相似的非对称分布模式，优先富集于快速生长的旧极。

FhaA过表达引发的细胞被膜重构

过表达FhaA导致细胞表面疏水性降低46%（P<0.05），生物膜形成能力下降2.3倍。透射电镜（TEM）显示细胞被膜中层（阿拉伯半乳聚糖/肽聚糖层）出现异常增厚（25-50 nm vs 对照15-20 nm），电子断层扫描（ET）三维建模证实这种增厚呈不均匀分布。LAURDAN荧光光谱分析进一步揭示被膜脂质层流动性改变，相位图轨迹偏移提示分子环境极性变化。这些现象与FhaA互作组中鉴定的分枝菌酸转运系统（MmpL3）和脂多糖合成相关蛋白（Ppm1）的功能紊乱相吻合。

极性延伸机器的空间定位紊乱

使用荧光D-氨基酸类似物HADA标记新生肽聚糖时，对照菌株的合成位点严格局限于极区和隔膜（2.7±0.5个焦点/细胞），而FhaA过表达菌株出现沿细胞长轴的多个合成位点（4.5±1.7个焦点/细胞）。值得注意的是，这种异常定位并非由 elongasome 支架蛋白Wag31表达量变化引起（q>0.05），而是与FhaA水平直接相关。扫描电镜（SEM）观察到80%过表达菌株出现单极畸形，表现为尖端膨大或卷曲，电子断层扫描显示这些区域伴随被膜中层增厚。

非对称生长的分子开关

在fhaA敲除菌株（Msmeg_ΔfhaA）中，HADA掺入模式发生根本性改变：隔膜处信号强度增加2.1倍，而两极掺入范围扩散（斜率降低35%）。荧光强度分布曲线显示野生型旧极的HADA掺入区域比新极宽1.8倍（P<0.01），而敲除菌株两极掺入模式趋于对称。通过mScarlet-FhaA融合蛋白追踪，证实该蛋白在旧极的富集程度比新极高60%，与快速生长极的活性正相关。 septum位置分析表明敲除菌株失去典型的非对称分裂（隔膜偏移率从野生型35±5%变为50±3%），导致细胞长度异质性降低40%。

治疗靶点的潜在价值

研究发现FhaA通过调控分枝杆菌被膜合成机器的空间组织，维持种群异质性——这是结核分枝杆菌耐受抗生素的关键特征。该蛋白与临床相关靶点MmpL3（抗结核药物靶点）和PknB（Ser/Thr蛋白激酶）位于同一操纵子，其互作网络涵盖9个已知MmpL3相互作用蛋白。特别值得注意的是，FhaA缺失菌株对乙胺丁醇的敏感性提高3倍，这与前人报道的细胞被膜渗透性增加现象一致。这些发现为开发针对分枝杆菌非对称生长机制的新型抗菌策略提供了理论框架。