综述：病原体在感染过程中如何维持蛋白质稳态

《Molecular Microbiology》：How Pathogens Maintain Proteostasis During Infection

细胞镁离子浓度不足时，Hsp70家族成员DnaK通过结合核糖体抑制蛋白质合成，从而维持蛋白稳态。该机制在沙门氏菌等病原体感染宿主巨噬细胞过程中起关键作用，且与真核生物Hsp70的促翻译功能形成鲜明对比。研究发现，DnaK在缺乏J域共伴侣和GrpE的情况下仍能通过结合50S核糖体亚基有效降低翻译速率，其作用依赖于ATP水解活性。此机制与热休克反应中DnaK的功能不同，且通过PhoP调控系统实现基因选择性表达。该发现揭示了原核与真核Hsp70在翻译调控中的进化分化，为理解病原体适应宿主免疫压力提供了新机制。

　　分子伴侣在维持蛋白质稳态（proteostasis）中扮演着至关重要的角色，它们通过帮助新合成蛋白质的折叠和协助错误折叠蛋白质的重新折叠，确保细胞内的蛋白质功能正常且不会形成有毒的聚集体。在细菌中，特别是病原体 *Salmonella enterica* serovar Typhimurium，当细胞内镁离子（Mg2?）浓度下降时，Hsp70 家族中的 DnaK 会与核糖体结合，从而降低蛋白质合成速率。这种作用与 DnaK 的经典功能（如与 J 域辅助蛋白和 GrpE 的核苷酸交换因子协同作用以促进蛋白质折叠）截然不同，表明分子伴侣的功能可能因环境条件和物种而异。

在正常生长条件下，细胞必须平衡蛋白质合成速率与折叠能力，以避免未折叠蛋白质的积累。然而，在感染相关的压力下，如 Mg2? 缺乏，这种平衡会被打破，导致细胞内蛋白质稳态的紊乱。此时，DnaK 的活动在 *S. typhimurium* 中显示出一种新的功能，即通过与核糖体结合来减少蛋白质合成，而这一功能在其他条件（如 Mg2? 丰富）下则不显著。相比之下，细菌特有的触发因子（Trigger Factor, TF）在 Mg2? 丰富的条件下与核糖体结合，促进翻译过程中的蛋白质折叠。因此，DnaK 和 TF 在不同环境中的作用存在显著差异。

这种差异不仅反映了细菌对 Mg2? 缺乏的适应性策略，还可能对病原体的致病性产生深远影响。在 *S. typhimurium* 中，Mg2? 缺乏会激活主调控因子 PhoP，该因子促进 DnaK 的表达，但不促进 J 域辅助蛋白、GrpE 或 TF 的表达。这表明，在 Mg2? 缺乏条件下，不同分子伴侣的表达模式可能被调控以满足细胞的特定需求，从而增强病原体的生存能力。这种调控机制可能有助于病原体在宿主细胞内成功定植并引发感染。

在真核细胞中，Hsp70 分子伴侣（如哺乳动物中的 BiP）通常与核糖体结合以促进蛋白质合成，而不是减少其速率。这种在细菌和真核生物中的不同行为表明，尽管 Hsp70 在不同生物中具有高度保守性，但其功能可能因细胞内的特定条件而有所不同。例如，在细菌中，DnaK 与核糖体结合可减少蛋白质合成，从而避免未折叠蛋白的积累，而在真核生物中，Hsp70 的结合则有助于蛋白质的正确折叠和运输。

此外，细胞内的 Mg2? 浓度对蛋白质稳态具有重要影响。Mg2? 是细胞内重要的二价阳离子，参与多种关键的生物过程，包括 DNA 复制、转录、翻译和酶活性。当 Mg2? 浓度下降时，ATP 的浓度也会受到影响，因为大约 85% 的细胞 ATP 是与 Mg2? 结合的。因此，Mg2? 缺乏会导致 ATP 浓度降低，从而影响蛋白质合成所需的能量供应。这种情况下，细胞可能通过减少核糖体数量或抑制其活性来适应低 ATP 浓度，从而降低蛋白质合成速率，防止未折叠蛋白的积累。

在 *S. typhimurium* 中，Mg2? 缺乏会引发一系列适应性反应。首先，PhoP 调控的 MgtA 和 MgtC 蛋白会促进 Mg2? 的摄取，从而提高细胞内 Mg2? 浓度。其次，MgtC 会减少 ATP 浓度，降低 ATP 依赖的蛋白酶（如 FtsH）对 RpoH 的降解，进而促进 DnaK 的表达。这种调控机制使得 DnaK 在 Mg2? 缺乏时能够与核糖体结合，从而抑制蛋白质合成。然而，DnaK 的这种作用并不依赖于 J 域辅助蛋白或 GrpE，这与其经典功能形成了鲜明对比。

进一步研究发现，DnaK 的 ATP 酶活性对于其抑制蛋白质合成的功能至关重要。当 DnaK 与核糖体结合时，它能够通过其 ATP 酶活性影响核糖体的活性，从而降低蛋白质合成速率。这种机制在 *S. typhimurium* 中尤为关键，因为当细胞内 Mg2? 浓度下降时，核糖体的活性可能受到影响，从而需要 DnaK 的介入来调整蛋白质合成与折叠之间的平衡。此外，DnaK 的这种作用还可能对细菌的致病性产生影响，因为它能够减少蛋白质合成，从而降低宿主细胞对病原体的免疫反应。

在真核细胞中，Hsp70 的功能则更多地与蛋白质折叠和运输相关。例如，BiP 与核糖体结合，促进新生多肽链的正确折叠，而不是减少蛋白质合成。这种差异表明，尽管 Hsp70 在细菌和真核生物中都具有重要作用，但其具体功能可能因细胞类型和环境条件而有所不同。例如，在哺乳动物的内质网（ER）中，当蛋白质折叠能力受到限制时，Hsp70 会通过减少翻译速率来维持蛋白质稳态，而这一机制在细菌中可能表现为 DnaK 与核糖体结合以抑制蛋白质合成。

综上所述，蛋白质稳态的维持涉及多种分子伴侣和辅助因子的协调作用。在细菌中，DnaK 在 Mg2? 缺乏时通过与核糖体结合减少蛋白质合成，而在 Mg2? 丰富的条件下则主要参与蛋白质的折叠。这种差异不仅反映了细菌对 Mg2? 缺乏的适应性策略，还可能影响其致病性和生存能力。同时，不同生物中 Hsp70 分子伴侣的功能差异也提示了蛋白质稳态调控的复杂性和多样性。这种调控机制的差异可能是由于不同生物在进化过程中形成了不同的适应策略，以应对环境压力和维持细胞功能。