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研究人员针对单 ADP 核糖基转移酶（mART）毒素展开研究，发现 6 种新毒素，或可用于开发新型药物递送平台。
在生命科学的微观战场上，细菌与人体的攻防之战从未停歇。单 ADP 核糖基转移酶（mART）蛋白作为细菌分泌的一类强效毒力因子，一直备受关注。其中，白喉毒素（DT）是最早被发现的成员，而铜绿假单胞菌分泌的外毒素 A（PE）同样 “臭名昭著”。这些毒素通过独特的机制，精准打击人体细胞内的关键靶点 —— 真核核糖体延伸因子 2（eEF2），严重干扰蛋白质合成过程，进而引发细胞死亡，对人体健康造成极大威胁。
此前，虽然已经知晓部分细菌能分泌类似的毒素，如霍乱弧菌的 Chx 和嗜水气单胞菌的 Ahx，但对于这类毒素家族的认知仍存在诸多空白。一方面，人们不清楚是否还有更多未被发现的家族成员；另一方面，这些毒素在不同细菌中的分布差异及进化来源也有待深入探究。更为关键的是，如何将这些毒素的特性转化为对人类有益的应用，例如开发新型药物递送平台，成为了亟待攻克的难题。
为了揭开这些谜团，来自瑞典斯德哥尔摩大学、英国巴斯大学以及美国应用分子运输公司等机构的研究人员携手合作，踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Communications Biology》上，为我们带来了全新的认知。
研究人员采用了多种关键技术方法。在筛选新毒素时，运用 BLAST 工具对公共数据库进行搜索，以 PE 的氨基酸序列为模板，成功发现了 6 种新的潜在同源物。通过蛋白质表达和纯化技术，获取研究所需的蛋白质样本。利用体外运输实验，评估毒素结构域的功能特性。借助 X 射线晶体学技术，解析毒素的三维结构，直观呈现其分子特征。同时，运用进化分析方法，探究毒素基因的起源和传播机制。
研究人员首先对新发现的毒素进行了全面的鉴定和结构分析。通过数据库搜索，他们发现了 6 种来自不同细菌物种的新毒素，分别来自溶血色杆菌、浅青紫菌、噬真菌菌、泉居沙雷菌、鲍氏不动杆菌和腐败希瓦氏菌。对这些毒素的氨基酸序列分析显示，它们在三个功能结构域（受体结合域 I、转运域 II 和催化毒素域 III）存在不同程度的相似性，其中结构域 I 变化最大，结构域 III 相对保守。通过 X 射线晶体学解析 4 种新毒素的结构发现，尽管序列同源性存在差异，但它们都具有与 PE 相似的三结构域架构，且都包含 4 个保守的二硫键和一个暴露的 furin 切割序列环。这表明这些新毒素在结构上高度保守，可能具有相似的功能机制。
在对结构域 I 的功能研究中，研究人员发现其在介导受体介导的内吞作用（RME）和跨上皮转运中发挥着关键作用。通过将结构域 I 与人类生长激素（hGH）融合，检测融合蛋白跨人小肠（SMI-100）和气道（AIR-100）上皮单层的转运能力，结果表明不同 PLT 的结构域 I 在促进 hGH 转运方面存在差异。如 Chx266hGH、Abx259hGH 和 Sfx257hGH 在跨 SMI-100 单层转运 hGH 时效率较高；而 PE259hGH、Chx266hGH、Abx259hGH、Cfx259hGH 和 Sfx264hGH 在跨 AIR-100 单层转运 hGH 时表现更优。这说明 PLT 氨基酸序列在结构域 I 可能针对特定宿主靶点进行了优化。
结构域 II 的研究则聚焦于其在毒素激活和细胞内转运中的作用。该结构域由六个 α 螺旋束和两个 β 链组成，包含 furin 识别位点和一个二硫键。研究发现，所有 PLT 都严格保守 furin 识别序列 RxPR，但在不同 pH 条件下，它们被 furin 切割的效率存在差异。例如，在 pH 5.5 时，Hmx 和 Jlx 更容易被人类 furin 切割，而 Ahx 和 Spx 则较慢；在 pH 7.0 时，大多数 PLT 在酸性条件下更易被切割，但 Sfx 在 pH 7.0 时也能被显著切割。这表明除了保守的识别基序外，可能还有其他因素影响 furin 与毒素的相互作用。
结构域 III 的研究重点在于其催化活性和底物识别机制。该结构域具有独特的 α/β 折叠，负责 ADP 核糖基化活性。通过与 PE 结构的叠加分析发现，所有 PLT 在催化口袋内的关键残基高度保守，参与 NAD 结合和催化的元件在所有家族成员中均存在，这暗示它们可能具有类似的 ADP 核糖基化活性，但能否靶向 eEF2 或干扰其他细胞内过程仍有待进一步验证。
在进化分析方面，研究人员通过构建系统发育树和分析毒素基因的 GC 含量等方法，探究 PLT 的起源和传播机制。结果显示，PLT 基因的分布不太可能是垂直基因转移（VGT）导致的，而更倾向于水平基因转移（HGT）。大多数毒素基因的 GC 含量与其相邻序列存在差异，这进一步支持了 HGT 的可能性。这表明这些毒素可能在不同细菌物种之间通过基因转移进行传播，从而在多种环境中发挥作用。
这项研究具有重要意义。从基础研究角度来看，新发现的 6 种毒素极大地扩展了 PLT 家族，丰富了我们对这类毒素结构和功能的认识，为深入理解细菌的致病机制提供了新的视角。在应用前景方面，这些毒素有望成为开发新型药物递送平台的重要原料，例如免疫毒素和黏膜抗原递送工具等。同时，研究结果也提醒我们，需要密切监测携带这些毒素的新兴病原体，加强对其毒力因子的研究，为预防和治疗相关感染性疾病提供有力支持。
总之，该研究在细菌毒素领域取得了重要突破，为后续的基础研究和临床应用开辟了新的道路，让我们对细菌与人体的相互作用有了更深入的理解，也为应对相关健康挑战带来了新的希望。
