结核分枝杆菌乙酰转移酶功能研究进展2024.docx

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1、结核分枝杆菌乙酰转移酶功能研究进展2024摘要结核分枝杆菌(MTB)蛋白质乙酰化修饰在毒力、耐药、调控代谢以及宿主抗结核免疫应答等方面起着重要作用。MTB乙酰转移酶不仅能够乙酰化修饰MTB自身蛋白质，而且能够调控宿主蛋白质乙酰化修饰，进而影响结核病的发生发展和转归。深入阐明MTB乙酰转移酶及其靶向调控蛋白质乙酰化修饰，将有助于揭示MTB的致病机制和耐药机制，进而开发新型抗结核药物。本文将系统性综述MTB乙酰转移酶相关功能研究进展，为进一步研究其介导的蛋白质乙酰化修饰，进而开发新的抗结核药物和阐明耐药机制提供理论基础。结核病是一种慢性传染性疾病，主要由结核分枝杆菌(Mycobacteriumtu

2、berculosis,MTB)感染引起。2022年世界卫生组织(WorldHealthOrganization,WHO)发表的全球结核病报告估计，2021年全球有1060万新发结核病病例和160万死亡病例，而我国新发结核病病例78万，其中耐多药/利福平耐药患者约3.3万10当前，耐药结核病大规模出现，亟须发现新的药物靶点杀灭MTB以应对结核病的广泛传播。MTB蛋白质翻译后修饰有多种方式,包括甲基化、乙酰化、泛素化和磷酸化等，在MTB毒力、耐药、代谢以及致病机制中起着重要作用，因此，参与MTB蛋白质翻译后修饰的酶可能是潜在的抗结核药物作用新靶点2o蛋白质乙酰化是生物界中的一种普遍存在的翻译后修饰

3、,几乎参与所有的生物学过程，包括：转录、翻译、代谢、蛋白质稳定性、信号转导等3,4O乙酰转移酶也几乎存在于所有的生命领域，它通常将乙酰基部分(乙酰辅酶A,AcCoA)转移到目标底物以调节其活性或稳定南51乙酰转移酶已被证明可以修饰多种小分子底物包括tRNA、多胺、毒素、细胞壁成分和多种抗生素等，也在解毒、蛋白质合成和调控转录中发挥作用5L近年来，随着质谱技术的进步，越来越多的学者更加关注蛋白质的乙酰化修饰及介导乙酰化修饰的乙酰转移酶在疾病发生发展中的作用，但其中具体涉及致病机制的相关分子机制仍需进一步阐明。本文将综述MTB乙酰转移酶研究新进展，为进一步探讨靶向MTB乙酰转移酶的新型抗结核药物开

4、发提供理论基础和研究思路。一、MTB乙酰转移酶的数量和功能分类生物信息学分析预测发现MTB含有47个潜在的乙酰转移酶6z7o其中，研究证实有3个编码乙酰转移酶的基因属于必需基因，分别为Rv2747xRv3341和Rv1653；其他基因则为非必需基因或未经实验3佥证。*艮据Mycobrowser(https:/mycobrowser.epfl.ch/)网站对MTB中47个乙酰转移酶进行功能分类：其中，有26个乙酰转移酶参与中间代谢和呼吸作用；11个乙酰转移酶和脂质代谢相关；另各有6个乙酰转移酶参与细胞壁和细胞进程、信号途径、毒力、解毒和适应相关，此外，还有4个乙酰转移酶为保守的假定蛋白。在分泌蛋

5、白方面,已有6个乙酰转移酶被研究报道为分泌蛋白,包括:酰基CoA硫解酶（FadAzRvO8591小酮酰基CoA硫解酶（FadA3,Rv1074c1乙酰CoA硫解醵FadA4zRv1323磷酸转乙酰醐Pta,Rv0408XGCN5相关的N-乙酰转移酶（Eis,Rv2416c）和未知功能蛋白Rv3423.1o二、MTB乙酰转移酶的生物学功能MTB乙酰转移酶可作用于多种小分子底物（包括：转录因子、氨基酸、抗生素和其他分子），进而调控转录、翻译、蛋白质折叠和代谢途径等4;还能够通过与宿主免疫信号蛋白发生相互作用，进而调节宿主抗结核免疫应答反应30已发表的与MTB乙酰转移酶功能相关研究见表18-49o基

6、于此，本文将进一步从毒力、耐药、调控代谢和宿主免疫反应等几个方面对MTB乙酰转移酶相关研究进行综述。1 .与MTB毒力相关的乙酰转移酶：MTB乙酰转移酶在细菌毒力和致病机制中发挥关键作用500Card等23发现感染后6周内AmbtK突变株在小鼠体内的生长显著减弱，证实MbtK是重要的MTB毒力因子。脂质组学分析表明抑制MbtK能够干扰分枝菌素的生物合成25,提示靶向MbtK或分枝菌素合成的其他关键节点，可能是潜在的结核病治疗新靶点。N-乙酰葡糖胺I-磷酸尿苛基转移酶(GImU,Rv1018c)是一种双功能酶，具有催化尿苗转移酶和乙酰转移酶的活性,参与MTB细胞壁肽聚糖的合成加制GImU活性或敲

7、除gm会导致细菌死亡510Soni等52则发现glmU基因的缺失可以改变细胞壁结构，并且发现GImU是MTB在巨噬细胞内和豚鼠体内存活的重要毒力因子。此外，Dziadek等22发现GlmU作为与人类IL-8结合的病原体蛋白调节MTB的早期感染并促进MTB入侵人中性粒细胞。研究表明属于丙酮酸脱氢酶E2组分的ADIaT突变株在液体培养基中存在生长缺陷,对酸化的亚硝酸钠更敏感,在野生型和iNOS-小鼠的骨髓来源巨噬细胞中，DIaT突变株的存活率显著降低29;另一方面，DIaT也可以被乙酰化，琥珀酰化和戊二酰化修饰，体外和体内的位点特异性诱变实验证明,翻译后修饰在调控DIaT中起重要作用6,这些研究提

8、示DIaT作为乙酰转移酶或底物都能对MTB的生长产生重要影响。尽管上述研究探讨了几种不同MTB乙酰转移酶在其毒力中的作用,然而,对于这些乙酰转移酶作用的具体靶点/底物及其影响MTB毒力的确切分子机制仍有待阐明，是未来研究的重点。2 .与MTB耐药相关的乙酰转移酶：在临床上，耐药结核病已成为当前结核病治疗所面临的最为严峻的挑战。研究发现抗结核药物中大部分药物，如：氨基糖苗类和氟瞳诺酮类等药物的活性均受到乙酰化修饰的调节53,54o研究发现异烟脱(Isoniazid,INH)耐药除了与katG、inhA、ahpC、kasA和ndh等基因有突变有关%55,乙酰转移酶Rv2170能够通过催化乙酰基从乙

9、酰CoA转移至INH形成乙酰化INH,进而被分解为异烟酸和乙酰阴，从而克服INH毒性产生耐药性，但还需要在异烟阴耐药的临床菌株中做进一步验证27o在人体中，INH主要由N-乙酰基转移酶2(NAT2)代谢，Jing等56通过在中国结核病患者中建立INH的群体药代动力学(PPK)模型，并在评估疗效和不良反应后，表明根据NAT2的代谢状态调整个体化INH用药剂量可能是必要的，为改善临床中的药物治疗方案提供数据支撑。Rv2416c编码的增强的细胞内存活(enhancedintracellularsurvivalzEis)蛋白是一种针对氨基糖苗类抗生素的乙酰基转移酶，如阿米卡星、卷曲霉素和卡那霉素，在对

10、这类药物的耐药性中发挥重要作用57,58,59工研究发现eis启动子区域突变致使其mRNA转录水平显著增加，进而导致灭活卡那霉素药物的酶活性增强60O此外，在临床分离株中可以检测到eis的过度表达也可能发生在启动子区没有任何突变的情况下61Reeves等34研究发现转录调节子WhiB7通过增强eis基因的转录促进卡那霉素乙酰化，并且Eis自身也受到乙酰化修饰的调节。近年来靶向Eis的小分子抑制剂也迅速发展。Garzan等59,62和Punetha等63发现Eis的抑制剂如叱咯并(1,5-a)毗嗪类似物和睡吩并2,3-喷陡等可以有效地应用于卡那霉素佐剂联合治疗,这为耐药提供了新的解决办法。但是，

11、Eis乙酰化对其自身活性，及其在调节氨基糖苗类药物耐药性中的作用机制仍不十分明确64o与此一致,RvO262c编码的氨基糖苗类2N-乙酰转移酶同样能够乙酰化所有已知的氨基糖苗类抗生素，包括核糖霉素，新霉素B,庆大霉素以及含2,氨基的妥布霉素等65o除此之外，Rv3225c编码乙酰转移酶对氨基糖苗类抗生素具有低水平的氨基糖苗修饰活性,可以通过乙酰化修饰导致MTB对氨基糖苗类抗生素耐受66L综上所述，MTB通过乙酰转移酶调节药物乙酰化修饰是耐药性产生的重要原因。这些研究提示靶向MTB乙酰转移酶活性的小分子抑制剂不仅能够直接作为抗结核新药进行研发，还能够通过与已有抗结核药物联合应用增强已有药物的敏感

12、性、或防止药物耐受性而促进其抗结核作用。3.参与代谢的MTB乙酰转移酶：在代谢通路中,研究表明包括三竣酸循环、糖异生、糖酵解、糖原代谢、脂肪酸代谢、尿素循环等约90%的代谢酶发生乙酰化修饰67o研究发现，Rv2170具有赖氨酸乙酰转移酶活性，能够对异柠檬酸裂解酶或异柠檬酸脱氢酶(IsocitratedehydrogenasezICDH)赖氨酸残基进行乙酰化修饰降低其酶活性，从而影响其进入乙醛酸代谢或三竣酸循环28oRv0998则可通过介导转录调节子DosR赖氨酸(K182位点)乙酰化修饰促进DosR靶向基因的转录，与野生型菌株感染小鼠相比，DosR乙酰化缺陷MTB菌株感染的小鼠组织细菌载量更低

13、，对应的组织病理学损伤显著减弱。同样地，Rv0998还能调控碳通量,改变氧化反应和还原三骏酸循环反应，这可能是促进MTB在小鼠体内存活的原因之一19,68o止匕外，Rv0998的乙酰化酶活性受到代谢相关产物，包括CAMP、乙酰CoA,以及去乙酰化酶Rv1151c的调节680这些研究提示，靶向MTB乙酰转移酶对于其自身/宿主代谢途径(如三竣酸循环、糖酵解、脂肪酸合成途径等)的影响可能是潜在的抗结核治疗途径。另一方面，结核病与人体代谢相关，例如：糖尿病等代谢异常性疾病感染结核菌的风险更高69o从而，深入探讨结核菌乙酰转移酶对宿主代谢的影响，可能是潜在的研发靶向代谢相关酶的抗结核治疗新策略。4.MT

14、B乙酰转移酶与宿主抗结核免疫：TB发生过程是MTB感染引起的病原体-宿主相互博弈的过程。MTB毒力因子协同抵御宿主免疫防御是其逃避宿主免疫杀伤并在体内存活的重要原因70O已有少量研究报道，MTB乙酰转移酶能够直接靶向宿主基因进而影响宿主抗结核免疫作用16,45,71,72oKim等71发现Eis蛋白通过对DUSP16/MKP-7的K55位点乙酰化修饰进而抑制c-JunN-末端激酶(c-JunN-terminalkinase,JNK)依赖的自噬、吞噬体成熟和活性氧(ReactiveOxygenSpecies,ROS)生成。Duan等72发现Eis蛋白通过增加组蛋白H3乙酰化，上调IL-IO表达进

15、而激活AKT/MTOR/P70S6K途径来抑制巨噬细胞自噬。最近研究发现，一种新型组蛋白乙酰转移酶Rv3423.1可以通过结合宿主染色质介导H3K9/K14位点乙酰化,进而调控抗炎反应相关的宿主基因的表达，从而促进其在细胞内存活45oYang等16发现缺氧条件特异性诱导FadH乙酰辅酶A硫解酶,RvO859)蛋白的分泌，宿主乙酰CoA通过FadA转化为乙酰乙酰CoA,宿主乙酰CoA水平的降低抑制了H3K9Ac介导促炎细胞因子IL-6的表达,进而促进MTB对肉芽肿缺氧环境的适应存活和持续感染。总之，研究从病原-宿主互作层面揭示结核病发病的关键基础问题，为开发宿主靶向治疗(Host-targete

16、dtherapy,HDT)策略和新型药物提供了潜在靶点和新的思路。三、展望综上,尽管已有较多的研究发现了多种乙酰转移酶与MTB的毒力、耐药、代谢以及与宿主相互作用有关，但是大部分乙酰转移酶的功能尚且未知或其靶向调控的底物仍不明确16,45,71,72o因此，深入系统性地探讨MTB乙酰化酶的具体生物学功能并明确其作用底物,对于未来抗结核新药开发和精准治疗具有重要意义。当前，随着CRISPR-Cas基因编辑技术的快速发展及其高效率、高通量筛选特性,利用该技术构建MTB乙酰转移酶敲除菌株库进而系统性从细菌代谢的调控、病原菌-宿主互作层面揭示MTB乙酰转移酶的功能，将为新型抗结核药物和治疗策略的制定提供坚实的理论基础。