耐药细菌感染对人类健康构成重大威胁。但抗生素的研发速度明显滞后于耐药菌的突变速度，近四十年无新机制的抗生素出现，严重制约耐药菌的治疗，探索有效对抗细菌不断耐药的难题，寻找治疗新策略成为抗生素研究的热点。发现新的药物靶点并详细阐述针对新靶点的抑菌机制是研发新的抗菌药物、突破细菌耐药瓶颈的关键问题。噬菌体作为细菌的天敌，是目前针对多重耐药细菌的最后一道防线。因此基于噬菌体抑菌机制的研究成果，既可以给噬菌体疗法的安全性提供有力证据，又可以为抗生素研发提供全新思路。

2022年7月5日，Cell子刊Cell Reports（细胞——通讯）在线发表西安交通大学第一附属医院刘冰/王亚文教授团队在噬菌体抑菌领域的重要研究成果。生物样本信息资源中心蛋白质科学与噬菌体研究团队在刘冰、王亚文教授指导下，近一年内，相继在Nucleic Acids Research（2021年11月）、PNAS（2022年2月）等高水平学术期刊发表全新抑菌机制后，再一次在Cell子刊发表第三个重要研究成果。

团队在研究革兰氏阳性细菌的模式生物——枯草芽孢杆菌专属噬菌体SPO1抑菌基因的过程中发现一奇特现象：某噬菌体基因的过表达可以导致该阳性细菌在跟革兰氏染色实验中显示革兰氏阴性菌的特性。通过透射电镜发现细菌死亡，并呈现与青霉素杀菌类似的表型。（图一）

图一A：PEIP基因的过表达使得革兰氏阳性菌在染色中呈现阴性菌的特点

B：透射电镜显示细菌细胞壁变薄，无法维持其物理特性导致细菌破裂死亡

团队进一步发现，该现象是由噬菌体蛋白靶向抑制糖代谢中倒数第二步的Enolase（烯醇化酶）所导致。由于该蛋白是首个发现的烯醇化酶抑制蛋白，Cell Reports编辑部建议由发现者命名该蛋白。根据该蛋白的靶向作用，团队将其命名为：Phage Enolase Inhibitor Protein（PEIP，噬菌体烯醇化酶抑制蛋白）。由于烯醇化酶催化产物PEP是所有生命体内包含能量最高的生物分子，其作用非常广泛。在细菌中，烯醇化酶为细菌提供ATP，为细菌主动摄取糖分提供能量，并且为细菌细胞壁合成提供起始物（图二）。在人细胞中，烯醇化酶不仅参与多个重要能量通路，并在肿瘤中高表达，因此也是重要的抗肿瘤靶点。

图二：PEIP蛋白在糖酵解、葡萄糖摄取、细胞壁合成中的作用

为了详细诠释PEIP的抑菌机制，团队使用冷冻电镜的手段解析了PEIP与烯醇化酶的复合物结构。该结构揭示，PEIP使用了一种不同于常规蛋白酶抑制剂的方式（蛋白质抑制剂通常通过阻挡目标蛋白的催化位点达到抑制的目的），它将8聚体的烯醇化酶拆分成4份（图三）。这种特殊现象此前未见报道。

图三：PEIP与烯醇化酶的复合物结构

在该工作中，团队首次发现了噬菌体编码细菌糖代谢通路的抑制蛋白并命名为PEIP。研究通过微生物学、生物化学、结构生物学等手段阐明了PEIP的广谱抑菌作用及其详细的分子机制。同时指出由于糖代谢通路在所有生物中的高度保守、PEIP可以部分抑制人体肿瘤细胞的糖代谢通路。因此该研究对噬菌体、糖类代谢、抗生素研发、抗癌药物研发等多个领域有着重要的影响。

论文第一及通讯作单位均为西安交通大学第一附属医院。课题组博士生张恺宁为第一作者，王亚文教授、王志豪博士、博士生陈欢、张沛沛博士等为共同作者，刘冰教授为本文通讯作者。中国科技大学李珊珊、张凯铭分别为共同第一、共同通讯作者。研究从设计到实施与撰写主要在西安交大一附院开展，为一附院病原微生物领域的研究、相关学科建设起到了重要作用。刘冰教授作为我院生物样本信息资源中心的引进人才，兼任检验科副主任，充分发挥科研引领学科发展的作用，让科学研究的成果为为学科建设做出贡献。通过不断完善“临床问题——样本科学——转化利用”的体系建设，加强科研平台与学科能力建设的合作与交融。

该项研究是我院国家医学中心建设揭榜任务重点支持项目之一，获得国家科技部重点专项、国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、华为新药研发基金的资助。并获得了西安交通大学分析测试共享中心的支持。

原文链接：

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(22)00820-8