北京生命科學研究所邵峰博士實驗室在Proc Natl Acad Sci USA雜志在線發(fā)表題為“A bacterial type III effector family uses the papain-like hydrolytic activity to arrest the host cell cycle”的文章。該文章報道了許多病原細菌通過其三型分泌系統(tǒng)向宿主細胞注入一類全新的類巰基蛋白酶的效應(yīng)分子進而引起宿主細胞周期的阻斷。

　　通過三型分泌系統(tǒng)分泌毒力效應(yīng)蛋白分子進入真核宿主體內(nèi)，進而阻斷或調(diào)節(jié)宿主免疫相關(guān)的信號通路是許多革藍氏陰性病原菌普遍采用的致病機制，也是目前研究較為廣泛的領(lǐng)域。但近年來的研究顯示，除免疫信號通路之外，對真核細胞周期的干擾也可能是病原細菌在感染和致病過程中采取的一個重要策略。目前這方面深入的機理研究還鮮有報道。

　　在這項工作之前，法國的一個研究小組用遺傳篩選的方法發(fā)現(xiàn)了某些腸道大腸桿菌能通過其三型分泌系統(tǒng)分泌一個能引起宿主細胞周期阻斷的效應(yīng)分子。邵峰小組在這篇文章中首先發(fā)現(xiàn)類鼻疽桿菌(Burkholderia pseudomallei)、昆蟲病原線蟲共生菌（Photorhabdus luminescens）以及某些腸道耶爾氏菌(Yersinia pseudotuberculosis)的基因組都編碼了序列上有一定程度相似的基因，并證明了這些基因編碼的蛋白都確實能引起真核細胞周期阻斷在G2/M。通過對類鼻疽桿菌的效應(yīng)分子（命名為CHBP）的結(jié)構(gòu)分析，作者發(fā)現(xiàn)，盡管和木瓜蛋白酶（Papain）家族不存在蛋白一級序列上的同源性，這類效應(yīng)蛋白卻具有和木瓜蛋白酶相似的折疊模式。更為重要的是，木瓜蛋白酶家族保守的催化位點三聯(lián)體（Cys-His-Asp/Asn）在CHBP的相應(yīng)結(jié)構(gòu)區(qū)域，以及整個CHBP家族的效應(yīng)分子中都保守。定點突變研究發(fā)現(xiàn)，無論是在細菌感染，還是將純化的重組蛋白直接導入到真核宿主細胞中，構(gòu)成催化位點三聯(lián)體的氨基酸對引起細胞周期阻斷的表型似乎都是絕對必不可少的。通過生物化學和質(zhì)譜的實驗發(fā)現(xiàn)，CHBP及其同源效應(yīng)分子的用于催化的巰基能夠被一種叫做E-64的、已知能夠特異性修飾木瓜蛋白酶催化三聯(lián)體中半胱氨酸的小分子抑制劑所共價修飾。但和木瓜蛋白酶家族一般利用所謂S2位點來識別并決定底物切割位點的性質(zhì)不一樣的是，CHBP的S2位點沒有顯著的結(jié)構(gòu)特征，而其S1/S1’位點卻有一個非常特征性的帶負電荷的口袋結(jié)構(gòu)。該位點的突變能使CHBP家族的效應(yīng)分子徹底喪失阻斷細胞周期的功能。作者進一步通過分子模擬和對接的研究發(fā)現(xiàn)，這個帶負電荷的口袋可以非常理想地結(jié)合一個精氨酸，而精氨酸也似乎是20個氨基酸中唯一適合結(jié)合該口袋結(jié)構(gòu)的氨基酸。這個結(jié)果說明，CHBP家族的效應(yīng)分子極有可能需要識別其靶點蛋白中一個精氨酸來行使其功能。

　　這篇文章不僅揭示了一類全新的存在于多種致病菌中、且具有很強的阻斷細胞周期活性的三型分泌系統(tǒng)效應(yīng)分子，而且發(fā)現(xiàn)這類病原效應(yīng)分子是通過和木瓜蛋白酶類似的催化活性來實現(xiàn)對細胞周期的阻斷，為后續(xù)進一步尋找其宿主靶點蛋白和徹底闡明作用機理的研究提供了很好的線索和依據(jù)。由于這類效應(yīng)分子引起的細胞周期阻斷（G2/M）并不涉及已知的DNA損傷途經(jīng)，這項研究也將很有可能豐富和加深人們對真核細胞周期本身的理解。有趣的是，邵峰博士在早年對耶爾氏菌三型分泌系統(tǒng)效應(yīng)分子的功能研究中，首次發(fā)現(xiàn)耶爾氏菌的YopT分子和植物假單胞菌的AvrPphB定義了一類廣泛存在于多種細菌病原體中新的、和木瓜蛋白酶類似的巰基蛋白酶家族（Cell, 2002, v109, p575; Science, 2003, v301, p1230; Proc. Natl. Acad. Sci., 2004, v101, p302）。本文報道的結(jié)果（以及近幾年國際上其他幾個實驗室的研究發(fā)現(xiàn)）也延續(xù)和進一步驗證了病原細菌通過具有巰基蛋白酶活性的毒力效應(yīng)因子來感染和致病是一個較為普遍的機制的觀點。