结核分枝杆菌PafA抑制剂的发现和机制研究

结核病是由结核分枝杆菌引起的一种传染性疾病。全球每年有超过200 万人死于结核病。其中，近些年出现的耐药和耐多药结核杆菌是一个重要的致死因素。因此，研发新的抗结核药物成为当务之急。

Pup化通路是结核分枝杆菌中一条类似真核生物泛素化的通路：底物蛋在被连接上Pup蛋白后被蛋白酶体识别并降解。催化Pup蛋白与底物连接的唯一的酶PafA，在真核生物中的保守度很低。并且，已有报道证明，敲除PafA或者Pup化通路可以降低结核分枝杆菌的毒力和耐药性。所以，研发新的PafA抑制剂或激动剂可能具有临床应用前景，为结核的治疗提供新的思路。

结核分枝杆菌PafA抑制剂的发现和机制研究需要大量的结核分枝杆菌PafA蛋白，然而该蛋白不稳定并且很难表达提纯。借助PROSS服务器，四川大学研究团队通过优化蛋白内部结构得到了稳定高表达的PafA蛋白。之后，他们设计并验证了一种筛选靶向PafA小分子的高通量筛选体系（图1）。使用该筛选体系，从1300多个小分子化合物库中找到了两个抑制剂与一个激动剂。

图1. PafA抑制剂或激动剂高通量筛选体系示意图。

其中，抑制剂ST1926可以明显抑制Pup与PafA的结合，说明该小分子可能作用在PafA的pup结合槽上（图2）。有意思的是，ST1926对于不同物种的PafA具有选择性。通过序列比对以及相应的突变研究，该团队找到并验证了ST1926的结合位点。进一步，通过分子对接给出了可能的结合模式。ST1926是一种非典型的类维生素A（retinoid），同时具有一定的抗肿瘤作用。

图2. ST1926结合在PafA的Pup结合槽内从而抑制Pup的结合。

另外一种筛选到的抑制剂，bithionol，对不同物种的的PafA均具有抑制作用（图3）。通过酶活实验和分子对接，该团队推断其占据了PafA上的ATP结合位点从而竞争性抑制辅酶ATP的结合。通过设计合成的bithionol类似物，该团队得到了初步的构效关系。Bithionol是一种临床上使用的抗寄生虫药物，具有一定的抗肿瘤和抗菌能力。

图3. Bithionol结合在ATP结合位点从而抑制ATP的结合。

激动剂YM155可以激活结合分歧杆菌的PafA，但该小分子的激活机制还在进一步研究中。该小分子的抗结核能力（MIC₉₀为6.7 μm）优于前面提到的两个抑制剂，说明PafA激动剂或许有更好的研发前景。这项工作提供了研究结核的新工具，并且为进一步研发靶向PafA的抗结核药物奠定了基础。

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Discovery and Mechanistic Study of Mycobacterium tuberculosis PafA Inhibitors

Cong Li, Song Liu, Baoyu Dong, Chungen Li, Lunan Jian, Juan He, Jumei Zeng, Qiao Zhou, Da Jia, Youfu Luo*, and Qingxiang Sun*

J. Med. Chem., 2022, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c00289

作者简介

罗有福，四川大学生物治疗国家重点实验室研究员、博士生导师，教育部新世纪人才获得者，四川省学术技术带头人，四川省卫计委学术技术带头人。作为项目负责人承担了“十二五”和“十三五”国家“重大新药创制”科技重大专项，国家自然科学基金、企业联合开发课题等10余项。参加编写2部“十一五”国家级规划教材和2部高等学校本科教材，任“十一五”规划教材《药物及精细有机品合成》副主编，参加1部“十二五”规划教材编写。已在国际杂志J. Antimicrob. Chemther., J. Med. Chem., Chem. Commun., Nanoscale, Antimicrob. Agents Chemother.等发表论文40余篇，获授权中国发明专利10余项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/65889 

孙庆祥，四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室特聘副研究员，博士生导师。2010年10月毕业于新加坡国立大学生物科学系，获博士学位。目前致力于研发靶向CRM1的第三代更低毒、更高效的广谱抗肿瘤药物，以及细胞内运输机制的基础研究。曾获新加坡千禧基金（Singapore Millennium Foundation）以及德州癌症预防研究所（Cancer Prevention Research Institute of Texas）所颁发的多项奖学金。在J. Med. Chem.，PNAS，STTT，Plos Bio，Elife等杂志发表论文14篇。获授权中国发明专利1项。