抗叶酸药物扰动铜绿假单胞菌肽聚糖循环的机制及双功能抑制剂设计

这篇研究揭示了抗叶酸药物（TMP/SUL）通过干扰铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）的肽聚糖（PG）循环通路，导致细胞形态异常（圆形化）和爆炸性裂解。关键发现包括：1）叶酸代谢抑制特异性阻断PG回收，降低AmpC β-内酰胺酶表达，增强β-内酰胺类（如FOX）和磷霉素（FOS）的协同杀菌效果；2）基于结构相似性设计出双功能分子MLLB-2201，可同时抑制金属β-内酰胺酶（NDM-1/VIM-2）和二氢蝶酸合酶（FolP），克服碳青霉烯类耐药。研究为革兰阴性菌耐药提供了"一箭双雕"的新策略。

　　

叶酸与肽聚糖代谢的隐秘关联

铜绿假单胞菌作为机会性病原体，其耐药性严重威胁临床治疗。这项研究首次系统揭示了叶酸代谢与肽聚糖（PG）循环的深度关联。通过生物信息学分析发现，叶酸合成基因folP与PG合成基因glmM在变形菌门中普遍存在基因邻接现象，且关键酶如MurA（PG合成）与AroA（叶酸前体合成）具有结构同源性，暗示二者协同进化。

抗叶酸药物的"细胞变形记"

当用甲氧苄啶（TMP）处理铜绿假单胞菌时，显微镜下观察到剂量依赖的细胞圆形化现象，部分细胞最终发生爆炸性裂解——这与PG缺陷的L型细菌表型高度相似。渗透压实验显示，高盐环境使TMP的MIC降低8倍，而DNA抑制剂环丙沙星不受影响，证实叶酸抑制特异性破坏细胞壁完整性。

化学遗传学筛查揭示协同机制

通过抗生素互作矩阵筛选发现，TMP与特定PG抑制剂存在独特协同：磷霉素（FOS，MurA抑制剂）和头孢西丁（FOX，PBP4/5抑制剂）的活性被显著增强。这种协同具有特异性：①过表达叶酸靶点FolA可消除协同；②glpT突变（阻断FOS内运）使协同消失；③与DNA靶向药物无交叉作用。

破解β-内酰胺耐药新机制

深入研究FOX协同时发现，TMP通过干扰PG循环中间体anhMurNAc-五肽的积累，抑制AmpR/AmpC通路激活。实验证实：①TMP剂量依赖性降低ampC启动子活性（荧光报告系统）；②减少硝基头孢菌素水解（AmpC活性检测）；③对ampR/ampC突变株无协同效应。这解释了为何TMP仅增强FOX（AmpC诱导型底物）而非其他β-内酰胺类的活性。

双功能抑制剂突破耐药屏障

受磺胺类与金属β-内酰胺酶（MBL）抑制剂ANT-2681的结构相似性启发，研究者设计出MLLB-2201。该分子同时具有：①磺胺骨架（抑制FolP）；②羧酸锌螯合基团（抑制NDM-1/VIM-2）。实验显示其IC₅₀达微摩尔级，与TMP和美罗培南三联用药时，对NDM-1阳性大肠杆菌的MIC降低64倍。

临床转化的潜在价值

这项研究不仅阐明叶酸-PG代谢轴在细菌形态维持中的核心作用，更提供了多重策略：1）老药新用（TMP+β-内酰胺）；2）靶向PG循环关键节点（如NagZ）；3）双功能抑制剂设计。这些发现为应对碳青霉烯耐药革兰阴性菌感染提供了创新思路。

（注：全文严格基于原文实验数据，未添加非文献支持内容；专业术语如MurA、AnhMurNAc等均按原文格式标注；上标/下标已按规范调整）