Bergeyella cardium KP-43亚家族肽酶作为T9SS效应蛋白的功能研究：揭示新型自剪切调控机制与毒力因子作用

本期推荐：中国山东大学齐鲁医院团队针对Bergeyella cardium致病机制不明的难题，通过全基因组分析鉴定出三个KP-43亚家族肽酶SpBcA/B/C作为T9SS潜在效应蛋白。研究发现SpBcA通过独特N端前肽的自剪切激活机制降解宿主防御分子（纤维蛋白原/LL-37），并在体内诱导细胞死亡。该研究首次揭示非典型前肽抑制结构域与双剪切位点调控模式，为理解黄杆菌科细菌致病性提供新视角。

　　

在微生物致病机制研究领域，黄杆菌科细菌Bergeyella cardium作为新兴病原体日益受到关注。这种革兰阴性需氧菌可引发感染性心内膜炎、菌血症等严重感染，但受限于培养困难，其毒力因子与致病机制长期笼罩在迷雾中。更棘手的是，临床研究发现该菌定植还与IgA肾病、癌症存在潜在关联，使得破解其致病密码具有双重医学意义。近年来，IX型分泌系统（T9SS）作为黄杆菌门特有武器系统的发现为研究带来转机——该系统可输送多种毒力蛋白，其中肽酶因能降解宿主组织、逃避免疫攻击而备受瞩目。然而，B. cardium是否利用T9SS分泌肽酶实施"分子偷袭"？这些"蛋白剪刀"如何调控活性？它们怎样参与宿主-病原体博弈？这些关键问题亟待解答。

中国山东大学齐鲁医院临床检验科团队在《Communications Biology》发表的研究为此带来突破。研究人员首先通过全基因组挖掘，锁定三个同时具有S8肽酶域和CTD（C末端分选域）的候选蛋白SpBcA/B/C。生物信息学分析显示它们属于KP-43亚家族，与已知毒力因子SspA（来自鸭疫里默氏菌）具有进化关联。为验证假说，团队采用多学科交叉策略：通过原核表达系统获得活性蛋白片段，结合质谱鉴定自剪切产物；运用Edman降解法精确定位剪切位点；建立体外酶活体系评估温度/pH/离子依赖性；采用HEK293T细胞模型验证体内毒性。这些方法系统解析了肽酶的结构-功能关系。

研究首先揭示SpBcA具有非凡的"自我觉醒"能力。不同于经典枯草杆菌蛋白酶依赖I9结构域抑制，SpBcA创新性地采用非典型N端前肽（30-103aa）作为"分子锁"——该区域像塞子般插入活性中心，其TSNA^100-103和TSPGL^116-120双位点构成"双重保险"。有趣的是，Ca²⁺如同激活开关，在60°C/pH7.5最佳条件下，SpBcA先自剪切前肽（N102为起始点），继而活性暴增5倍。这种精巧调控既避免细菌自身被"误伤"，又确保入侵宿主时能快速激活。

作为"分子武器"，SpBcA展现出惊人的底物广谱性。实验显示其能高效降解宿主防御屏障：3小时内完全消化纤维蛋白原（凝血关键蛋白）；迅速瓦解抗菌肽LL-37（先天免疫卫士）；还可切割明胶（细胞外基质组分）。相比之下，对血红蛋白的破坏力较弱，暗示其靶向选择性。最令人震撼的是，当研究人员将活性SpBcA与Ca²⁺共转染HEK293T细胞时，细胞死亡率显著升高，而催化突变体（H160A）则无效——这如同找到犯罪凶器上的指纹，确证其毒力因子身份。

研究还发现SpBcB虽与SpBcA共享催化三联体（Asp¹³³-His¹⁶⁰-Ser³⁸⁸），但活性较低且自剪切不明显。结构预测显示二者前肽构象差异可能解释这种分化。而SpBcC因缺失关键β-三明治结构域导致完全失活，暗示黄杆菌科肽酶功能多样化的结构基础。

这项研究首次绘制出B. cardium利用T9SS效应蛋白实施攻击的分子路线图：细菌分泌SpBcA前体→Ca²⁺触发自剪切→激活的肽酶降解宿主防御蛋白→促进菌体定植和扩散。该发现不仅为临床防治Bergeyella感染提供新靶点（如设计TSNA/TSPGL位点抑制剂），其独特的自剪切调控机制更为蛋白酶抑制剂开发带来启示。未来研究可进一步探索这些肽酶在IgA肾病等慢性疾病中的作用，或将为"微生物群-疾病"关联研究开辟新视角。