细菌效应蛋白Ceg14通过调控宿主ATP水平重塑感染微环境的分子机制

本研究揭示了嗜肺军团菌(Legionella pneumophila)效应蛋白Ceg14通过其S-HxxxE基序依赖的ATP/dATP酶活性，在宿主肌动蛋白(actin)激活下将ATP/dATP水解为AMP/dAMP，显著降低宿主细胞能量水平。其活性受相邻基因编码的元效应蛋白AnkJ(Lpg0436)直接抑制，二者协同形成时间动态调控模块。该发现首次阐明病原菌通过直接干预宿主能量代谢促进感染的策略，为理解宿主-病原体互作提供了新视角。

　　

在微生物与宿主的进化博弈中，病原菌发展出精妙的分子武器调控宿主细胞功能。嗜肺军团菌作为典型的胞内病原体，通过Dot/Icm IV型分泌系统向宿主细胞注入超过300种效应蛋白，其中多数功能未知。这些效应蛋白如同"分子瑞士军刀"，能精确修饰宿主靶标，但细菌是否直接调控宿主能量代谢这一根本生命活动仍属未解之谜。ATP作为细胞的"能量货币"，参与从代谢到信号传导的几乎所有生理过程，其水平变化可能深刻影响感染微环境。

吉林大学等机构的研究人员Chunlin He、Zhao-Qing Luo团队发现，效应蛋白Ceg14（又称SidL）是一种新型ATP/dATP水解酶，可在感染过程中动态调控宿主能量状态。该研究不仅解析了病原菌能量劫持的新机制，还为理解感染过程中宿主代谢重塑提供了范式。相关成果发表于《Nature Communications》。

研究采用酵母毒性筛选、高效液相色谱(HPLC)分析、α-折叠(AlphaFold)结构预测、β-内酰胺酶转位 assay等技术，结合基因敲除菌株感染实验，系统揭示了Ceg14的酶学特性与生物学功能。

The S-HxxxE motif is critical for yeast toxicity of Ceg14
通过生物信息学分析锁定Ceg14的S⁵²⁷-HxxxE⁵⁷⁵保守基序，酵母实验证实该基序三个关键残基（S527/H571/E575）的丙氨酸突变均完全消除毒性，提示其与酶活性的直接关联。

Ceg14 is an actin-dependent ATPase
发现Ceg14需与宿主肌动蛋白结合才能发挥最大活性，将ATP/dATP直接水解为AMP/dAMP并释放焦磷酸(PPi)，而非经ADP中间产物。酶动力学显示其K_m值达0.28 mM，效率显著高于同家族AMP化酶LnaB。结构模拟揭示N412/R443等残基参与ATP结合，实验验证这些位点突变显著削弱酶活。

Ceg14 inhibits cell growth by depleting cellular ATP
在哺乳动物细胞中，野生型Ceg14表达使ATP水平骤降90%，导致细胞增殖抑制但不引发膜损伤。肌动蛋白聚合抑制实验证实此前观察到的表型实为ATP耗竭的次级效应。酵母抑制实验证明脯氨酸(Profilin)通过竞争性结合肌动蛋白阻断Ceg14活化。

The metaeffector AnkJ inhibits Ceg14 activity
相邻基因编码的元效应蛋白AnkJ直接结合Ceg14羧基端（含催化结构域），以1:1摩尔比完全抑制其ATP酶活性。有趣的是，AnkJ反而增强Ceg14-肌动蛋白相互作用，形成三元复合物。感染实验显示ΔankJ菌株引起更显著的ATP下降，印证其"分子刹车"功能。

时空调控模型与生理意义
在感染中期（8-12小时），当细菌开始复制时，Ceg14介导的ATP下降变得显著。这种调控具有双重意义：一方面，能量限制可能抑制宿主防御反应；另一方面，AnkJ的适时抑制可避免过度消耗影响细菌自身需求。研究还提出"效应蛋白协同耗能"概念——除Ceg14外，激酶效应物、AMP化酶SidM等共同构成能量调控网络。

该研究突破性地将细菌效应蛋白功能拓展至能量代谢领域，揭示病原体通过"能量劫持"重塑感染微环境的新范式。Ceg14-AnkJ模块的精巧调控提示，宿主-病原体博弈可能发生在能量代谢这一根本层面。这些发现为开发针对感染过程中代谢干预的治疗策略提供了理论依据，也为理解其他胞内病原体的致病机制提供了新视角。