综述：细菌伪接收器结构域的澄清视角

这篇综述系统解析了细菌伪接收器结构域（PsRs）的功能机制与分类争议，厘清了其与典型接收器结构域在磷酸化依赖性、变构网络和调控途径上的本质差异，并通过对序列共变异性、结构特征及功能案例的整合分析，提出了PsRs可能通过二聚化、配体结合或构象平衡等非经典机制实现信号转导的新见解，为相关靶点（如c-di-GMP结合蛋白）和通路（如双组分系统TCSs）的研究提供了重要理论框架。

　　

细菌伪接收器结构域的分类与功能争议

细菌伪接收器结构域（Pseudo-Receiver domains, PsRs）是一类在计算生物学中被识别为接收器结构域（Receiver domains）但缺乏关键催化磷酸化反应残基的蛋白质模块。尽管PsRs在自然界中广泛存在（约占细菌接收器结构域的6%），其分子激活与失活机制仍不明确。本文通过厘清四个常被混淆的概念——PsRs本身、具有额外调控机制的接收器、无需磷酸化即可激活的接收器以及无明确伴侣激酶的“孤儿”响应调节因子（Orphan RRs），为PsRs研究提供了新的视角。

双组分系统命名与结构基础

双组分系统（Two-Component Systems, TCSs）由传感器激酶（Sensor Kinase）和响应调节因子（Response Regulator）组成，通过组氨酸残基的自磷酸化和天冬氨酸残基的磷酸化传递信号。典型接收器结构域具有(βα)₅折叠结构，其活性位点包含五个保守残基：磷酸化位点天冬氨酸（D）、两个酸性残基（DD）、苏氨酸/丝氨酸（T）和赖氨酸（K），共同协调Mg²⁺和磷酸基团。PsRs则缺失其中至少一个关键残基，尤其以天冬氨酸缺失型接收器（ALRs）为代表。

PsRs的分布与进化意义

PsRs在细菌、古菌、真菌和植物中均有分布。在植物中，PsRs（如拟响应调节因子PRRs）是生物钟调控的核心组件，通过非磷酸化的蛋白互作和降解机制发挥作用。而在细菌中，PsRs多属于Pfam PF00072家族，但部分归属于PF06490、PF21155等次要家族，这些家族均缺乏保守磷酸化残基。进化分析表明，PsRs中磷酸化位点缺失频率（2.0%）显著高于组氨酸激酶结构域（HisKA: 0.9%），暗示其功能更依赖于构象调控而非磷酸化。

序列与结构分析揭示功能分化

通过对比PsRs与典型接收器结构的序列发现：

1. 1.
   活性位点残基：PsRs中D、T、K的保守度降至65%，且DD2位点（直接结合金属离子）的非酸性残基比例高达80%。
2. 2.
   变构网络关键位点：参与“Y-T耦合”（连接磷酸化位点与α4β5α5表面）的T和K-3位点保守度大幅降低，仅47%的PsRs保留该通路所需残基。
3. 3.
   局部结构特征：β3α3环的γ转角（依赖D+4脯氨酸）和β4α4环（T+1小侧链残基）的氨基酸组成显著改变，提示结构灵活性差异。
   共变异分析进一步识别出6个核心相互作用网络（Network 1-6），其中Network 4（集中于β3α3环）和Network 6（跨活性位点两侧）在PsRs中高度活跃，可能与二聚化或配体结合功能相关。

潜在激活与失活机制

PsRs的调控机制可能包括：

1. 1.
   间接调控：
   • •
     构成性活性：部分PsRs（如GlnR、BldM）无需磷酸化即可形成二聚体调控转录，其活性可能源于K+2位点的构象偏好（PsRs中丙氨酸/缬氨酸比例升至55%）。
   • •
     蛋白互作调控：如M. xanthus FrzS通过结合MglA•GTP激活；C. difficile CmrT可能通过与伴侣激酶CmrS互作影响磷酸化循环。
2. 2.
   直接调控：
   • •
     二聚化调控：S. pneumoniae RitR通过二硫键形成氧化还原敏感二聚体；FleQ和VpsT在c-di-GMP结合后发生寡聚态重构。
   • •
     配体结合：S. elongatus CikA的PsR结构域结合醌类后降解；KaiA通过醌结合调节KaiC活性；JadR1和RedZ通过结合代谢终产物抑制DNA结合。
   • •
     共价修饰：GlnR可发生Ser/Thr磷酸化和Lys乙酰化，调控DNA结合活性。

未来研究方向

PsRs研究的核心问题在于其多样化的激活机制是否共享共同原理。序列聚类分析可能揭示PsRs的功能亚类，而实验应重点关注K+1/K+2位点、α1β2α2表面、α3螺旋及β3α3/β4α4环等共变异分析提示的关键区域。此外，PsRs与不同输出结构域（如DNA结合域、二鸟苷酸环化酶域）的耦合机制，以及其在病原菌信号通路（如H. pylori HP1043）中的作用，仍是未来探索的重点。

通过整合结构生物学、生物信息学和功能实验，有望最终解开PsRs在细菌信号网络中的独特角色，为新型抗菌靶点的开发提供理论基础。