嘌呤代谢靶点重获新生：结核病治疗的新机遇

《TRENDS IN Microbiology》：PurFect timing: revisiting purine metabolism for tuberculosis treatment

本刊推荐：为解决结核病治疗周期长、药物靶点有限的问题，研究人员重新评估了结核分枝杆菌嘌呤代谢通路作为药物靶点的潜力。通过精准量化人肺组织核苷碱基浓度，研究证实宿主救援水平不足，颠覆了此前对该靶点临床可行性的质疑。研究验证了PurF等关键酶的全新靶点价值，为开发针对结核病嘌呤代谢的新型治疗方案提供了坚实依据。

　　

在全球传染病致死原因中，结核病依然位居前列，这凸显了对更短疗程、更安全有效治疗方案的迫切需求。实现这一目标需要针对新分子靶点的药物。嘌呤代谢作为维持结核分枝杆菌核苷酸合成的关键通路，本应是极具潜力的靶点，但长期以来因担心宿主组织中的核苷碱基可能"救援"被抑制的细菌而遭冷遇。这种担忧尤其集中在嘌呤从头合成途径的关键酶——次黄嘌呤核苷酸脱氢酶（IMPDH，由GuaB2基因编码）上。早期研究表明，外源性鸟嘌呤可在体外挽救GuaB2抑制的效果，而来自两名结核病患者的组织样本中报道的高浓度核苷碱基似乎进一步佐证了这种担忧。

然而，故事最近出现了转折。针对嘌呤从头合成第一步关键酶——磷酸核糖焦磷酸酰胺转移酶（PurF）的最新研究，为这一靶点带来了新的希望。研究人员量化了30名结核感染与非感染患者肺组织中的核苷碱基浓度，发现其水平远低于此前认为的可实现救援的浓度。更重要的是，通过遗传学手段敲低PurF基因表达，证实其在体内感染过程中是必不可少的。这些发现不仅支持推进PurF作为新的药物靶点，也重新燃起了针对整个嘌呤从头合成通路（包括GuaB2）进行药物开发的兴趣。

本研究的关键技术方法主要包括：利用临床来源的结核感染与非感染患者肺组织样本进行核苷碱基浓度的精准定量分析；应用遗传学敲低技术验证PurF在体内感染模型中的必要性；通过酶学与结构生物学方法（如晶体结构分析）研究GuaB2等靶点的变构调控机制。

Purine metabolism in M. tuberculosis

结核分枝杆菌的嘌呤代谢包含两条相互关联的通路：从头合成与补救合成。尽管两条通路中的某些成分对细菌存活至关重要，但许多酶在结核分枝杆菌中的功能特征仍不清晰。近期研究揭示了该通路中存在多个关键脆弱环节。这包括从头合成途径中从IMP合成GMP和AMP的分支点，例如GuaB2。新近对GuaB1（三个GuaB同源蛋白之一）的研究表明其具有GMP还原酶活性，支持了从GMP回到IMP的可能回流路径。GuaB1和GuaB2都受到其调节性胱硫醚β-合酶（CBS）结构域介导的变构调控，细胞内ATP/GTP比例以及（p）ppGpp等信号分子可借此影响酶活性。

代谢绕过途径的重新评估

针对GuaB2抑制剂的担忧部分源于代谢绕过（metabolic bypass）的可能性，即细菌可能利用宿主环境中的核苷碱基通过补救合成途径绕过被抑制的从头合成通路。然而，最新的量化研究数据挑战了这一观点。对人和小鼠血清中核苷碱基浓度的测量同样发现其水平低于有效救援所需，这进一步支持了靶向该通路在临床上的可行性。巧合的是，针对鲍曼不动杆菌GuaB2的抑制剂系列化合物也显示出对结核分枝杆菌的强大活性，其中经过优化的化合物15（Compound 15）兼具强效的酶抑制活性、全细胞活性以及良好的安全性。

补救合成通路的复杂性与必要性

结核分枝杆菌的嘌呤补救合成通路中许多酶的功能和调控特征不全。核苷碱基和核苷的转运机制仍属未知，因为该菌似乎缺乏典型的转运蛋白。关键的补救合成酶包括次黄嘌呤-鸟嘌呤磷酸核糖转移酶（Hpt）和腺嘌呤磷酸核糖转移酶（Apt），它们分别将鸟嘌呤/次黄嘌呤和腺嘌呤转化为相应的单磷酸核苷。值得注意的是，Hpt是必需酶，而Apt是非必需的。结核分枝杆菌无法通过Hpt回收黄嘌呤，这可能解释了为何只有鸟嘌呤能挽救GuaB2抑制。尽管存在有功能的从头合成通路，Hpt的必需性暗示了其可能具有非经典功能，例如维持AMP/GMP平衡。这或许也能解释为何鸟嘌呤无法挽救PurF的抑制。当从头合成被破坏后，补救合成通路的激活与调控机制仍知之甚少，值得进一步研究。一个有趣的现象是，次黄嘌呤能挽救PurF及其他上游从头合成酶的抑制，却不能挽救下游如PurH等酶的抑制，这可能与有毒中间产物的积累或PRPP水平的变化有关。

结论与展望

结核分枝杆菌的嘌呤代谢蕴含着多个可用于结核病药物发现的潜在靶点，但需要更多工作来验证这些靶点。目前仅有GuaB2和PurF两个酶得到了化学验证，但它们已显示出该通路未被充分开发的潜力。如同在肺组织中进行核苷碱基测量的研究所示，在药物发现早期引入临床相关数据有助于克服开发过程中的挑战。未来的努力应优先侧重于对补救合成酶的功能解析、核苷碱基转运机制的鉴定，以及在人类相关条件下探索嘌呤代谢的可塑性。利用这些见解有望催生针对这些通路的新疗法。与模式菌株（如耻垢分枝杆菌）相比，结核分枝杆菌对特定酶（如Hpt和AdoK）的依赖性更强，且其补救合成酶库更为有限，这些差异可能使得结核分枝杆菌的嘌呤从头合成通路更为脆弱，从而增强了其作为治疗靶点的潜力。