铁氧还蛋白PA1551：铜绿假单胞菌生物被膜抑制新靶点的发现与协同抗菌机制研究

《npj Biofilms and Microbiomes》：Identification of ferredoxin PA1551 as an antibacterial synergistic target for biofilm inhibitors against Pseudomonas aeruginosa

语 针对抗生素耐药性生物被膜感染难题，本研究通过基于先导化合物10d的光亲和仿生探针，首次鉴定出铜绿假单胞菌铁代谢关键蛋白——铁氧还蛋白PA1551为生物被膜抑制的协同靶点。体内实验表明，靶向PA1551可使妥布霉素（Tob）和环丙沙星（CIP）抗菌效果分别提升约200倍和1000倍，为治疗多重耐药菌感染提供了新策略。

　　

抗生素耐药性细菌感染的蔓延已成为全球公共卫生危机，其中由铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）形成的生物被膜（biofilm）尤为棘手。这种细菌通过形成致密的胞外基质，抵御宿主免疫系统和抗生素攻击，导致慢性伤口感染和肺部感染难以根治。尽管已有研究针对群体感应（quorum sensing）系统开发抑制剂，但生物被膜形成的复杂调控网络仍未完全阐明，至今尚无靶向生物被膜的临床药物问世。

为解决这一难题，暨南大学陈卫民团队与南方科技大学杨亮团队合作，在《npj Biofilms and Microbiomes》发表最新研究，首次揭示铁氧还蛋白（ferredoxin）PA1551作为铜绿假单胞菌生物被膜抑制的关键协同靶点。该研究基于团队前期发现的双功能生物被膜抑制剂——2-（庚酰胺基）甲基-3-羟基-1,6-二甲基吡啶-4-酮（化合物10d），通过化学蛋白质组学技术精准锁定靶点，并证实其通过破坏铁稳态（iron homeostasis）抑制毒力因子分泌与生物被膜形成。

研究采用亲和蛋白质组学分析（ABPP）、分子动力学模拟、微量热泳动（MST）结合基因敲除/过表达模型等多技术联用，系统验证靶点功能。关键实验技术包括：基于光亲和探针10d-1的活菌标记与蛋白质组分析、铁还原活性体外检测、小鼠开放性伤口感染模型评估抗菌协同效应，以及靶点与化合物的结合模式计算模拟。

研究结果

化合物10d在体内显著增强抗生素抗生物被膜效果

通过小鼠伤口感染模型发现，单独使用10d虽无法直接杀菌，但与低剂量妥布霉素（0.0025 mg/mL）或环丙沙星（0.001 mg/mL）联用时，可分别将细菌存活率降至2.3%和2.4%，疗效媲美高剂量单药治疗。组织病理学分析显示联合用药未引起明显毒性。

仿生探针设计靶向铁氧还蛋白PA1551

基于10d结构设计的探针10d-1（IC₅₀=7.5 μM）保留显著抗生物被膜活性。ABPP实验发现其特异性标记分子量约40-55 kDa的蛋白群，经质谱鉴定与铁代谢相关蛋白聚类，其中未知功能蛋白PA1551被预测为铁硫簇结合蛋白。

PA1551参与铁稳态调控与毒力分泌

体外铁还原实验表明，PA1551可将Fe³⁺还原为Fe²⁺，且其缺失突变株（ΔPA1551）在铁充足条件下高表达绿脓菌素（pyoverdine）和脓菌素（pyochelin），提示细菌为补偿铁摄取障碍激活铁载体系统。突变株还显示生物被膜形成能力减弱、鼠李糖脂（rhamnolipid）和绿脓菌素（pyocyanin）分泌减少。

靶点缺失模拟化合物协同效应

ΔPA1551感染的小鼠伤口中，低剂量抗生素即可实现近完全杀菌（存活率≤4%），且伤口愈合速度与“10d+抗生素”组相当，证实PA1551是介导协同作用的核心靶点。

结论与展望

本研究通过化学生物学手段首次将铁氧还蛋白PA1551确立为抗生物被膜治疗的新靶点，阐明了化合物10d通过干扰铁还原过程破坏细菌铁稳态，进而抑制毒力与生物被膜的分子机制。该策略规避了直接杀菌的耐药性压力，为对抗多重耐药革兰氏阴性菌感染提供了“去武装”（disarmament）而非“致死”的创新思路。未来针对PA1551的抑制剂开发，有望成为传统抗生素疗法的有效补充，尤其适用于慢性感染中生物被膜相关顽固性病灶的清除。