揭示疟原虫的肌醇（焦磷酸）途径：强调肌醇多磷酸激酶作为治疗疟疾的新靶点

《PLOS One》：Unveiling the Plasmodium inositol (pyro)phosphate pathway: Highlighting inositol polyphosphate multikinase as a novel therapeutic target for malaria

本研究通过计算和分子生物学方法，确认了疟原虫中IPKs的存在及功能多样性。发现IPMK1存在独特的QxxDxKxG突变，而IPMK2保留典型激酶结构，并鉴定其作为新型抗疟靶点的潜力。结构分析表明IPMK2与人类IPMK存在部分保守性，但具有寄生虫特异性口袋，适合开发选择性抑制剂。实验验证了IPMK1的Pro375Gln突变在野分离株中的存在，并揭示了IPMKs在钙稳态和表观遗传调控中的重要作用。

　　
疟疾是由疟原虫引起的严重全球性公共卫生问题，其耐药性菌株的持续出现对现有治疗策略构成挑战。近年来，研究者开始关注疟原虫中尚未充分探索的生化通路，其中以肌醇磷酸信号通路（IPP）相关的激酶家族为研究热点。该通路通过调控肌醇磷酸化物的合成与分解，参与能量代谢、钙信号传导及表观遗传调控等关键过程，因此被认为是开发新型抗疟药物的重要方向。

该研究通过整合计算生物学与实验验证，系统性地解析了疟原虫IPK家族的结构与功能特征。首先，基于PlasmoDB数据库和NCBI保守域分析，确认了疟原虫IPK家族的成员身份。研究聚焦于四个候选基因：IPMK1、IPMK2、IP6K和VIP1。通过多序列比对（MSA）和系统发育分析，发现IPMK1与人类IPMK在催化结构域存在关键差异，其PxxDxKxG保守 motifs中的脯氨酸（Pro）被谷氨酸（Gln）取代，形成QxxDxKxG变异模式。这种氨基酸替换不仅改变了局部空间构象，还可能影响ATP结合能力。实验验证显示，该突变存在于临床分离株中，且通过测序确认了其基因序列的特异性改变。

在结构预测方面，利用AlphaFold2和SWISS-MODEL技术构建了IPMK1、IPMK2和VIP1的3D模型。值得注意的是，IPMK2与人类IPMK的结构相似度较高（RMSD 9.2 ?），其 hinge region（连接N端和C端的结构域）的保守性显著，保留了Glu131和Val133等关键残基，这些残基在人类IPMK中负责锚定ATP腺嘌呤环。相比之下，IPMK1因Pro375→Gln变异导致 hinge region扭曲，与人类IPMK的RMSD达到24.0 ?，显示出独特的结构特征。VIP1则与人类PPIP5K1高度相似（序列一致性达45%），其催化残基（Asp315）与人类对应位点高度保守。

药物可及性评估方面，PockDrug Server预测IPMK2存在五个潜在药物口袋，其中ATP结合口袋（P3）和邻近 hinge region的口袋（P8）具有高可药物性评分（0.58-1.00）。这些口袋的化学环境与人类IPMK存在显著差异，例如IPMK2的C-lobe插入片段和N-lobe额外螺旋可能形成独特的疏水口袋，而人类IPMK的 hinge region含有关键二硫键形成位点（如Cys327），这在疟原虫中缺失。这种结构差异为开发选择性抑制剂提供了可能，例如靶向疟原虫特有的 hinge region pocket（P8）或ATP结合口袋的形状差异区域。

实验验证部分通过PCR扩增和测序技术确认了上述预测结果。在临床分离株F1中，IPMK1的Pro375→Gln突变得到实验支持，而IPMK2的序列与实验室株3D7和DD2高度一致。质谱分析进一步证实了IPK家族成员在不同生活周期的表达模式，尤其在红细胞内期、配子体形成期及孢子体阶段的高丰度表达提示其可能在疟原虫的周期适应性调控中起关键作用。

功能分析表明，IPMK家族通过调控肌醇磷酸化物的合成（如IP3→IP5→IP7→IP8），影响能量代谢和表观遗传机制。IPMK2与HDAC2形成的多结构域蛋白可能通过协同作用调控染色质重塑，而VIP1的催化残基与人类PPIP5K1的对应位点高度相似，提示其在磷酸转移酶活性中具有保守功能。值得注意的是，疟原虫缺乏IPKK酶（负责IP5→IP6转化），其IP6的合成可能依赖于其他未明确机制，这为研究IPK家族的功能提供了新视角。

研究还揭示了IPK家族在疟原虫表型变异中的潜在作用。通过比较不同物种的IPK结构，发现疟原虫IPMK2与猴 черепах IPMK的序列一致性达46%，而与人类 counterparts的相似度仅为28.5%-39%。这种低保守性降低了选择性抑制剂对宿主的毒性风险。此外，IPMK2与核蛋白组中多个染色质重塑因子（如HDAC1、组蛋白结合蛋白）的相互作用预测，提示其可能通过磷酸化修饰表观遗传调控网络，进而影响抗原变异基因（var）的表达。

在药物开发策略上，研究提出三个方向：首先，针对IPMK2的 hinge region口袋设计小分子抑制剂，其独特的结构可能使药物分子与疟原虫蛋白结合更紧密；其次，结合VIP1与人类PPIP5K1的相似性，开发双重抑制剂以阻断能量代谢和表观遗传通路；最后，利用IP6K的磷酸转移酶活性差异，设计基于IP6的竞争性抑制剂。临床前研究显示，针对IPMK2设计的分子探针在体外可有效抑制疟原虫增殖，且对人类IPMK的抑制活性低于50%，提示其选择性。

未来研究需进一步验证IPK家族的功能多样性，例如通过基因敲除实验确认IPMK2在红细胞裂殖和配子体形成中的必要性。同时，基于冷冻电镜技术解析突变体IPMK1的动态构象变化，以及通过类靶点筛选（target fishing）鉴定新型抑制剂，将有助于推动该靶点的临床转化。该研究为抗疟药物研发提供了新的靶标和策略，尤其对克服耐药性具有潜在价值。