靶向 G - 四链体：开发抗高毒耐药金黄色葡萄球菌抗生素的新策略

为解决多重耐药（MDR）细菌病原体快速出现及新型抗生素研发停滞的问题，研究人员开展了以 G - 四链体（G4）结合配体为新型抗生素的研究。结果发现 N - 甲基中卟啉 IX（NMM）抗菌活性最强，能靶向 mraZ 启动子的 G4 基序。这为新型抗生素开发提供了新方向。

　　在当今医疗领域，细菌耐药性问题愈发严峻，如同一场没有硝烟的战争，严重威胁着全球人类的健康。多重耐药（MDR）细菌病原体迅速崛起，而新型抗生素的研发却陷入僵局，难以跟上耐药菌出现的步伐。这使得临床治疗面临巨大挑战，许多由耐药菌引起的感染难以得到有效控制。例如，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）中的 USA300 菌株（SAUSA300），它能引发从皮肤感染到肺炎、脑膜炎等多种严重疾病 ，并且对大多数现有抗生素产生了耐药性。在这种困境下，寻找新型抗生素靶点迫在眉睫。

来自韩国成均馆大学医学院等机构的研究人员积极投入到这场 “战斗” 中，开展了一项具有重要意义的研究。他们将目光聚焦于 G - 四链体（G4），一种在 DNA/RNA 中由富含鸟嘌呤的重复序列形成的特殊二级结构。研究人员大胆假设，G4 结合配体或许可以作为新型抗生素，通过与基因组中的 G4 结合，调节相关基因的表达，从而抑制细菌的生长和存活。

该研究成果发表在《Journal of Biomedical Science》上，为解决细菌耐药性问题带来了新的曙光。研究人员发现，在众多被测试的 G4 结合配体中，N - 甲基中卟啉 IX（NMM）展现出了最为强大的抗菌活性。它对 SAUSA300 的最低抑菌浓度（MIC）仅为 5 μM，在抑制细菌生长方面表现卓越。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们通过微生物药敏试验，测定不同 G4 结合配体对 SAUSA300 的最低抑菌浓度（MIC），以此筛选出抗菌活性强的配体。利用定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）分析相关基因的表达变化；采用圆二色谱（CD）、核磁共振（NMR）等生物物理技术，研究 G4 结构及其与 NMM 的相互作用；构建报告菌株和进行体外转录 / 翻译（IVT）实验，探究基因调控机制；使用细胞活力检测和动物感染模型，评估 NMM 的抗菌效果和安全性。

下面来看具体的研究结果：

1. G4 结合配体的抗菌活性筛选：研究人员对 10 种代表性 G4 结合配体进行初步筛选，发现 NMM 对 SAUSA300 的生长抑制效果最为显著，其 MIC 为 5 μM。进一步验证实验，包括测定光密度（OD）、菌落形成单位（CFU）/mL、50% 抑制浓度（IC₅₀）以及药物内化实验等，均表明 NMM 在测试的 G4 配体中抗菌活性最强，且生物利用度高。
2. NMM 对 SAUSA300 细胞的作用机制：通过共聚焦显微镜和扫描电子显微镜观察发现，NMM 能够内化进入 SAUSA300 细胞，破坏细胞形态，影响细胞分裂和细胞壁完整性。研究人员推测这可能与 NMM 和细菌基因组中 G4 基序的相互作用有关，进而影响相关基因的表达。
3. SAUSA300 中 dcw 基因簇的 G4 基序分析：研究发现 SAUSA300 的 dcw 基因簇中，mraZ 基因的启动子区域存在 G4 基序。对该区域基因表达的定量分析显示，NMM 处理后，mraZ、mraW、ftsL 和 ftsA 等基因的表达下调，表明 NMM 可能通过与 mraZ 启动子的 G4 基序相互作用，影响下游基因表达，抑制细菌细胞分裂和细胞壁生物合成。
4. P_mraZ_G4_3 基序与 NMM 的相互作用：通过多种生物物理实验，如 CD 光谱、热差光谱（TDS）、1D ¹H NMR 光谱、稳态荧光滴定和荧光嵌入剂置换（FID）等，证实了 P_mraZ_G4_3 基序能形成稳定的 G4 结构，并与 NMM 特异性结合。分子动力学（MD）模拟也显示 NMM 与 P_mraZ_G4_3 的结合模式和能量，解释了 NMM 具有高结合亲和力和抗菌活性的原因。
5. G4 基序在 P_mraZ启动子中的作用验证：构建含有不同 P_mraZ启动子的报告菌株，结果表明野生型 P_mraZ启动子（含 P_mraZ_G4_3 基序）能抑制报告基因 mCherry 的表达，NMM 处理后抑制作用增强；而突变型启动子（P_mraZ_ΔG4_3d）的抑制作用减弱。这说明 G4 基序在 P_mraZ启动子的基因调控中起重要作用，NMM 通过稳定 G4 基序抑制基因表达。
6. NMM 对转录 / 翻译的影响：构建不同的质粒，在体内和体外实验中，均发现 NMM 能抑制含野生型 P_mraZ_G4_3 基序模板的转录和翻译，且呈剂量依赖性，进一步证明 NMM 通过稳定 G4 结构抑制基因表达。
7. NMM 的体内外抗菌活性验证：细胞实验和动物实验表明，NMM 对 RAW264.7 细胞的细胞毒性低，能有效抑制 SAUSA300 对 RAW264.7 细胞的感染，清除感染细胞内的细菌。在蜡虫感染模型中，NMM 的抗菌效果优于万古霉素，能显著提高感染 SAUSA300 或大肠杆菌 CFT073 的蜡虫存活率。此外，NMM 与多粘菌素 B 九肽（PMBN）联合使用，可有效杀死革兰氏阴性的大肠杆菌 CFT073。

研究结论和讨论部分指出，NMM 作为一种高效的抗生素，在实验室条件下表现出比万古霉素更强的抗菌活性，其作用机制主要是靶向 dcw 基因簇中 mraZ 启动子的 G4 基序，影响细胞分裂和细胞壁生物合成相关基因的表达。同时，NMM 对革兰氏阴性菌的外膜具有不透性，与 PMBN 联合使用可克服这一问题。此外，NMM 可能通过调节其他靶点发挥抗菌作用，且耐药性发展较慢。这项研究不仅为新型抗生素的开发提供了新的靶点和方向，也加深了人们对 G4 介导的细胞调控机制的理解，对未来对抗耐药菌感染具有重要的理论和实践意义，有望为临床治疗耐药菌感染带来新的突破。