抗精神病药物Penfluridol抑制金黄色葡萄球菌脂肪酶的结构机制解析及其抗感染应用前景

针对日益严峻的抗菌素耐药性(AMR)问题，京都工艺纤维大学等机构通过X射线晶体学和计算机虚拟筛选技术，发现抗精神病药物Penfluridol能有效抑制金黄色葡萄球菌脂肪酶(SAL)活性(IC50=7.3μM)，其独特的非共价结合模式为开发新型抗MRSA药物提供了结构基础。该研究创新性地结合太空微重力结晶技术，解析了2.23?高分辨率复合物结构，为药物重定位(drug repositioning)策略对抗超级细菌提供了重要范例。

　　

在抗菌素耐药性(AMR)全球危机背景下，耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)已成为医院和社区获得性感染的主要威胁。传统抗生素的失效使得每年全球相关死亡人数预计到2050年将达到1000万。金黄色葡萄球菌通过分泌毒素蛋白和形成生物膜(biofilm)增强致病性，其中分泌型脂肪酶(SAL)被证实与细菌增殖密切相关。这种分子量45.7kDa的α/β水解酶家族成员，具有典型的Ser-His-Asp催化三联体结构，能水解甘油三酯为细菌提供营养。虽然抗肥胖药物奥利司他(Orlistat)等已被证明可抑制SAL，但现有抑制剂存在选择性差、毒性大等问题，亟需开发新型靶向药物。

为解决这一难题，京都工艺纤维大学联合日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)等团队开展了一项创新研究。研究人员首先通过Glide软件对KEGG数据库中4.9万种已上市药物进行计算机虚拟筛选(in silico screening)，发现抗精神病药物Penfluridol具有潜在抑制活性。酶活实验证实其IC₅₀达7.3μM，显著优于同类结构药物匹莫齐特(Pimozide, IC₅₀=48.5μM)。为阐明作用机制，团队采用地面和太空微重力环境双重结晶策略，在SPring-8同步辐射装置上分别获得2.23?(地面晶体)和2.57?(太空晶体)分辨率的复合物结构。

关键技术包括：1)基于SAL-Orlistat复合物(PDB:6KSM)的分子对接筛选；2)采用pColdII载体在大肠杆菌BL21(DE3)中表达重组SAL，经IMAC和离子交换层析纯化；3)通过pNPB水解实验测定酶活抑制率；4)运用反向扩散法在太空Kibo实验舱进行微重力结晶；5)利用分子置换法解析晶体结构。

研究结果部分，"In silico筛选与IC₅₀测定"显示，Penfluridol在100种候选化合物中抑制活性排名第15位，其Y型分子结构中的双氟苯基和三氟甲基苯氯基团是关键药效团。"X射线结构分析"揭示Penfluridol以非共价方式结合SAL活性中心，通过两个氟苯基拓展疏水口袋，与Phe285/286/357形成疏水相互作用。有趣的是，结晶缓冲液中的甲酸分子在Ser116与Penfluridol之间起桥梁作用，这种独特结合模式不同于已知共价抑制剂。"荧光分析"表明Penfluridol与SAL结合后荧光峰蓝移至435nm，证实其苯环旋转受限的分子机制。

讨论部分强调，这是首个揭示抗精神病药物通过变构机制抑制细菌脂肪酶的研究。相比奥利司他等共价抑制剂，Penfluridol展现出更优的安全性特征。中国团队独立研究证实其能有效清除MRSA生物膜(MIC 4-8μg/mL)，在动物模型中显著改善皮下脓肿和腹膜炎症状。作者提出可通过修饰三氟甲基苯氯基团连接烷基链，设计兼具共价与非共价优势的新型抑制剂。

该研究的意义在于：1)为AMR危机提供药物重定位新范例，缩短研发周期；2)揭示SAL变构抑制新机制；3)展示太空结晶技术在结构生物学中的应用价值；4)为设计高选择性抗MRSA药物提供精确结构模板。相关成果已存入PDB数据库(9L3C/9L3S)，为后续抗感染药物开发奠定重要基础。