编辑推荐：
这篇综述聚焦抗真菌药物研发，探讨以真菌海藻糖（trehalose）生物合成途径为靶点的研究意义。文中指出该途径对真菌致病性至关重要，其关键酶（Tps1 和 Tps2）结构已明晰，为药物设计提供依据，多策略开发抑制剂，有望攻克真菌疾病难题。
真菌威胁与现有抗真菌药物困境
侵袭性真菌感染每年在全球导致数百万人死亡，是严重的公共卫生问题。致病真菌能引发浅表和侵袭性疾病，像隐球菌（Cryptococcus）和念珠菌（Candida）属真菌危害极大。隐球菌中的新型隐球菌（Cryptococcus neoformans）是艾滋病相关死亡的重要原因之一，可在环境中存活，经呼吸道感染人体，若免疫系统无法抵御，会扩散至其他器官，引发脑膜炎等致命疾病。念珠菌中的白色念珠菌（Candida albicans）是常见共生真菌，但在免疫低下宿主中会引发危及生命的侵袭性念珠菌病，是医院获得性血流感染的常见病因之一。
全球气候变化促使新的真菌病原体不断涌现，如耳念珠菌（Candida auris），其对现有抗真菌药物天然耐药。目前主要的抗真菌药物包括多烯类、唑类和棘白菌素类，但都存在明显缺陷。多烯类虽有广谱活性，但对宿主毒性大且口服生物利用度差；唑类口服生物利用度良好，却仅能抑制真菌生长，易诱导耐药性；棘白菌素类对念珠菌有效，对其他真菌却临床无效。因此，研发新型抗真菌药物迫在眉睫。
海藻糖生物合成途径与真菌致病性
海藻糖（α-D - 吡喃葡萄糖基 -(1→1)-α-D - 吡喃葡萄糖苷）是由两个葡萄糖分子通过 α,α1,1 - 糖苷键连接而成的非还原二糖。真菌通过两步法生物合成海藻糖，第一步由海藻糖 - 6 - 磷酸合酶（Tps1）将尿苷二磷酸葡萄糖（UDPG）和葡萄糖 - 6 - 磷酸（G6P）转化为海藻糖 - 6 - 磷酸（T6P），第二步由海藻糖 - 6 - 磷酸磷酸酶（Tps2）去除 T6P 的磷酸基团生成海藻糖。
海藻糖在细胞中作为应激反应分子和能量来源发挥关键作用。在多种应激条件下，如温度、渗透压和脱水应激，海藻糖能与蛋白质和磷脂相互作用，保护细胞膜和细胞内蛋白质，对真菌生存至关重要。同时，真菌可通过海藻糖酶将海藻糖降解为葡萄糖，为细胞供能。
Tps1 和 Tps2 对真菌致病性贡献显著。在感染新型隐球菌的小鼠和人体中，大脑隐球菌瘤内检测到大量海藻糖，且其生物合成基因在感染时上调。研究发现，Tps1 影响多种真菌的菌丝生长转变、高温生长能力和毒力因子产生，如白色念珠菌、新型隐球菌和格特隐球菌（Cryptococcus gattii）。敲除 Tps1 基因，会导致真菌毒力下降，如新型隐球菌 tps1Δ 突变体在体内具有致死表型，感染免疫抑制兔子后真菌迅速被清除。
Tps2 同样参与真菌的应激耐受和致病性。在新型隐球菌中，Tps2 是高温生长所必需；白色念珠菌中，敲除 TPS2 基因会导致对高温和氧化应激的敏感性增加，细胞壁完整性受损。在小鼠感染模型中，白色念珠菌 tps2Δ 突变体毒力显著降低，新型隐球菌 tps2Δ 突变体在 37°C 无法体外生长，不能在哺乳动物宿主中存活。
海藻糖生物合成酶的结构
Tps1 属于保留型糖基转移酶家族的 GTB 折叠，包含两个修饰的 Rossmann 折叠结构域。N 端结构域结合受体分子 G6P，C 端结构域结合供体分子 UDPG。Tps1 蛋白的大部分运动发生在 N 端结构域，该结构域在底物结合时旋转，其结构保守性较低，以结合多种受体分子。两个结构域通过 C 端 α 螺旋连接，C 端 α 螺旋的弯曲结构在 GT-B 型糖基转移酶中保守。冷冻电镜技术解析了新型隐球菌 Tps1 酶的结构，发现其为同源四聚体复合物，Tps1 两个结构域之间有深的底物结合裂隙，且真菌和细菌 Tps1 酶的底物结合残基高度保守。
Tps2 属于卤代酸脱卤酶超家族（HADSF）的磷酸酶，虽然一般磷酸酶被认为是多效性的，不适合作为抗真菌药物靶点，但新型隐球菌的 Tps2PD磷酸酶高度特异性，无法代谢其他糖供体底物，使得 Tps2 有可能成为抗真菌化合物的靶点。Tps2 结构包含帽结构域和核心结构域，核心结构域是具有保守 Rossmann 折叠结构域的水解酶，T6P 的底物结合位点是位于帽结构域和核心结构域之间裂隙中的深、带电且高度保守的口袋。Tps2 酶的底物结合结构域包含四个保守基序，可协调镁离子辅因子和底物磷酸基团的结合，催化过程中存在保守的亲核天冬氨酸残基。此外，Tps2 的帽结构域和核心结构域通过柔性铰链区域连接，底物 T6P 结合会导致帽结构域关闭。部分 Tps2 酶含有 N 端延伸，可能对酶的复合物形成或功能具有重要意义。
开发海藻糖生物合成途径作为抗真菌药物靶点的策略
海藻糖生物合成途径因在人体中不存在，且对真菌生存和致病性至关重要，成为极具潜力的抗真菌药物靶点，已被计算机辅助靶点选择列为顶级抗真菌药物靶点候选之一。目前，开发针对该途径的抑制剂主要有高通量筛选和基于结构的药物设计两种策略。
高通量筛选依赖大量高纯度、重组且具有酶活性的 Tps1 和 Tps2 蛋白，利用生物活性分子或低分子量先导化合物库，筛选能与靶酶结合或降低其活性的化合物。基于结构的药物设计则借助已解析的 Tps1 和 Tps2 酶的中高分辨率结构，包括与抑制剂、底物类似物或天然底物结合的结构，了解构象变化和底物与靶点的关键相互作用，通过迭代优化设计出特异性或广谱的抗真菌药物。
已有多种化合物被证明能结合海藻糖生物合成蛋白并抑制其活性，如在果蝇（Drosophila melanogaster）中筛选出的一些化合物，可作为开发更有效抗真菌药物的理想支架。此外，考虑到海藻糖生物合成蛋白可能形成复合物发挥功能，抑制复合物形成成为新的策略。在隐球菌和念珠菌中，Tps2 蛋白含有无酶活性的 Tps1 样结构域，暗示 Tps1 和 Tps2 之间可能存在相互作用。在酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中，海藻糖生物合成途径的相关蛋白在同一色谱分离组分中被发现，且细菌双杂交实验也证实了蛋白间的相互作用。若复合物形成对海藻糖生物合成途径至关重要，那么破坏复合物形成的变构抑制剂有望成为有效的抗真菌药物。同时，联合使用针对催化口袋和变构位点的抑制剂，可能协同发挥作用，降低真菌耐药性产生的可能性。
联合现有抗真菌药物和针对海藻糖生物合成途径的抑制剂也是可行策略。海藻糖可能有助于稳定真菌细胞膜，与削弱细胞膜的药物（如氟康唑）联合使用，可能使真菌细胞对靶向海藻糖生物合成的化合物更敏感，这种协同作用已在其他抗真菌药物组合中得到证实，且能降低耐药性风险。此外，开发同时抑制 Tps1 和 Tps2 的双靶点药物，鉴于两者在真菌细胞功能上的部分重叠，可能具有更强的抗真菌效果。
对致病真菌海藻糖生物合成的未解之谜
尽管对真菌海藻糖生物合成途径已有较多研究，但仍存在许多未知。在烟曲霉（Aspergillus fumigatus）中，敲除两个 Tps1 样蛋白（TpsA 和 TpsB）基因后，菌株毒力意外增强，这表明 Tps1 在烟曲霉中可能并非理想的抗真菌药物靶点，也凸显了全面了解海藻糖生物合成蛋白在真菌细胞中功能的重要性。鉴定与海藻糖生物合成途径相互作用的蛋白至关重要，这些蛋白可能具有物种特异性，有望成为新型抗真菌药物靶点。
海藻糖生物合成途径与其他细胞途径相互交织。真菌细胞中，糖酵解与海藻糖生物合成紧密关联，新型隐球菌的中性海藻糖酶可将海藻糖分解为葡萄糖，葡萄糖再经己糖激酶磷酸化。新型隐球菌有两个己糖激酶 Hxk1 和 Hxk2，研究表明它们对真菌毒力至关重要。在酿酒酵母中，海藻糖生物合成途径的中间产物 T6P 可抑制 Hxk1 和 Hxk2 的活性，这可能是 T6P 在隐球菌中的潜在分子机制。此外，海藻糖生物合成蛋白可能具有兼职功能，通过蛋白质 - 蛋白质相互作用研究鉴定这些功能，有助于揭示与该途径相互交叉的新途径，为抗真菌药物研发提供新方向。
结论
海藻糖生物合成途径是极具潜力的抗真菌药物靶点。海藻糖帮助真菌耐受多种应激，随着气候变化，真菌面临的应激不断变化，研究和调控海藻糖生物合成对预防新的耐热病原体出现意义重大。在隐球菌和念珠菌中，海藻糖生物合成对真菌毒力至关重要，敲除 Tps1 和 Tps2 基因可导致真菌毒力丧失。且哺乳动物中不存在海藻糖生物合成机制，为开发低毒抗真菌药物提供了可能。借助冷冻电镜等技术，已有多种方法可用于开发针对该途径的抑制剂，但仍需进一步研究不同物种、临床和环境分离株中的海藻糖生物合成途径，深入了解其与其他细胞途径的相互作用，这可能揭示更多新型抗真菌药物靶点，推动抗真菌药物的研发，为解决全球真菌疾病负担问题带来新希望。
