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疟疾严重威胁人类健康，恶性疟原虫（P. falciparum）所致死亡占疟疾相关死亡超 95%。其通过输出蛋白重塑宿主红细胞，FIKK 激酶家族是关键。研究人员解析 FIKK 分化机制，发现其保守 ATP 结合口袋，筛选出泛特异性抑制剂，为抗疟策略提供新方向。
疟疾是一种由疟原虫感染红细胞引发的全球性重大传染病，严重威胁人类健康。据世界卫生组织数据，2022 年全球约有 2.49 亿例疟疾病例，60.8 万人死亡，其中恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）导致了超过 95% 的死亡病例。恶性疟原虫的致病性与其通过输出超过 400 种寄生虫蛋白重塑宿主红细胞密切相关，这些蛋白包括 FIKK 激酶家族。FIKK 激酶家族在疟原虫与宿主的相互作用中扮演关键角色，但其快速进化带来的功能多样性和潜在的药物靶点一直未被充分解析，开发针对该家族的有效抑制剂成为抗疟研究的重要挑战。
为了深入理解 FIKK 激酶家族的进化机制及其作为药物靶点的潜力，来自英国弗朗西斯?克里克研究所（The Francis Crick Institute）等机构的研究人员开展了一系列研究。他们通过基因组和蛋白质组分析、结构生物学以及药物筛选等方法，系统探究了 FIKK 激酶家族的功能分化、结构特征及潜在抑制剂，相关研究成果发表在《Nature Microbiology》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：
- 基因组和蛋白质组分析：对恶性疟原虫 FIKK 激酶家族的表达模式、亚细胞定位进行分析，结合临床分离株基因组数据，评估基因保守性和突变情况。
- 结构生物学技术：利用 X 射线晶体学解析 FIKK13 激酶结构，结合 AlphaFold2 预测其他家族成员结构，分析激酶结构域的进化特征。
- 磷酸化基序鉴定：通过定向肽阵列库（OPAL）和邻近标记（TurboID）技术，确定各 FIKK 激酶的底物磷酸化基序及相互作用蛋白网络。
- 药物筛选与活性分析：通过激酶抑制剂库（PKIS）筛选针对 FIKK 家族的泛特异性抑制剂，并在细胞水平验证其抑制效果。
研究结果
1. FIKK 激酶家族的功能分化与进化特征
FIKK 激酶家族起源于约一百万年前鸟类疟原虫向类人猿的宿主转移事件，通过获得输出元件迅速扩张为 15-21 个成员。研究发现，FIKK 激酶通过亚细胞定位（如红细胞 periphery、Maurer’s clefts）、表达时序（无性繁殖阶段、配子体阶段）和底物磷酸化基序的差异实现功能分化。例如，FIKK4.1 和 FIKK4.2 虽共定位于红细胞外周，但通过邻近标记技术发现其相互作用蛋白网络和磷酸化底物显著不同，表明二者功能虽有部分重叠但已趋异化。
系统发育分析显示，FIKK 家族在进化中经历快速多样化，尤其是激酶结构域的可变环区域，这可能是其底物偏好性快速进化的基础。值得注意的是，FIKK13 是首个在疟原虫中发现的特异性酪氨酸激酶，其酪氨酸磷酸化功能的获得可能通过关键位点突变实现，这为疟原虫利用酪氨酸磷酸化调控宿主信号通路提供了直接证据。
2. FIKK 激酶结构保守性与泛抑制剂开发
尽管 FIKK 激酶底物特异性差异显著，但其 ATP 结合口袋高度保守，尤其是保守的 F-I-K-K 基序和小看门残基（gatekeeper residue）。通过筛选 868 种 ATP 类似物组成的 PKIS 库，研究人员鉴定出 12 种对 FIKK8 抑制率超过 75% 的化合物，其中 GW779439X 和 GSK2181306A 表现出泛 FIKK 抑制活性，能有效抑制重组 FIKK 激酶结构域及细胞内 FIKK1 的活性。在 ATP 耗竭的红细胞中，这些抑制剂可显著抑制 FIKK 依赖的宿主蛋白磷酸化，而不影响蛋白输出，表明其作用特异性。
3. 临床分离株与功能冗余性分析
对 2085 份临床分离株基因组分析发现，FIKK7.2 和 FIKK14 存在高频无义突变和缺失，提示其功能冗余或在人类感染中非必需。而核心 FIKK 成员（18 个）的 dN/dS 比值 < 1，表明其在宿主中受纯化选择压力，提示其对疟原虫感染至关重要。不同地理区域分离株的突变模式差异（如 FIKK14 在非洲分离株中失活突变富集），反映了 FIKK 家族在进化中的适应性和功能可塑性。
研究结论与意义
本研究系统揭示了恶性疟原虫 FIKK 激酶家族的进化历程、功能分化机制及结构保守性，首次证实疟原虫中存在酪氨酸激酶（FIKK13），拓展了对疟原虫 - 宿主相互作用的认知。研究发现的泛 FIKK 抑制剂靶向保守 ATP 结合口袋，可同时抑制多个家族成员，有望规避单一靶点耐药性问题，为抗疟药物开发提供了新方向。此外，FIKK 家族在宿主适应中的快速进化特征，为理解疟原虫致病性和跨宿主传播机制提供了重要线索，对疟疾防控策略的优化具有深远意义。
研究通过多学科技术整合，不仅解析了 FIKK 激酶的生物学特性，更奠定了泛特异性激酶抑制剂的开发基础，为应对疟疾这一全球性健康威胁提供了创新路径。未来研究可进一步优化抑制剂的药代动力学特性，并探索其在动物模型中的疗效，推动抗疟新药的临床转化。
