真菌IPC合成酶复合体中Aureobasidin A的抑制机制与耐药性研究

为解决真菌感染治疗中药物靶点有限及耐药性难题，研究人员通过冷冻电镜技术解析了酵母IPC合成酶复合体（Aur1-Keil）与天然抑制剂Aureobasidin A（AbA）的三维结构，揭示了AbA通过占据底物结合口袋阻断催化活性的分子机制，并阐明了临床耐药突变的作用原理。该研究为靶向真菌特异性鞘脂代谢通路的新型抗真菌药物设计提供了关键模板。

　　

真菌感染每年导致全球超16万人死亡，但临床抗真菌药物仅有三类（多烯类、棘白菌素类和唑类），且面临毒性大、抗菌谱窄和耐药性等挑战。尤其令人担忧的是，真菌特有的肌醇磷酸神经酰胺（IPC）合成通路在病原体存活和致病性中起关键作用，却不存在于哺乳动物中，使其成为理想药物靶点。天然环状缩肽Aureobasidin A（AbA）虽能高效抑制IPC合成酶，但其分子机制和耐药性成因长期未明。

南方科技大学的研究团队通过冷冻电镜解析了酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）IPC合成酶复合体（Aur1-Keil二聚体）与AbA结合的3.17 ?高分辨率结构，相关成果发表于《Nature Communications》。研究发现AbA通过嵌入Aur1亚基的疏水口袋，直接阻碍磷脂酰肌醇（PI）和神经酰胺两种底物的进入。更关键的是，临床耐药突变位点（如H157Y、F158Y）均聚集在AbA结合位点周围，通过破坏药物-蛋白相互作用产生耐药性。这项研究首次揭示了真菌IPC合成酶的原子结构，为开发新一代靶向鞘脂合成的抗真菌药物奠定了理论基础。

研究采用冷冻电镜单颗粒分析技术解析蛋白结构，通过体外荧光活性实验测定酶动力学参数，利用微量热泳动（MST）量化AbA与突变体的结合亲和力，并结合分子对接预测底物结合位点。所有实验均以HEK293F细胞表达的重组蛋白为材料。

结构解析揭示独特的二聚体架构
冷冻电镜数据显示IPC合成酶以Aur1-Keil异源二聚体形式存在，并通过Aur1介导形成同源二聚体。Aur1的催化核心域（TM3-TM8）包含保守的催化三联体（His²⁵⁵/His²⁹⁴/Asp²⁹⁸），而Keil亚基则通过跨膜区相互作用稳定复合体。热位移实验证实AbA能使蛋白热稳定性提升10°C，这解释了为何仅AbA结合状态可获得高分辨率结构。

AbA通过双底物阻断发挥抑制作用
AbA结合位点分析显示，该分子被Phe¹⁵⁸和Tyr¹⁰²等残基构成的疏水口袋固定，并通过氢键网络精确定位。与鞘磷脂合成酶（SMSr）的底物复合物结构比对发现，AbA的空间位置与PI的磷酸肌醇头部及神经酰胺均存在冲突，证实其通过物理阻碍双底物进入催化中心实现抑制。

耐药突变直接干扰药物结合
对临床分离的耐药突变体（L137F/H157Y、F158Y等）的功能验证表明，H157Y突变使AbA结合亲和力降低30倍，而F158Y和A240C突变则减弱1.5-2倍。值得注意的是，这些突变对底物Km值影响甚微，说明耐药性源于AbA结合效能而非酶活性改变。

该研究不仅首次绘制了真菌IPC合成酶的精确结构图谱，更阐明了AbA的作用机制与耐药原理。鉴于IPC合成酶在多种致病真菌（如念珠菌、曲霉菌）中的高度保守性，这一发现为开发广谱抗真菌药物提供了新思路。特别是AbA结合口袋中暴露的侧链（如MePhe⁴）提示了药物优化位点，未来可通过理性设计提高抑制剂特异性。此外，研究揭示的变构调节机制（神经酰胺结合呈S型曲线）为开发新型别构抑制剂开辟了道路。随着耐药真菌的不断涌现，这项基础研究对全球公共卫生安全具有重要战略意义。