多重耐药肺炎克雷伯菌中吡咯并苯二氮卓与白霉素抗生素耐药机制的趋同进化

本研究针对多重耐药革兰阴性菌（尤其是肺炎克雷伯菌）的临床挑战，揭示了合成化合物吡咯并苯二氮卓（PBDs）与天然毒素白霉素（albicidin）通过Tsx转运蛋白和MerR家族调控蛋白AlbA产生交叉耐药的新机制。研究人员通过基因编辑、蛋白质组学和X射线晶体学证实，AlbA蛋白能同时结合两种结构迥异的抗生素，为克服耐药性靶点设计提供了关键结构依据。该成果发表于《npj Antimicrobials and Resistance》，为应对ESKAPE病原体耐药危机提供了新思路。

　　

抗生素耐药性已成为全球公共卫生的重大威胁，尤其是以肺炎克雷伯菌为代表的ESKAPE病原体对碳青霉烯类等"最后防线"抗生素产生耐药性。更棘手的是，这些革兰阴性菌特有的双层膜结构使药物难以渗透，而外排泵系统又可将进入胞内的抗生素排出。在这一背景下，吡咯并苯二氮卓（Pyrrolobenzodiazepines, PBDs）作为能穿透革兰阴性菌外膜的新型DNA结合剂备受关注，但其耐药机制尚不明确。英国卫生安全局等机构的研究团队发现，PBDs与植物病原菌产生的白霉素（albicidin）虽结构迥异，却共享DNA旋转酶（gyrase）靶点和耐药通路，这一发现为理解细菌交叉耐药机制提供了全新视角。

研究采用以下关键技术方法：通过微肉汤稀释法测定PBDs对临床分离株的最小抑菌浓度（MIC）；利用转座子插入和重组工程技术构建tsx和albA基因修饰菌株；采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析耐药菌株蛋白质组；解析AlbA抗生素结合域（AlbAS）与KMR-14-14复合物的2.17?分辨率晶体结构。

研究结果

PBD先导化合物对多重耐药革兰阴性病原体的活性
四种C8连接脂肪族杂环的PBD化合物（KMR-14-03、KMR-14-14、KMR-14-33和PP-A148）对肺炎克雷伯菌和鲍曼不动杆菌表现出显著活性，MIC值低至0.125μg/mL。值得注意的是，这些化合物对铜绿假单胞菌无效（MIC>32μg/mL），提示其渗透性存在菌种差异。时间杀菌曲线显示，肺炎克雷伯菌NCTC 13368在4×MIC浓度下24小时内产生突破性耐药。

tsx突变导致肺炎克雷伯菌对PBDs产生耐药
全基因组测序发现耐药菌株在核苷转运蛋白基因tsx出现无义突变或移码突变。实验证实tsx基因敲除可使PBDs的MIC升高>8倍。添加膜渗透剂PMBN能恢复tsx突变株敏感性（MIC降低>16倍），证实Tsx是PBDs进入细胞的关键通道。

merR家族调控因子参与PBDs耐药
在耐药菌株中还发现albA基因（编码MerR家族转录调控因子）的H50N和L120Q突变。将L120Q突变引入敏感菌株NCTC 7427后，对KMR-14-14的MIC增加32倍。蛋白质组学显示突变株AlbA表达量显著升高，表明该蛋白通过"诱饵"机制捕获抗生素。

PBDs与白霉素共享AlbA介导的耐药机制
在大肠杆菌中诱导表达K. pneumoniae AlbAS（抗生素结合域）可使PBDs和白霉素的MIC均升高>16倍。晶体结构揭示KMR-14-14以2:1化学计量比结合AlbAS，其酯基尾部与W56、N75等残基形成氢键网络，结合模式与白霉素明显不同但共享部分结合腔。

讨论与意义
该研究首次阐明AlbA蛋白能通过结构可塑性捕获不同抗生素，这种"广谱诱饵"机制可能存在于更多MerR家族蛋白中。对AlbAS-KMR-14-14复合物的结构解析（PDB 8RKY）为设计规避耐药性的PBD衍生物提供了精确模板：针对酯基尾部进行化学修饰可破坏其与AlbA的结合。值得注意的是，albA同源基因在多种革兰阴性菌中广泛存在，提示该耐药机制可能具有普遍性。这些发现不仅解释了临床观察到的交叉耐药现象，更为开发能逃逸AlbA捕获的新一代抗生素指明了方向。