R2-loop缺失型铜绿假单胞菌头孢菌素酶PDC-88的结构机制及新型β-内酰胺酶抑制剂Taniborbactam的抑制作用研究

这篇综述揭示了铜绿假单胞菌临床变异株PDC-88通过R2-loop缺失（ΔT289-P290）扩大活性位点空间，增强对头孢吡肟（FEP）的水解能力（kcat /KM 提升8.3倍），并解析了新型双环硼酸酯抑制剂Taniborbactam（TAN）通过氢键网络和疏水作用高效抑制PDC-3/88（Ki app 低至0.61 μM）的分子机制，为应对多重耐药（MDR）革兰阴性菌感染提供了新策略。

　　

结构与机制解析
铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）作为革兰阴性病原体，其染色体编码的头孢菌素酶（PDC）通过突变产生耐药性。临床变异体PDC-88因R2-loop区域T289-P290缺失（ΔT289-P290），导致活性位点空间扩大（S64-Oγ与邻近原子距离从8.6 ?增至11.7 ?），显著提升对头孢吡肟（FEP）的催化效率（k_cat
/K_M
达0.010 μM^?1
s^?1
），主要通过降低K_M
（16 vs 205 μM）优化底物结合。

酶动力学与抑制特性
相比PDC-3，PDC-88对FEP的MIC提升16倍，但对头孢他啶（CAZ）和头孢洛扎（TOL）仅通过共价捕获机制增加耐药性。新型抑制剂Taniborbactam（TAN）与阿维巴坦（AVI）均能恢复FEP敏感性（MIC降低64-128倍），而他唑巴坦（TZB）效果有限。TAN的抑制优势体现在：

• 更低的K_{i app}
  （PDC-3: 0.66 μM；PDC-88: 0.61 μM）
• 快速共价复合物形成（k₂
  /K达160,000 M^?1
  s^?1
  ）
• 热稳定性显著增强（ΔT_m
  +9°C）

结构生物学证据
晶体结构显示，TAN通过硼酸酯共价结合催化丝氨酸S64，其双环骨架与Y150、L293形成疏水作用，羧基与T316/S318氢键网络稳定结合。值得注意的是，PDC-88中Q120构象变化与TAN酰胺氧形成额外氢键（3.1 ?），而PDC-3中该距离为3.6 ?。

临床意义
针对含R2-loop缺失的PDC变异株，头孢吡肟-Taniborbactam（FEP-TAN）组合可替代头孢他啶-阿维巴坦（CAZ-AVI）和头孢洛扎-他唑巴坦（TOL-TZB），尤其对碳青霉烯耐药铜绿假单胞菌（CRPA）的敏感性达94.3%（非碳青霉烯酶型）和61.3%（碳青霉烯酶型）。该研究为应对β-内酰胺酶介导的广泛耐药提供了新治疗选择。

方法学亮点
研究整合了：

1. 等基因菌株MIC测定
2. 酶动力学分析（紫外分光光度法）
3. 时间分辨电喷雾质谱（ESI-MS）追踪酰基酶中间体
4. 1.55 ?高分辨率晶体结构解析
5. 圆二色谱（CD）热变性实验验证抑制剂稳定效应

这些多学科手段系统揭示了PDC-88的耐药机制和TAN的广谱抑制潜力。