靶向结核分枝杆菌GpsI的新型选择性抑制剂：揭示RNA代谢调控的抗菌新策略

直接打印回答内容 本研究针对结核病治疗中多药耐药性难题，通过全细胞筛选发现特异性抑制结核分枝杆菌GpsI（Polyribonucleotide nucleotidyl-transferase）的小分子化合物X1。结合冷冻电镜解析三元复合物结构，阐明其通过占据磷酸结合位点阻断RNA降解的分子机制，为靶向RNA代谢通路的新型抗结核药物开发提供理论依据。

　　

结核病（Tuberculosis, TB）至今仍是全球最致命的细菌性传染病，每年导致超千万人感染。尽管已有百年研究历史，但结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）对利福平（RIF）、异烟肼（INH）等一线药物的耐药性问题日益严峻，广泛耐药结核（XDR-TB）的出现更使治疗成功率骤降。现有药物如贝达喹啉（bedaquiline）虽带来希望，却面临副作用和耐药性发展的双重挑战。在这种背景下，苏黎世大学等机构的研究团队将目光投向细菌RNA代谢通路这一尚未充分开发的抗菌靶点。

研究聚焦于结核分枝杆菌的关键酶GpsI（guanosine penta-phosphate synthase I），该酶作为多核苷酸磷酸化酶（PNPase）家族成员，在mRNA降解中发挥核心作用。通过全细胞筛选发现的化合物X1（1-(4'-(2-phenyl-5-(trifluoromethyl)oxazole-4-carboxamido)-[1,1'-biphenyl]-4-carboxamido) cyclopentane-1-carboxylic acid）能特异性抑制GpsI活性，对临床分离株展现强效杀菌作用（72小时内杀灭99%细菌）。这项发表于《Nucleic Acids Research》的研究，首次揭示了靶向RNA降解机器的抗结核新策略。

关键技术方法包括：全基因组测序（WGS）鉴定耐药突变位点；重组蛋白表达与酶动力学分析；冷冻电镜（cryo-EM）解析2?分辨率的三元复合物结构；基于MIC（最小抑菌浓度）和MBC（最小杀菌浓度）的抗菌活性评价；以及通过同源重组构建M. smegmatis基因敲除株验证靶点特异性。

Mycobacterium tuberculosis GpsI exhibits PNPase-like activities
研究证实重组表达的Mtb-GpsI具有典型PNPase功能，通过硫黄素T（ThT）荧光法检测到其既能催化poly(A)链的3'→5'降解（Km=0.62μM），也能进行poly(A)合成（Km=0.91μM）。尺寸排阻色谱显示天然GpsI形成约300kDa的三聚体，与已知PNPase结构特征相符。

Compound X1 inhibits Mtb-GpsI in dose-dependent manner
X1以非竞争性抑制方式（K_i
=0.79-0.95μM）阻断GpsI活性，半数抑制浓度（IC₅₀
）为1.95μM。值得注意的是，X1对蓝藻Synechocystis PNPase无抑制作用，显示高度特异性。

Mtb-GpsI variants are resilient to X1
从耐药菌株中鉴定的三个突变体（L328W、L328F、A527D）呈现不同耐药表型：A527D突变导致完全耐药，而328位点突变仅产生部分耐药性，提示这两个残基共同决定X1结合特性。

Natural polymorphisms explain X1 specificity for Mtb
序列比对发现，结核分枝杆菌复合群（MTBC）特有Leu328残基，而其他分枝杆菌（如M. smegmatis）该位置为苯丙氨酸。将M. smegmatis GpsI的F328L突变后，其MIC值从>62.5μM降至15.6μM，证实该位点是物种选择性的关键决定因素。

Cryo-EM studies reveal molecular mechanism
冷冻电镜结构（PDB 9GMS）显示X1通过双苯环与poly(A)4位核苷酸π-π堆叠，同时其羧基与Thr469形成氢键，完全封闭磷酸结合位点。L328F突变导致RNA结合域构象灵活性增加，从结构层面解释了中等级别耐药现象。

这项研究的重要意义在于：首次证实GpsI可作为抗结核药物开发的新靶点；化合物X1通过独特"双锁"机制（同时占据酶活性中心和RNA结合位点）实现高效抑制；发现328/527位氨基酸构成"分子指纹"，为设计MTBC特异性药物提供模板。鉴于RNA降解通路在细菌中的高度保守性，该研究不仅为结核病治疗带来新希望，更为靶向RNA代谢的广谱抗菌剂开发开辟了新方向。