L-丝氨酸-O-硫酸盐通过靶向谷氨酸消旋酶(MurI)调控变形链球菌UA159生物膜形成及细胞超微结构的机制研究

本研究针对龋病主要致病菌变形链球菌(Streptococcus mutans UA159)生物膜形成的临床难题，创新性探索L-丝氨酸-O-硫酸盐(LSOS)作为谷氨酸消旋酶(MurI)抑制剂的作用机制。通过计算对接、圆二色谱(CD)和透射电镜(TEM)等技术证实LSOS可特异性结合MurI并引发结构扰动，导致细菌生长延迟(倍增时间延长至11.37小时)和生物膜生物量减少63%。在L929细胞和秀丽隐杆线虫(C. elegans)模型中验证了其良好生物安全性，为开发靶向抗龋药物提供了新策略。

　　

龋病作为全球高发的慢性感染性疾病，其核心致病因子变形链球菌(Streptococcus mutans)通过形成生物膜和产酸破坏牙体组织。传统抗菌疗法因破坏口腔微生态平衡而受限，亟需靶向干预策略。谷氨酸消旋酶(MurI)作为细菌肽聚糖合成的关键酶，其抑制剂开发成为研究热点，但存在物种特异性差等问题。中国研究人员通过多学科交叉方法，首次系统评估了L-丝氨酸-O-硫酸盐(LSOS)对S. mutans UA159的干预作用及其分子机制。

研究采用计算对接预测LSOS与MurI的结合模式，通过圆二色谱验证结构变化；结合生长曲线、透射电镜观察细菌超微结构改变；采用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)和扫描电镜(SEM)量化生物膜变化；通过微阵列分析转录组差异；并在L929细胞和C. elegans模型中进行生物安全评估。

计算对接与光谱表征
序列比对显示S. mutans与S. pyogenes的MurI活性位点高度保守。LSOS通过π-π堆积和氢键与Ser11、Thr75等关键残基结合，其磺酸基(-SO₃^-)和羧基(-COO)与天然底物L/D-谷氨酸结构相似。圆二色谱显示1-5 mM LSOS使200-205 nm处椭圆率降低，表明MurI构象改变。

LSOS的杀菌效应与超微结构破坏
5.0 mM LSOS完全抑制细菌生长，2.5 mM使倍增时间延长至11.37小时(对照5.68小时)。透射电镜显示2.5 mM处理组出现50-600 nm膜泡，5.0 mM组出现细胞壁解体，与青霉素处理表型相似。

生物膜结构与基质完整性破坏
共聚焦显微镜显示2.5 mM LSOS使生物膜生物量减少60%(34.41→13.78 μm³/μm²)，厚度降低30%。晶体紫染色证实生物膜减少63%，扫描电镜观察到基质纤维网络断裂。

转录组调控特征
微阵列分析发现119个差异基因(111个下调)，主要涉及核糖体生物发生(如SMU_2004)、碳水化合物转运(如SMU_754)和跨膜运输(如SMU_1570)。MurI基因(SMU_1718)本身未显著下调，支持LSOS通过蛋白水平而非转录抑制发挥作用。

生物安全性评估
L929细胞在2.5 mM LSOS处理48小时后增殖率为67.59%，细胞周期显示S期细胞增加至34.87%。C. elegans在<10 mM时发育正常，≥20 mM才出现L4期延迟(减少202.0个)和成虫数量下降(203.3个)。

该研究首次阐明LSOS通过竞争性抑制MurI破坏S. mutans UA159细胞壁合成，并系统证实其双重作用：既通过下调核糖体基因抑制生长，又干扰糖代谢相关基因削弱生物膜形成能力。相较于传统抗生素，LSOS在2.5 mM有效浓度下对哺乳动物细胞和线虫的毒性可控，展现出良好的治疗窗口。研究为开发靶向MurI的抗龋药物提供了理论依据，其多组学验证策略为抗微生物药物研发树立了新范式。未来需进一步优化LSOS的给药方式，并评估其对口腔共生菌群的影响，以推动其临床转化应用。