揭示多杀性巴氏杆菌毒素(PMT)的结构机制与抗生素抑制策略：从分子模拟到临床验证

本研究针对多杀性巴氏杆菌毒素(PMT)引发的动物及人畜共患病问题，通过计算虚拟筛选、分子对接(100 ns分子动力学模拟)和抗生素敏感性试验(AST)，发现阿米卡星(31 mm)、厄他培南(46 mm)和替加环素(38 mm)对PMT具有显著抑制效果，为抗PMT治疗提供了新策略。

　　

多杀性巴氏杆菌(Pasteurella multocida)是一种广泛感染畜禽和人类的革兰氏阴性病原体，其分泌的多杀性巴氏杆菌毒素(PMT)作为关键毒力因子，能通过修饰宿主G蛋白引发组织坏死、萎缩性鼻炎等疾病，每年造成畜牧行业重大经济损失。尽管已知PMT属于A-B型毒素家族，含D1(膜结合)、D2(功能未知)、D3(催化结构域)三个功能域，但针对其特异性抑制剂的研究仍存在空白。传统药物如金诺芬通过抑制硫氧还蛋白还原酶(TrxR)间接作用PMT，但存在靶向性不足的问题。

为解决这一难题，来自马哈什达亚南德大学的研究团队在《Computational Biology and Chemistry》发表研究，首次系统评估72种抗生素对PMT野生型(PDB:2EBF)和突变型(PDB:2EBH)的抑制效果。研究采用分子对接筛选、100 ns分子动力学(MD)模拟、结合自由能计算(MMPBSA)及临床标准CLSI药敏试验等多维技术，特别关注了D3结构域中Cys¹¹⁶⁵-His¹²⁰⁵-Asp¹²²⁰催化三联体的作用机制。

主要技术路线：通过RCSB数据库获取PMT晶体结构，对72类抗生素进行虚拟筛选；采用GROMACS进行100 ns分子动力学模拟分析蛋白-配体复合物稳定性；通过MMPBSA计算结合自由能；最后通过纸片扩散法验证抗生素对临床分离株的抑制效果。

研究结果：

1. 结构特征分析：野生型PMT的D3结构域催化三联体维持0.18-0.25 nm的稳定RMSD波动，而C1165S突变导致RMSF值升高，证实该位点对结构稳定性的关键作用。
2. 抗生素筛选：阿米卡星与D3结构域形成4个氢键，结合能达-133.25 kJ/mol；厄他培南通过疏水相互作用与Tyr¹¹⁶⁴结合；替加环素则稳定结合于催化口袋。
3. 动态模拟验证：100 ns MD显示三者均能维持复合物稳定性，其中厄他培南-突变体复合物的RMSD波动最小(0.15 nm)。
4. 实验验证：药敏试验显示厄他培南抑菌圈直径达46 mm，显著优于临床标准药物。

结论与意义：该研究首次证实氨基糖苷类(阿米卡星)、碳青霉烯类(厄他培南)和四环素类(替加环素)能直接靶向PMT催化结构域。特别是厄他培南对突变型PMT的强效抑制，为临床应对PMT变异株提供新选择。研究不仅为PMT相关疾病的精准治疗奠定基础，其"计算-实验"双验证模式也为其他细菌毒素抑制剂开发提供了范式。值得注意的是，D2结构域的功能仍待解析，未来研究可探索其与抗生素的协同作用机制。