细菌内源性二硫键抗生素硫藤黄素的还原激活机制：芽孢硫醇与FAD依赖性二硫还原酶的双重作用

这篇综述揭示了二硫吡咯酮类(DTP)抗生素硫藤黄素在枯草芽孢杆菌(B. subtilis)中的多重还原激活途径。研究发现芽孢硫醇(BSH)、硫氧还蛋白还原酶(TrxB)和烷基过氧化物还原酶(AhpF)通过平行通路介导该前药的细胞内活化，其中全局转录调控因子Spx通过协调BSH合成和TrxB表达增强抗生素敏感性。这种冗余的激活机制显著降低了细菌进化耐药性的可能性，为理解金属螯合型抗生素的作用模式及细菌金属稳态调控提供了新视角。

　　

ABSTRACT

金属离子对生命活动至关重要，是代谢关键酶的必需辅因子。微生物通过产生金属螯合剂（如二硫吡咯酮类DTP化合物）来获取营养金属或抑制竞争者生长。硫藤黄素作为DTP类抗生素的代表，需在细胞内还原为二硫醇形式才能发挥锌螯合作用。研究证实枯草芽孢杆菌中，低分子量硫醇芽孢硫醇(BSH)和FAD依赖性二硫还原酶（TrxB/AhpF）共同介导其活化。遗传学分析显示，缺失氧化应激转录因子Spx可提高耐药性，因其同时调控硫氧还蛋白还原酶(trxB)和BSH合成基因的表达。这些发现揭示了DTP前药在体内激活的多通路机制。

INTRODUCTION

革兰氏阳性菌枯草芽孢杆菌是研究金属稳态的理想模型。金属调节蛋白通过分级响应机制调控基因表达以适应金属丰度变化，例如锌调节蛋白Zur在缺锌时依次激活替代核糖体蛋白和锌吸收系统ZnuABC。传统金属螯合剂如TPEN存在多价阳离子交叉反应，而DTP抗生素（硫藤黄素/奥里诺霉素）能特异性耗竭细胞内金属。这类含二硫键的前药需还原为活性二硫醇形式，其激活途径长期存在争议。早期研究认为谷胱甘肽(GSH)可能参与还原，但在芽孢杆菌中功能性替代物BSH及其相关氧化还原酶的作用尚不明确。

RESULTS

BSH贡献硫藤黄素敏感性

ΔbshC突变体表现出显著耐药性，尤其在1 μg/mL硫藤黄素条件下生长延迟缩短、产量增加。虽然芽孢硫醇二硫还原酶(Bdr)和芽孢红素(BrxA/BrxB)参与BSH循环，但相关突变体未显示预期耐药表型，提示BSH可能直接还原硫藤黄素。值得注意的是，ΔbshC菌株仍能被抗生素抑制，表明存在替代激活途径。

Spx转录因子的关键作用

正向遗传筛选发现，spx无义突变可赋予耐药性。Spx作为全局氧化应激调控因子，通过C₁₀-x-x-C₁₃基序感受氧化状态并激活靶基因。实验证实Δspx突变体耐药性可通过回补野生型spx基因逆转，而无法还原氧化的Spx C10A突变体则丧失此功能。虽然Spx调控bshC表达，但ΔbshC耐药程度弱于Δspx，暗示Spx还通过调控trxB等基因增强敏感性。

硫氧还蛋白系统的双重角色

必需基因trxB（编码NADPH依赖的FAD二硫还原酶）的诱导表达显著增加硫藤黄素敏感性，而trxA（编码硫氧还蛋白）过表达反而增强耐药性。这表明TrxB可能直接还原抗生素，而氧化型TrxA可能通过竞争性抑制或逆向氧化作用减弱药效。AhpF（烷基过氧化物还原酶大亚基）的错义突变Gly354Val也导致耐药，证实该酶参与前药激活。有趣的是，ΔahpC突变通过解除AhpCF操纵子抑制，可能上调ahpF表达而增强敏感性。

DISCUSSION

研究建立了DTP抗生素激活的平行通路模型：BSH直接化学还原、TrxB/AhpF酶促还原以及Spx转录调控构成的立体网络。这种冗余机制使细菌难以通过单基因突变获得高耐药性。硫藤黄素与锌的硫配位模式不同于TPEN的吡啶氮配位，可能靶向不同的游离锌池。但需注意BSH本身作为锌缓冲剂，其耗竭可能间接影响金属稳态。该发现不仅阐明抗生素作用机制，更为研究细菌应对锌缺乏的适应性策略提供新工具。