综述：1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶：类异戊二烯生物合成关键酶的结构解析

（编辑推荐）本综述系统梳理了1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合成酶（DXPS）的结构生物学进展，揭示其作为MEP（2-甲基赤藓糖醇磷酸）通路限速酶的催化机制与药物靶点潜力，特别关注晶体学难题的突破（如冷冻电镜cryo-EM应用）及结构导向药物设计新策略。

　　

DXPS结构全景：从分子拼图到药物设计

DXPS结构域与组装

作为类异戊二烯生物合成的门户酶，DXPS以同源二聚体形式存在，每个单体包含三个特征性结构域：焦磷酸结合域（PP）、嘧啶结合域（PYR）和转酮醇酶C端域（TKC）。PP与PYR共同构成硫胺素二磷酸（ThDP）结合口袋，而TKC域则通过β-折叠片层参与底物通道的形成。冷冻电镜解析的DXPS结构显示，其活性中心存在高度保守的GXXGE基序，这对维持ThDP辅因子的V形构象至关重要。

催化机制的分子探秘

DXPS催化丙酮酸与D-甘油醛-3-磷酸（D-GAP）缩合生成1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸（DXP）的过程，需要Mg²⁺和ThDP协同作用。结构研究表明，反应分三步进行：ThDP的噻唑环首先与丙酮酸形成共价中间体LThDP，随后发生脱羧生成羟乙基-ThDP（HEThDP），最终HEThDP的羟乙基基团与D-GAP醛基缩合。特别值得注意的是，DXPS的PP域中Asp₁₅₅残基通过氢键网络稳定反应过渡态，这一发现为抑制剂设计提供了关键锚点。

结构解析的技术突破

长达十年的结构研究瓶颈源于DXPS固有的构象柔性——其底物结合环区（尤其是残基180-210）在晶体中常呈现电子云缺失。2019年后，通过构建N端截短突变体（Δ30-EcDXPS）和冷冻电镜技术，先后解析了来自结核分枝杆菌（MtDXPS）和疟原虫（PfDXPS）的高分辨率结构。其中2.8?的PfDXPS冷冻电镜结构首次捕捉到D-GAP结合状态，揭示了底物诱导的TKC域15°旋转这一关键构象变化。

药物开发的靶向策略

由于人类依赖甲羟戊酸（MVA）通路合成类异戊二烯，针对MEP通路首个酶DXPS的抑制剂有望成为选择性抗菌/抗疟药物。基于结构的虚拟筛选已发现两类先导化合物：一类模拟ThDP的焦磷酸基团（如化合物12b，K_i=3.2μM），另一类靶向D-GAP结合口袋的疏水区（如喹唑啉衍生物QM-7，IC₅₀=8.9μM）。最新开发的荧光偏振检测法可实时监测DXPS与抑制剂的结合动力学，为高通量筛选提供了新工具。

未来挑战与展望

尽管已取得显著进展，DXPS研究仍存在三大未解之谜：1）LThDP中间体的精确质子转移路径；2）二聚体界面突变对催化效率的影响；3）病原体间DXPS结构差异导致的抑制剂选择性机制。随着时间分辨冷冻电镜技术和人工智能预测工具的融合应用，这些问题的解答将加速靶向DXPS的精准药物设计进程。