从分子机制视角解析伏马毒素B1及其水解产物作为神经酰胺合成酶双重角色的计算生物学研究

本研究通过计算生物学方法揭示了伏马毒素B1(FB1)及其水解产物HFB1与人类神经酰胺合成酶CerS5相互作用的分子机制。研究人员采用分子对接和分子动力学模拟技术，首次阐明这两种毒素既能作为CerS5抑制剂又能作为底物的结构基础，为解决食品安全风险评估中FB1修饰产物的累积毒性难题提供了关键理论依据。该成果对完善真菌毒素的风险评估体系具有重要意义。

　　

在食品安全领域，伏马毒素B1(FB1)作为全球范围内谷物污染最严重的真菌毒素之一，其毒理学机制一直是研究热点。这种由镰刀菌产生的次级代谢产物，因其结构与鞘氨醇碱基相似，能够干扰神经酰胺合成酶(CerSs)的正常功能，进而破坏鞘脂代谢平衡。然而令人困惑的是，FB1及其水解产物HFB1既能抑制CerSs活性，又能作为酶促反应的底物生成N-酰基化衍生物，这种双重角色背后的分子机制长期未能阐明，严重制约了对其修饰产物进行准确风险评估的进程。

帕尔马大学食品与药物系的研究团队在《Heliyon》发表的研究中，创新性地采用计算生物学方法破解了这一难题。研究以人类CerS5为模型，通过AlphaFold2构建蛋白质三维结构，结合分子对接和分子动力学模拟技术，系统分析了FB1和HFB1与CerS5的相互作用模式。关键技术包括：基于酵母CerS晶体结构的同源建模、膜环境下的分子动力学模拟、配体穿透膜能力的牵引动力学分析，以及通过PLPScore评估配体-蛋白结合稳定性。

研究首先验证了计算流程的可靠性。以酵母CerS为对照，证实植物鞘氨醇能通过侧向结合位点进入催化中心，支持"一步催化机制"假说。在人类CerS5模型中，研究发现：

底物侧向结合位点相互作用

分子对接显示天然底物鞘氨醇和鞘氨醇碱均能稳定结合CerS5侧向位点，而HFB1虽能结合但亲和力较低。引人注目的是，FB1因三羧酸基团导致的极性干扰完全无法有效结合该位点。分子动力学模拟进一步揭示，HFB1穿透细胞膜的速度比FB1快3倍，这为解释HFB1更易被代谢为N-酰基化产物的现象提供了机制解释。

酰基-CoA结合位点相互作用

在涉及"乒乓机制"的酰基-CoA结合通道中，两种毒素都显示结合能力，但HFB1的结合稳定性显著低于FB1。特别值得注意的是，N-酰基化衍生物在CerS5和CerS6中表现出不同的抑制特性：N-酰基-FB1对所有亚型都显示强抑制作用，而N-酰基-HFB1的抑制效果则呈现亚型特异性。

膜穿透能力差异

牵引动力学实验首次量化了两种毒素的膜穿透差异：HFB1能在5ns内穿透膜结构，而FB1因三羧酸基团与膜极性头的相互作用被阻滞在膜表面。常规分子动力学进一步证实HFB1在膜内的扩散能力显著优于FB1。

这项研究的重要意义在于：首次从原子层面阐明了FB1和HFB1作为CerSs底物和抑制剂的结构基础；揭示了膜穿透性差异是导致两者代谢差异的关键因素；建立了计算生物学研究真菌毒素作用机制的方法学范式。特别是发现HFB1可通过多种途径进入催化中心，而FB1主要依赖"乒乓机制"，这一发现为解释两者毒性差异提供了分子层面的理论支持。研究结果将直接影响欧盟食品安全局对FB1修饰产物的累积风险评估策略，为制定更精准的监管标准奠定了科学基础。该研究也展示了计算毒理学在解决复杂毒理学机制问题中的独特价值，为后续研究其他真菌毒素的作用机制提供了方法学借鉴。