代谢依赖性琥珀酰化调控细菌资源分配以维持抗生素耐药性

本研究针对细菌如何通过代谢重编程应对抗生素耐药基因表达这一关键科学问题，揭示了mcr-1介导的粘菌素(CST)耐药新机制。研究人员发现细菌通过下调三羧酸循环(TCA)和脂多糖(LPS)生物合成，将资源转向甘油磷脂代谢以生成MCR-1修饰底物磷脂酰乙醇胺(PE)，同时琥珀酰化修饰关键蛋白TPI、CpxR和PdhR调控代谢流向。该研究发表于《SCIENCE ADVANCES》，为逆转多粘菌素耐药提供了代谢干预新靶点。

　　

抗生素耐药性已成为全球公共卫生的重大威胁，其中粘菌素(colistin, CST)作为治疗多重耐药革兰氏阴性菌感染的"最后防线"抗生素，其耐药机制尤为关键。2015年发现的移动性粘菌素耐药基因mcr-1能通过质粒水平传播，已在全球范围内造成严峻挑战。尽管已知MCR-1通过将磷脂酰乙醇胺(PEtN)转移到脂多糖(LPS)的脂质A上降低细菌膜负电荷从而抵抗CST结合，但细菌如何协调资源分配以维持这一耐药表型仍属未知。更引人深思的是，MCR-1表达会消耗大量PE并导致生长缺陷，暗示细菌必须建立精细的代谢调控网络来平衡耐药性与生存需求。

为回答这一科学问题，研究团队以mcr-1为模型，系统探索了细菌代谢重塑与耐药表型间的分子联系。研究采用代谢组学分析、酶活性检测、蛋白质翻译后修饰鉴定等技术，对临床分离的mcr-1阳性菌株及实验室构建的突变体进行多维度解析。样本来源包括动物源性和临床分离的 Escherichia coli、Klebsiella pneumoniae 等耐药菌株。

细菌通过代谢重编程支持mcr-1介导的耐药性

代谢组学分析显示mcr-1表达菌株(Ec-MCR-1)中TCA循环代谢物(如琥珀酸、α-酮戊二酸)显著减少，而甘油磷脂代谢通路被激活。酶活性检测证实丙酮酸脱氢酶(PDH)、α-酮戊二酸脱氢酶(OGDH)等TCA循环关键酶活性降低，提示资源从能量代谢转向PE合成。

甘油磷脂代谢上调维持PE供给

竞争性抑制剂乙醇胺(EA)处理可逆转CST耐药性，而过表达甘油磷脂代谢基因(cdsA、pssA等)则增强耐药。ΔpssA突变体丧失耐药性且TCA循环活性恢复，证实细菌通过上调PE合成支持MCR-1功能。

LPS生物合成下调减少CST靶点

Ec-MCR-1中LPS含量降低，其合成基因lpxA/lpxC表达受转录因子CpxR和PdhR调控。抑制LpxC可模拟mcr-1效应，而过表达LpxC则增强CST敏感性，表明细菌通过减少LPS合成限制抗生素结合位点。

琥珀酸恢复代谢平衡的分子机制

外源琥珀酸通过转化为琥珀酰-CoA，非酶促琥珀酰化修饰：

1. 1.

   三磷酸异构酶(TPI)K188位点：逆转DHAP→G3P代谢流，恢复糖酵解

2. 2.

   转录因子CpxR K188/K219和PdhR K61位点：激活lpxA/lpxC启动子，促进LPS合成

   这种双重调控使细菌表面负电荷恢复(-3.05→-17.50 mV)，增强CST结合。

临床转化价值

在鼠类和斑马鱼感染模型中，琥珀酸与CST联用使生存率提升50%，组织菌载量降低48-136倍。对12种临床分离的mcr-1阳性菌(包括E. coli、K. pneumoniae等)均显示协同效应，且不诱导耐药性进化。

这项研究首次系统阐明了代谢依赖性蛋白琥珀酰化在细菌资源分配中的核心作用，提出"代谢-翻译后修饰-表型"的调控新范式。发现琥珀酸通过重塑琥珀酰化修饰网络逆转耐药，为临床应对移动性耐药提供了新型代谢干预策略。更深远的意义在于，该机制可能普遍存在于其他抗生素耐药系统，为理解细菌代谢适应性开辟了新视角。研究采用的代谢物-抗生素联合治疗方案具有临床转化潜力，且规避了传统抗生素开发的高成本与耐药风险。