海洋细菌Halomonas aquamarina L-谷氨酰胺酶的抗癌潜力：从体外实验到计算机模拟的突破性发现

本研究针对肝癌治疗中谷氨酰胺代谢关键靶点的临床需求，从地中海海水分离获得一株高产L-谷氨酰胺酶(L-GLS)的海洋细菌Halomonas aquamarina HBIM1。通过酶学表征发现其66 kDa纯化产物具有748.35 U/mg比活性和0.198 mM-1的Km值，体外实验显示对HepG2肝癌细胞(IC50=33.98 μg/ml)的选择性抑制指数达2.75倍。分子对接揭示单宁酸对细菌L-GLS的结合亲和力(-12.25 kcal/mol)较人源酶高5倍，为开发靶向谷氨酰胺代谢的抗癌疗法提供了新思路。

　　

在肝癌治疗领域，肿瘤细胞对谷氨酰胺的异常依赖已成为重要的治疗靶点。谷氨酰胺作为癌细胞能量代谢和生物合成的关键底物，其分解酶L-谷氨酰胺酶(L-GLS)的调控备受关注。然而现有治疗手段面临两大挑战：人源L-GLS抑制剂缺乏选择性易导致毒副作用，而微生物来源的L-GLS又存在产量低、稳定性差等问题。这促使研究人员将目光投向海洋极端环境，寻找兼具高催化活性和选择性的新型L-GLS。

为突破这些限制，来自埃及亚历山大大学的研究团队在《Scientific Reports》发表了一项创新研究。他们从地中海沿岸采集15份海水样本，通过表型筛选和16S rDNA测序鉴定出一株高效产酶菌株Halomonas aquamarina HBIM1。研究采用多步纯化获得高纯度酶制剂，结合酶动力学分析和体外细胞实验评估抗癌活性，并运用分子对接技术筛选特异性抑制剂。

关键技术方法包括：1) 地中海海水样本的微生物分离培养；2) 改良酚红显色法筛选L-GLS产生菌；3) 16S rDNA序列分析鉴定菌种；4) 硫酸铵分级沉淀和凝胶过滤层析纯化酶蛋白；5) SDS-PAGE测定分子量；6) 采用MTT法检测HepG2肝癌细胞和WI-38正常细胞的细胞毒性；7) 使用MOE软件进行分子对接分析。

研究结果部分：

"最有效的L-GLS生产菌"显示，通过初筛获得三株高产菌(WS6、WS8、WS12)，其中WS6的酶活性显著高于其他菌株(p<0.05)。经鉴定该菌株与Halomonas aquamarina有99%序列相似性。

"L-GLS的纯化"部分显示，通过三步纯化使比活性提高3.39倍至748.35 U/mg，SDS-PAGE证实为单一条带的66 kDa蛋白。

"纯化L-GLS的动力学特性"揭示该酶在pH 8和50°C时活性最佳，Mn²⁺、K⁺等金属离子可增强活性，而Cu²⁺和Hg²⁺则抑制活性。

"L-GLS增强肝癌细胞系的细胞毒性"显示，该酶对HepG2细胞的IC₅₀(33.98 μg/ml)显著低于正常WI-38细胞(93.43 μg/ml)，选择性指数达2.75倍。

"计算机模拟评估"发现，单宁酸与细菌L-GLS的结合能(-12.25 kcal/mol)较人源酶高0.99 kcal/mol，选择性指数达5.0；而6-重氮-5-氧代-L-正亮氨酸(DON)的选择性指数为3.5。这种差异源于细菌酶活性中心极性残基(如GLN514、ASP511)更密集的氢键网络。

讨论部分指出，该研究首次系统表征了海洋来源Halomonas aquamarina L-GLS的酶学特性与抗癌潜力。相较于文献报道的其他微生物L-GLS，该菌株的酶产量(39.82 U/ml)和比活性(748.35 U/mg)具有明显优势。其2.75倍的选择性细胞毒性，加上计算机模拟揭示的单宁酸5倍选择性抑制，为开发靶向肿瘤谷氨酰胺代谢的治疗策略提供了双重保障。值得注意的是，酶在50°C仍保持98%活性的特性，使其可能适用于热疗联合治疗方案。

这项研究的创新价值在于：1) 发现海洋极端环境微生物作为新型L-GLS来源；2) 建立完整的酶学特性数据库；3) 通过计算机模拟筛选出高选择性抑制剂。未来研究需开展临床前动物实验，验证其在复杂生理环境中的药效学和毒理学特性，并探索与现有化疗药物的协同效应。该成果为开发基于微生物酶的精准抗癌疗法开辟了新途径。