病原真菌荚膜组织胞浆菌碳代谢通路的首次13C代谢流分析揭示其感染关键能量枢纽

本研究首次将13C代谢流分析（MFA）应用于人类致病真菌荚膜组织胞浆菌，量化了其酵母相中央碳代谢通量，发现50%碳源通过线粒体TCA循环转化为CO2，同时鉴定出甲基柠檬酸循环（methylcitrate cycle）和甘露醇循环（mannitol cycle）在NADPH生成和碳储存中的关键作用，为抗真菌药物靶点开发提供新思路。

　　

碳代谢全景图：能量与生物合成的博弈

通过定量分析荚膜组织胞浆菌酵母相的生物量组成，发现其碳元素主要分布于五大储库：蛋白质（49%）、细胞壁（23%）、甘露醇（15.5%）、脂肪酸（8.8%）和核酸（3.6%）。关键脂肪酸以棕榈酸（C16:0）和油酸（C18:1）为主，而蛋白质中谷氨酰胺占比高达23%。细胞壁葡萄糖单体占比89.5%，与半乳糖/甘露糖形成3:1特征比例。碳转化效率（CCE）测定显示，50.4%的摄入碳转化为生物量，49.6%以CO₂形式释放，提示线粒体代谢的高度活跃性。

同位素示踪揭示代谢网络动态

采用双标记策略（80% [1,2-¹³C₂]葡萄糖+20% [U-¹³C₆]葡萄糖与100% [U-¹³C₅]谷氨酸）证实糖酵解和糖异生同时运行。值得注意的是，丝氨酸标记水平（22.3%）显著高于其前体3-磷酸甘油酸（13%），暗示存在苏氨酸醛缩酶介导的替代合成途径。支链氨基酸（缬氨酸/亮氨酸）较总丙酮酸库高9.7%的标记率，揭示线粒体丙酮酸池的区室化特征。

代谢流模型解码关键反应节点

建立的INCA代谢网络模型包含134个反应，显示三羧酸循环（TCA）占据最大通量：苹果酸脱氢酶（216.6 nmol/h/mg DW）、延胡索酸酶（209.3）和琥珀酸脱氢酶（207.7）位列前三。相反，丙酮酸羧化酶（<0.1）和苹果酸酶（4.1）活性可忽略，而甲基异柠檬酸裂解酶通量达46.6，说明甲基柠檬酸循环是线粒体丙酮酸的主要来源。CO₂生成72.7%来自α-酮戊二酸脱氢酶、丙酮酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶。

代谢适应性：病原菌的生存之道

甲基柠檬酸循环的活跃性（占丙酮酸合成26%）打破传统认知，其通过2-氧代丁酸脱羧生成丙酰辅酶A，不仅避免碳损失，还伴随NADH生成。甘露醇循环则通过NADH/NADPH转换维持氧化还原平衡，其快速周转特性（尽管占生物量15.5%）暗示其作为"代谢缓冲器"的功能。双途径丝氨酸合成（磷酸化途径与苏氨酸醛缩酶途径）进一步体现代谢灵活性，这些发现为靶向组织胞浆菌病的代谢干预策略奠定基础。