烟曲霉（Aspergillus fumigatus）中的锌金属伴侣蛋白在缺锌条件下参与活性氧（ROS）的产生和叶酸的生物合成过程

《Microbiology Spectrum》：Zinc-metallochaperones of Aspergillus fumigatus are involved in ROS production and folate biosynthesis during zinc deficiency

锌金属稳定蛋白MchA、MchB和MchC在接合菌丝体肺曲霉病致病中的作用研究。摘要：该研究系统分析了A. fumigatus中MchA、MchB和MchC锌金属稳定蛋白在锌缺乏条件下的生理功能及致病性影响。结果表明，MchA参与THF依赖代谢途径中金属蛋白的配位，MchB通过调控活性氧（ROS）产生适应锌缺乏环境，MchC通过为GTP环化水合酶I提供锌维持THF合成。尽管基因缺失影响体外生长，但动物模型显示这些蛋白不影响其致病性。该研究为靶向锌稳态的抗真菌药物开发提供了新思路。

　　在研究真菌的生存策略时，我们关注到一种名为烟曲霉（*Aspergillus fumigatus*）的丝状真菌，它能够在免疫抑制患者的肺部环境中存活并生长。这一环境的特点是锌的含量非常有限，而锌是许多生物过程中的关键元素。为了在如此匮乏的环境中生存，烟曲霉发展出了一套复杂的锌获取和分配机制，包括锌的摄取、细胞内锌的运输以及锌在特定蛋白质中的正确结合。这些机制不仅有助于其生长，还促进了其作为病原体的致病性。在这项研究中，我们聚焦于三种可能与锌代谢相关的金属蛋白酶（metallochaperones）——MchA、MchB 和 MchC，并探讨它们在锌匮乏条件下的作用。

锌是细胞内多种蛋白质和酶所必需的辅因子，其在生物体内的分布受到严格的调控。在正常情况下，锌与其他金属离子如铜和镍一样，是细胞中重要的元素。然而，当细胞处于锌匮乏状态时，锌的浓度显著降低，从而影响蛋白质的正确结合。为了维持正常的细胞功能，真菌依赖于一种称为金属蛋白酶的特殊蛋白质，这些蛋白质能够帮助锌在特定酶或蛋白质中精确地结合，从而确保其在生理条件下的功能。这种机制对于维持真菌在锌匮乏环境中的生存至关重要，尤其是在免疫抑制的宿主中，锌的获取是病原体成功侵袭肺部的一个关键因素。

研究中发现，MchA、MchB 和 MchC 在锌匮乏时的表达显著增加。这一发现表明，这些金属蛋白酶在真菌应对锌匮乏的过程中扮演了重要角色。具体而言，MchA 可能参与了与四氢叶酸（THF）相关的生物合成途径，而 MchB 则与活性氧（ROS）的产生有关，这可能是一种适应性反应，以应对锌匮乏带来的氧化应激。MchC 则被推测为在 THF 生物合成过程中起关键作用，特别是在锌极度匮乏的情况下，它可能通过将锌传递给 GTP 环化水合酶 I（GchA）来维持 THF 的合成。

为了进一步验证这些假设，研究人员构建了多种缺失 MchA、MchB 或 MchC 的突变株，并在不同锌浓度的培养基中评估其生长能力。结果显示，当环境中的锌被消耗导致细胞处于严重锌匮乏状态时，MchB 和 MchC 的缺失显著影响了真菌的生长，而 MchA 的缺失则影响较小。这表明，MchB 和 MchC 在长期锌匮乏的环境中对真菌的生存更为关键。

在 THF 生物合成方面，研究者还测试了不同抗叶酸药物对这些突变株的影响。例如，磺胺甲噁唑（SMX）和甲氧苄啶（TMP）是常用的抗叶酸药物，它们通过干扰 THF 的合成路径来抑制微生物的生长。结果显示，当 MchC 缺失时，真菌对 SMX 和 TMP 的敏感性显著增加，而 MchA 缺失则对这些药物的敏感性影响较小。这进一步支持了 MchC 在 THF 生物合成中的重要性，尤其是在锌匮乏的情况下，它可能通过协助 GchA 的锌结合来维持 THF 的合成。

此外，研究还发现 MchB 在锌匮乏时与 ROS 的产生密切相关。在锌充足的情况下，所有突变株的 ROS 产量与野生型相似，但在锌匮乏时，MchB 缺失的突变株显示出异常高的 ROS 产量。这表明，MchB 可能参与了在锌匮乏时调节 ROS 的生成，以帮助真菌适应氧化应激。然而，这种调节作用在某些情况下可能变得有害，导致真菌对氧化剂如过氧化氢（H?O?）的敏感性增加。

研究还涉及了真菌在宿主中的致病能力。通过在免疫抑制的小鼠模型中测试这些突变株的致病性，发现即使 MchA、MchB 和 MchC 都缺失，这些突变株仍然能够在宿主肺部环境中生存并引起疾病。这表明，尽管这些金属蛋白酶在锌匮乏时对真菌的生长有重要作用，但它们的缺失并不足以完全阻止真菌在宿主体内的增殖和致病性。

在材料与方法部分，研究人员详细描述了实验设计，包括使用的菌株、培养基成分、化学试剂以及分子生物学技术。为了确保实验的准确性，所有培养基都使用了超纯的试剂，并在特定条件下制备，以减少锌污染的可能性。同时，为了评估 ROS 的水平，研究人员采用了 DCFH?-DA 这种荧光探针，并通过荧光光谱仪进行测量。此外，实验还涉及了多种抗叶酸药物的测试，以评估它们对突变株的抑制效果。

综上所述，这项研究揭示了烟曲霉在锌匮乏环境中的生存策略及其相关金属蛋白酶的功能。MchA、MchB 和 MchC 在不同的生物合成途径和适应性反应中发挥着关键作用，尤其是在 THF 生物合成和 ROS 生成方面。这些发现不仅加深了我们对烟曲霉适应宿主环境机制的理解，也为开发针对真菌的新抗真菌药物提供了理论依据。例如，通过干扰 MchC 的功能，可以增强 THF 生物合成的抑制效果，从而提高抗叶酸药物的疗效。此外，研究还表明，某些真菌病原体由于缺乏 MchC 类似蛋白，可能对 cotrimoxazole 这类药物更为敏感，这为未来的抗真菌治疗策略提供了新的思路。