抗耐药菌药物多粘菌素生物合成及其应用研究进展

发布时间：2020-09-14 14:28

　　 细菌耐药日益严重是医药健康和农畜业共同面临的严峻挑战。多粘菌素是由多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa)产生的多肽类抗生素,以非核糖体肽形式合成,具有较强的抗耐药性革兰氏阴性菌活性,是目前治疗多重耐药细菌感染性疾病的主要药物之一。然而,多粘菌素的毒副作用极大限制了其应用范围。在此,我们对多粘菌素的结构、合成相关基因、合成途径及应用等方面的研究进展进行了总结,为通过遗传改造创制新型低毒高效抗菌药物和提高多粘菌素产量提供思考方向。
【部分图文】：

第3期1多粘菌素的结构多粘菌素主要包括A、B、C、D、E等组分，其中只有多粘菌素B（polymyxinB，简称PMB）、多粘菌素E（polymyxinE，简称Colistin）因毒性较低及抗菌活力较强被临床广泛应用[4]。多粘菌素的基本结构包括N末端的脂肪酸链和1个十肽，其中C端的7个氨基酸形成肽环（图1）。PMB和Colistin氨基酸序列相似，其区别在于PMB中6号位的氨基酸是D-Phe，而Colistin中相同位置是D-Leu。N末端的脂肪酸为6-甲基辛酸（MOA）或异辛酸（IOA）[5]。图1多粘菌素结构示意图Fig.1Structuresofpolymyxin2多粘菌素合成相关基因随着测序技术与基因组学的发展，众多物种的基因组序列被公开,大量的基因被识别，为对这些基因的结构、功能、表达和分布进行深入的研究奠定了基矗目前已有5株多粘类芽孢杆菌进行了基因组完整序列分析。研究发现了多粘菌素合成酶基因簇及其相关基因，包括多粘菌素合成酶基因簇pmx（pmxABCDE）、磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶基因sfp、二氨基丁酸氨基转移酶基因ectB和相关调控基因spo0A和abrB。2.1多粘菌素合成酶基因簇多粘菌素合成酶由基因簇pmx编码。ChoiSK等人对P.polymyxaE681中多粘菌素A合成酶基因簇进行了较深入的研究，发现pmx基因簇跨40.6kb的区域，包括pmxA、pmxB、pmxC、pmxD和pmxE5个开放阅读框，其中pmxC和pmxD编码运输蛋白，pmxA、pmxB和pmxE分别编码PmxA、PmxB和PmxE三个多肽，组成多粘菌素合成酶[6]。pmx基因簇及其编码的多粘菌素合成酶结构域示意图见图2。多粘菌素合成酶是非核糖体多肽合成酶（nonribosomalpeptidesynthetase，NRPS）。NRPS是具有模块结构的多酶复合物，每个模块又含有不同的催化结构域，如氨基酸腺苷化结构域（adenylationdomain，Adomain）、缩合结构?

由5个模块与1个Cdomain组成。5个A结构域的特异性底物分别为Dab、Thr、Dab、Dab和Dab。根据多粘菌素的结构，多粘菌素合成过程中氨基酸装配的模块次序为PmxE-PmxA-PmxB，PmxE的最后1个Cdomain与PmxA的N端A-T-E结构域连接，PmxAC端的Cdomain与PmxBA-T-TE结构域的N端相连。PmxE的第3个模块中包含1个E结构域，表明P.polymyxaE681菌株产生的多粘菌素的第3个氨基酸是D-Dab。即polymyxinA[6]。PMB和colistin的第2个氨基酸均为L-Dab，所以在PMB和colistin合成酶中，第3个模块中无差向异构结构域。PMB合成酶第6个模块图2pmx基因簇结构及多粘菌素合成酶结构域示意图Fig.2GeneticstructureofpmxgenesanddomainorganizationofthePmxenzymes郭成林等.抗耐药菌药物多粘菌素生物合成及其应用研究进展59

fBSK3S）可致多粘菌素产量增加。敲除spo0A可使其失去产素的能力，可见Spo0A通过抑制abrB基因的转录，从而对多粘菌素的合成起间接性正调控作用，因此spo0A对多粘菌素的产生是必需的[11]。3多粘菌素合成途径多粘菌素由PmxA，PmxB和PmxE组成的（NRPS）合成。NRPS由Sfp激活。二氨基丁酸合成酶EctB催化L-天冬氨酸半醛产生二氨基丁酸，为多粘菌素的合成提供前体。二氨基丁酸与其他前体物质在具全活性的NRPS作用下按图4途径合成多粘菌素（图4）。多粘菌素由pmxC和pmxD编码的ABC转运蛋白PmxC和PmxD运输到细胞外。图4多粘菌素合成途径Fig.4Pathwayofpolymyxinsynthesis4多粘菌素的应用4.1抗菌作用多粘菌素的抗菌谱较窄但抗革兰氏阴性菌效果显著，对处于静止期和生长繁殖期细菌均有较强抗菌作用，它可杀灭肠杆菌属、沙门氏菌属、柠檬酸杆菌属、志贺氏菌属、不动杆菌属、假单胞菌属和克雷伯氏菌属的细菌[15]。多粘菌素主要通过直接破坏细胞膜的方式杀灭细菌，不易产生耐药性。多粘菌素曾被用于治疗革兰氏阴性菌引起的多种感染性疾玻由于抗菌药物的滥用，细菌对抗菌药物的耐药性问题日益严重，多粘菌素因对耐药性革兰氏阴性菌具独特的作用而备受关注。例如耐药性鲍曼不动杆菌可引起多种感染，包括肺炎、脑膜炎、泌尿系统感染、皮肤和软组织感染等，对绝大部分抗菌药物均有抗性，而多粘菌素对其杀灭效果良好[16,17]。4.2抗内毒素作用除了具有抗菌活性外，多粘菌素还具有抗内毒素活性，在临床治疗内毒素休克方面具有重要价值[15]。内毒素是革兰阴性菌外膜的重要组成部分,是一种脂多糖（LPS）。内毒素可通过激活巨噬细胞、中性粒细胞等引起炎症递质的释放，导致机体损伤或死亡。内毒素引起的脓毒症死亡率

【参考文献】

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