2026年2月12日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《PLoS Pathogens》-《公共科學(xué)圖書(shū)館·病原體》在線發(fā)表了福建農(nóng)林大學(xué)海洋學(xué)院陳新華團(tuán)隊(duì)的最新研究成果，論文題目為“Structural and mechanistic insights into caseinolytic protease inhibition for antimicrobial development against Pseudomonas plecoglossicida” -“基于酪蛋白水解酶結(jié)構(gòu)解析與抑制機(jī)制的新見(jiàn)解助力抗變形假單胞菌藥物研發(fā)”。大黃魚(yú)（Larimichthys crocea, Lc）是我國(guó)重要的海水經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)，變形假單胞菌（Pseudomonas plecoglossicida，Pp）是導(dǎo)致其內(nèi)臟白點(diǎn)病（VWND）的病原，該病每年流行給大黃魚(yú)養(yǎng)殖業(yè)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。該研究揭示了大黃魚(yú)變形假單胞菌中一種具有獨(dú)特Ser-His-Pro催化三聯(lián)體的酪氨酸蛋白酶PpClpP1的水解機(jī)制，并且蛋白酶抑制劑硼替佐米（Bortezomib，BTZ）可特異性靶向PpClpP1對(duì)變形假單胞菌起到抑菌作用。這一發(fā)現(xiàn)不僅為理解變形假單胞菌的致病機(jī)制提供了新視角，也為有針對(duì)性地研發(fā)新型水產(chǎn)抗菌藥物提供了關(guān)鍵靶點(diǎn)。
Clp（Caseinolytic protease）蛋白酶系統(tǒng)是一種在細(xì)菌、古菌以及真核生物的線粒體和葉綠體中廣泛存在的ATP依賴性蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)。其在細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)質(zhì)量控制、錯(cuò)誤折疊或受損蛋白的清除以及特定生理過(guò)程的調(diào)控中扮演著重要角色。研究表明，酪蛋白水解酶（ClpP）是一種新興的抗菌靶點(diǎn)，但關(guān)于水產(chǎn)病原菌ClpP蛋白水解機(jī)制的研究卻知之甚少。
該研究發(fā)現(xiàn)大黃魚(yú)變形假單胞菌中存在兩種同源的ClpP蛋白酶亞基—PpClpP1和PpClpP2。生化分析表明，PpClpP2催化效率顯著較高；而PpClpP1則相對(duì)活性較低（圖1）。借助冷凍電鏡技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)成功解析了PpClpP1的三維結(jié)構(gòu)（圖2）。結(jié)果顯示，PpClpP1雖然組裝成典型的十四聚體結(jié)構(gòu)，卻擁有兩個(gè)與眾不同的特征：一是非常規(guī)的“絲氨酸-組氨酸-脯氨酸”催化三聯(lián)體構(gòu)型（傳統(tǒng)為絲氨酸-組氨酸-天冬氨酸），二是異常擴(kuò)張的軸向孔道。相比之下，結(jié)構(gòu)模擬預(yù)測(cè)的PpClpP2則具有與解折疊酶PpClpX相互作用的關(guān)鍵元件，而這些元件在PpClpP1中完全缺失。
圖1. 變形假單胞菌ClpP蛋白酶的鑒定與酶活分析
圖2. PpClpP1蛋白十四聚體的冷凍電鏡結(jié)構(gòu)
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，解折疊酶PpClpX能特異性地識(shí)別PpClpP2，無(wú)論PpClpP2是單獨(dú)存在還是與PpClpP1形成異源復(fù)合物，均可組裝成具有活性的蛋白酶全復(fù)合物。特別值得注意的是，PpClpP1P2-ClpX復(fù)合物的蛋白水解能力超過(guò)了PpClpP2-ClpX復(fù)合物，提示異源聚合可能是提升病原菌蛋白酶功能輸出的巧妙機(jī)制。
蛋白酶抑制劑硼替佐米對(duì)變形假單胞菌表現(xiàn)出抑制作用。通過(guò)等溫滴定量熱實(shí)驗(yàn)（ITC）和分子對(duì)接等前沿技術(shù)，證實(shí)BTZ能特異性結(jié)合PpClpP1（而非PpClpP2），從而抑制其酶活（圖3）。基因敲除實(shí)驗(yàn)證實(shí)，BTZ的抑菌效果正是依賴于靶向PpClpP1實(shí)現(xiàn)，敲除該基因后，藥物便失去了作用。該研究首次報(bào)道了變形假單胞菌PpClpP1蛋白酶的結(jié)構(gòu)特征，揭示了針對(duì)該病原菌的ClpP抑制機(jī)制，不僅豐富了對(duì)病原菌蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)及致病機(jī)制的認(rèn)知，也為有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)新型水產(chǎn)抗菌藥物提供了關(guān)鍵靶點(diǎn)。
圖3. PpClpP1與BTZ結(jié)合模式的解析
福建農(nóng)林大學(xué)海洋學(xué)院陳新華教授團(tuán)隊(duì)博士研究生陳景杰為論文的第一作者，福建師范大學(xué)歐陽(yáng)松應(yīng)教授團(tuán)隊(duì)，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張永安教授團(tuán)隊(duì)，以及安徽大學(xué)陳學(xué)敏教授團(tuán)隊(duì)為論文共同合作單位。該研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1371/ journal.ppat.1013909