抑制線粒體磷酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)助力抗真菌治療

線粒體磷酸鹽載體 (PiC) 屬于線粒體載體家族中的一員，位于線粒體內(nèi)膜上，PiC 的主要作用是把胞漿中的磷酸 (Pi) 轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體基質(zhì)中，促進(jìn) ADP 氧化磷酸化為 ATP，使線粒體氧化磷酸化順利進(jìn)行。當(dāng)參與線粒體功能調(diào)節(jié)的分子受抑制或改變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞的凋亡或者壞死。

由于人與真菌之間的復(fù)雜且密切的關(guān)系，有效的抗真菌藥物的開發(fā)仍然是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。而線粒體對于真菌形態(tài)的變化、毒力和耐藥起著關(guān)鍵作用，其在真菌中易損性的特點(diǎn)已被其他研究者所證實(shí)。

 

 

研究動(dòng)態(tài)

 

本文報(bào)道的 ML316（圖1a）通過選擇性地抑制真菌中線粒體磷酸鹽載體 Mir1，在納摩爾濃度下即可殺死耐藥念珠菌。此外，通過采用遺傳、生化和代謝組學(xué)方法，研究者確證了 ML316 為第一個(gè) Mir1 抑制劑。ML316 抑制 Mir1 在釀酒酵母呼吸過程中的作用，進(jìn)而減少線粒體耗氧量，導(dǎo)致檸檬酸積累以致死亡。

ML316 對氟康唑耐藥的白色念珠菌表現(xiàn)出強(qiáng)有效的殺真菌能力（圖1b）。通過圖1c可以看出 ML316 對 azole 耐藥的白色念珠菌展現(xiàn)出了更大的殺菌活力，并且其對細(xì)胞株：293T、HepG2 的毒性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗霉素（圖1d）。

圖1. ML316展現(xiàn)出強(qiáng)效的抗真菌活性 （圖片來源：《Nat. Chem. Biol.》）

Mir1、Pic2 是真核生物中非常關(guān)鍵的線粒體磷酸鹽載體蛋白，為驗(yàn)證 Mir1 是否為ML316 抗真菌的作用靶點(diǎn)，利用釀酒酵母菌 MIRI 基因突變的種系 (mir 1Δ) 和 PIC2 基因突變的種系 (pic2Δ)，分別以葡萄糖和半乳糖為碳源來判斷 ML316 對菌株的殺傷力，以 OD 值表征。由圖2可以發(fā)現(xiàn)，在以葡萄糖為碳源時(shí)，不同環(huán)境下所有菌株生長狀況相同。在以半乳糖為碳源時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)，Mir1 是 ML316 抑制釀酒酵母菌生長的作用靶點(diǎn)，Pic2 則對 ML316 不敏感。

圖2. Mir 1為ML316作用靶點(diǎn)的基因?qū)W依據(jù) （圖片來源：《Nat. Chem. Biol.》）

文中采用了一個(gè)線粒體磷酸鹽運(yùn)輸?shù)脑囼?yàn)方法，來測試 ML316 對磷酸鹽進(jìn)入線粒體內(nèi)的影響。如圖3a所示，在大量磷酸鹽存在的環(huán)境下，ML316 會(huì)抑制磷酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性，避免了因磷酸鹽大量進(jìn)入線粒體而導(dǎo)致的線粒體膨脹破裂；而在醋酸鹽環(huán)境下，ML316 不能發(fā)揮作用。為了檢測 ML316 對呼吸作用的影響，研究者測量了ML316 處理過的白色念珠菌的耗氧量。由圖3b可以發(fā)現(xiàn)，ML316 減弱了白色念珠菌的耗氧量，說明 ML316 抑制了線粒體磷酸鹽載體蛋白 Mir1，進(jìn)而抑制菌株的呼吸作用，產(chǎn)生殺菌效果。

 

圖3. Mir1在線粒體中功能的確認(rèn) （圖片來源：《Nat. Chem. Biol.》）

總結(jié)來說，ML316 的作用靶點(diǎn)為線粒體磷酸鹽載體蛋白 Mir1，其通過阻礙線粒體呼吸作用，抑制 ATP 的生成，進(jìn)而殺死耐藥念珠菌。除此之外，在小鼠念珠菌耐藥模型中，ML316 顯示出良好的抗真菌活性。靶向 Mir1 提供了一種全新的、急需的治療真菌策略，以解決日益加劇的耐藥真菌感染癥狀。 

 

M君有話說：

 

真菌耐藥性是十分常見的現(xiàn)象，通過抑制線粒體磷酸鹽載體蛋白來阻礙線粒體正常呼吸作用，進(jìn)而發(fā)揮抗真菌作用是一種新穎有效的手段，這為抗真菌藥物的機(jī)制研究與新藥開發(fā)提供了新的方向。

 

 

參考文獻(xiàn)：

[1] McLellan CA, Vincent BM, Solis NV, Lancaster AK, Sullivan LB, Hartland CL, Youngsaye W, Filler SG, Whitesell L, Lindquist S. Inhibiting mitochondrial phosphate transport as an unexploited antifungal strategy. Nat. Chem. Biol. 2018;14:135-141.

 

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