日前，首都醫(yī)科學(xué)院附屬上海友誼診所楊國威研究員團隊與中國醫(yī)學(xué)科大學(xué)病原生物學(xué)研究所楊劍研究員團隊合作在國際病原生物學(xué)刊物《PLOS》同期發(fā)表了兩篇題為“-widerolesofTc”和“N-andtotheofTconcells”的研究論文，首次對毒素復(fù)合體（Toxin，簡稱Tctoxin）在各類病菌中的分布、進(jìn)化、毒力結(jié)構(gòu)域特點等進(jìn)行了全面系統(tǒng)的剖析，闡明了Tctoxin家族是一類在真菌中廣泛存在的多型性毒素系統(tǒng)；通過全基因組敲除文庫篩選，發(fā)覺了寄主細(xì)胞膜表面的N-聚糖及糖胺聚糖可以分別介導(dǎo)不同Tctoxin的寄主靶點性。附屬上海友誼診所宋楠副研究員、中國醫(yī)學(xué)科大學(xué)病原生物學(xué)研究所陳立宏副研究員及美國華威學(xué)院周哲敏博士為論文的共同第一作者，附屬上海友誼診所楊國威研究員和中國醫(yī)學(xué)科大學(xué)病原生物學(xué)研究所楊劍研究員為共同通信作者。
Tctoxin是一類ABC型真菌毒素，最早發(fā)覺于發(fā)光鏈球菌（）中，其一般是由TcA、TcB及TcC三個亞基按5：1：1的比列組成的高分子量蛋白質(zhì)復(fù)合體細(xì)胞膜受體，其中TcC蛋白C末端毒力結(jié)構(gòu)域可經(jīng)由TcA產(chǎn)生的孔道轉(zhuǎn)運至靶細(xì)胞內(nèi)部，從而發(fā)揮毒性作用。目前國際上對該真菌毒素的研究主要集中于結(jié)構(gòu)生物學(xué)方面，并且對于其在其他病原菌中的分布情況、宿主細(xì)胞靶點性、及其是否參與病原菌相關(guān)感染性疾患的致病過程等依然未知。
該研究首先針對TcA、TcB及TcC蛋白的保守結(jié)構(gòu)域信息，通過基于隱馬模型的蛋白特點譜結(jié)合基因組排列關(guān)聯(lián)性剖析，從公開的真菌基因組序列中，辨識出2528個tc基因簇，發(fā)覺其中大部份Tctoxin分布于假單胞菌、沙門氏菌、變形鏈球菌、耶爾森氏菌等臨床常見病原菌中（圖1）。針對TcC蛋白C末端潛在毒力結(jié)構(gòu)域進(jìn)行了降維剖析和功能預(yù)測，結(jié)果顯示這種Tctoxin可能編碼了百余種未知的毒力因子。此后，為了推動后續(xù)的相關(guān)功能研究，還專門設(shè)計建立了開放共享的Tctoxin數(shù)據(jù)庫。進(jìn)一步通過對數(shù)據(jù)庫中收錄的近30萬沙門氏菌和耶爾森氏菌基因組草圖中的tc基因簇的深入剖析，闡明了TcC蛋白基序除了對于其C末端結(jié)構(gòu)域的自剪切釋放至關(guān)重要，但是其高度保守的核苷酸序列能夠通過同源重組的方法介導(dǎo)Tctoxin毒力結(jié)構(gòu)域的水平轉(zhuǎn)移。因而以進(jìn)化的角度解析了Tctoxin作為一類多態(tài)型毒素家族，怎樣獲得不同毒力結(jié)構(gòu)域的可能分子機制。
圖1.Tctoxin在真菌中廣泛分布
Tctoxin的靶細(xì)胞特異性是由TcA五聚體決定，目前P.的TcA蛋白（Pl-TcdA1）相關(guān)的冷藏電鏡結(jié)構(gòu)已被解析，但具體的結(jié)合機制仍未闡釋。該研究團隊通過對上述Tctoxin數(shù)據(jù)庫中的1189個TcA蛋白的降維剖析，發(fā)覺其可以分為5個亞類，且不同亞類存在較好的種屬特異性。目前功能研究較為明晰的Tc多由I型TcA蛋白參與組成。通過-Cas9全基因組敲除細(xì)胞文庫結(jié)合二代測序技術(shù)，該研究發(fā)覺不同的I型TcA蛋白具有不同的靶細(xì)胞結(jié)合分子，比如Pl-TcdA1和Pl-TcdA2可分別通過N-聚糖及糖胺聚糖等分子實現(xiàn)Tctoxin與靶細(xì)胞的結(jié)合（圖2）。該研究說明Tctoxin家族真菌毒素不僅剩在多種毒力結(jié)構(gòu)域，不同TcA蛋白還具有其特異的結(jié)合分子及靶細(xì)胞細(xì)胞膜受體，并進(jìn)一步提示Tctoxin可能作為重要的真菌毒素，介導(dǎo)不同種屬真菌的寄主移栽及毒力作用。
圖2.N-介導(dǎo)Tctoxin的細(xì)胞靶點性
上述兩項連續(xù)性研究工作揭示了Tctoxin的廣泛分布及毒力作用多樣性，并為后續(xù)研究該真菌毒素的致病機制提供了詳盡的數(shù)據(jù)支持及研究體系。據(jù)悉，通過充分解析TcC蛋白C末端結(jié)構(gòu)域的理化性質(zhì)及TcA蛋白受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域，后續(xù)研究可能將該真菌毒素改構(gòu)為具有靶細(xì)胞特異性的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運工具，因而在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
該研究得到國家自然科學(xué)基金（，，）、北京市三院管理中心“青苗”計劃（）等項目捐助。
楊國威，首都醫(yī)科學(xué)院附屬上海友誼診所研究員，碩士生導(dǎo)師，歷任上海溫帶醫(yī)學(xué)研究所主任助理，溫帶病預(yù)防研究上海市重點實驗室處長。常年從事真菌與寄主互相作用的研究，主要聚焦于真菌分泌系統(tǒng)及其相關(guān)毒力因子致病性等方面的工作。2012年歸國以來，針對真菌六型分泌系統(tǒng)和真菌毒素復(fù)合物等方面的研究，以第一作者/通信作者（含共同）在CellHost&、Cell、eLife和PLOS等刊物發(fā)表多篇高水平論文。