由于抗生素的大量使用，臨床耐藥菌不斷出現(xiàn)，抗生素耐藥性已成為威脅人類生命健康的重大問(wèn)題之一。延緩抗生素耐藥性的產(chǎn)生以及發(fā)展新型抗菌策略是現(xiàn)代科學(xué)亟待解決的問(wèn)題，這很大程度上依賴于對(duì)藥物作用機(jī)制的深入理解以及對(duì)新型藥物靶點(diǎn)的挖掘。金屬化合物（如銀、鉍、鎵）作為抗菌藥物有著悠久的歷史，在臨床上使用廣泛且不易產(chǎn)生耐藥性，其獨(dú)特的作用機(jī)制對(duì)于抗菌新策略的開(kāi)發(fā)具有重要價(jià)值。因此，研究金屬藥物的抗菌機(jī)理并由此發(fā)展新型抗菌策略，是具有重要意義的前沿研究課題。 金黃葡萄球菌是一種常見(jiàn)的致病革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌，通�？梢栽谌梭w的皮膚、鼻腔、腸道、傷口以及環(huán)境中的空氣、土壤、污水等處存活，幾乎無(wú)處不在。在食物中毒的個(gè)案中，金黃葡萄球菌是僅次于沙門氏菌和副溶血弧菌的第三大致病原。近年，過(guò)量使用抗生素的情況日益嚴(yán)重（包括治療新冠肺炎時(shí)所使用的抗生素），導(dǎo)致社區(qū)和醫(yī)院內(nèi)出現(xiàn)了多種耐藥性菌株，如耐甲氧西林金黃葡萄球菌、多重耐藥性金黃葡萄球菌等。因此從臨床角度而言，破解耐藥性的機(jī)制和尋找新型的抗生素或輔劑可謂迫在眉睫。 香港大學(xué)化學(xué)系孫紅哲、生命科學(xué)學(xué)院閆愛(ài)新和微生物系高一村等發(fā)現(xiàn)，硝酸銀和納米銀可有效殺死一種常見(jiàn)的高感染性致病菌——金黃葡萄球菌（Staphylococcus aureus），并可作為抗生素輔劑用于恢復(fù)耐甲氧西林金黃葡萄球菌（MRSA）對(duì)抗生素的敏感性。通過(guò)進(jìn)一步的多組學(xué)研究（金屬蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)等），他們挖掘出銀離子在金黃葡萄球菌體內(nèi)的38個(gè)靶點(diǎn)蛋白。團(tuán)隊(duì)其后以其中一個(gè)重要靶點(diǎn)——6-磷酸葡萄糖脫氫酶（6PGDH）為例，通過(guò)X射線單晶衍射在原子層面揭示了銀離子抑制其靶標(biāo)蛋白的機(jī)制。研究成果已于近日在權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》（Nature Communications）中發(fā)表。 銀離子（Ag+）和銀納米顆粒具有廣譜抗菌作用，已廣泛用于醫(yī)藥和食品工業(yè)中，但其高毒性限制了內(nèi)服。開(kāi)發(fā)降低銀毒副作用的策略很大程度上取決于對(duì)其分子作用機(jī)制的理解。由于細(xì)胞中金屬-蛋白質(zhì)的相互作用非常復(fù)雜，目前缺乏在蛋白質(zhì)組層面探索金屬藥物結(jié)合蛋白的技術(shù)，阻礙了對(duì)銀及其它金屬藥物分子機(jī)制的理解。在前期的研究中，孫紅哲教授的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)銀離子可以有效地殺滅大腸桿菌，并將液相色譜（LC）和柱狀凝膠電泳（GE）及電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP-MS）聯(lián)用，建立了首個(gè)對(duì)金屬結(jié)合蛋白具有高分離度和高覆蓋率的LC-GE-ICP-MS系統(tǒng)，并從分子層面研究了銀抑制大腸桿菌中重要蛋白酶的機(jī)制（PLoS Biol., 2019, 17, e3000292; Chem. Sci., 2019, 10, 7193; Chem. Sci., 2020, 11, 11714）。

此次工作將硝酸銀殺滅金黃葡萄球菌的分子機(jī)理及基于機(jī)理拓展其抗菌應(yīng)用作為研究重點(diǎn)，從革蘭氏陽(yáng)性菌S. aureus中分離鑒定了38個(gè)Ag+結(jié)合蛋白，結(jié)合生物信息學(xué)分析及系統(tǒng)的生物化學(xué)表征，在分子層面捕獲了Ag+ 殺死S. aureus的動(dòng)態(tài)作用過(guò)程，即Ag+ 先結(jié)合并抑制糖酵解途徑中的多種關(guān)鍵酶，進(jìn)而導(dǎo)致氧化戊糖磷酸通路（oxPPP）上調(diào)從而減輕Ag+ 毒性，但是隨后Ag+ 結(jié)合并破壞該途徑的多種酶，導(dǎo)致該通路的激活失效，Ag+ 繼續(xù)功能性破壞ROS通路中的蛋白并引起ROS升高和細(xì)菌的死亡。6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶（6PGDH）是銀靶向oxPPP通路的重要蛋白靶標(biāo)，該團(tuán)隊(duì)解析了首個(gè)S. aureus的6PGDH晶體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步得到了Ag配位的6PGDH結(jié)構(gòu)，揭示了Ag在其催化和非催化位點(diǎn)均以準(zhǔn)線性或三角幾何跟Cys、His和Met等氨基酸配位。晶體結(jié)構(gòu)和定點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)揭示了Ag+ 結(jié)合在活性位點(diǎn)的His185并使其催化口袋變形，以非競(jìng)爭(zhēng)性方式抑制了6PGDH的酶活。Ag+ 的多靶點(diǎn)作用機(jī)制不僅使細(xì)菌不易對(duì)其產(chǎn)生耐藥性，也賦予了它增強(qiáng)多種抗生素藥效的特性。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Ag+ 對(duì) S. aureus 有持續(xù)的抗菌效果，超過(guò)16代連續(xù)培養(yǎng)也不會(huì)產(chǎn)生抗性，同時(shí)，Ag+ 可以敏化對(duì)抗生素有抗性的菌株MRSA，并能夠有效抑制細(xì)菌耐藥性的產(chǎn)生。該研究解決了S. aureus中Ag+靶標(biāo)蛋白的重要問(wèn)題，并為Ag+ 對(duì)S. aureus持續(xù)有效且S. aureus不易產(chǎn)生抗性提供了理論基礎(chǔ)，為耐藥菌感染的治療提供了潛在方法。此外，該研究進(jìn)一步從分子生物學(xué)及分子層面闡釋了銀的抗菌機(jī)制，為設(shè)計(jì)新型抗菌劑提供了重要的分子靶點(diǎn)和理論基礎(chǔ)。