青霉素結(jié)合蛋白研究進(jìn)展

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1、青霉素結(jié)合蛋白研究進(jìn)展青霉素結(jié)合蛋白(PBPs)是廣泛存在于細(xì)菌表面的一種膜蛋白，是β_內(nèi)酞胺類(lèi)抗生素的主要作用靶位。不同細(xì)菌其種類(lèi)及含量均不相同。但各種菌種的PBPs又有許多類(lèi)似的結(jié)構(gòu)與功能，在細(xì)菌生長(zhǎng)、繁殖中發(fā)揮重要作用。PBPs結(jié)構(gòu)與數(shù)量的改變是產(chǎn)生細(xì)菌耐藥的一個(gè)重要機(jī)制。現(xiàn)今，各類(lèi)抗生素雖種類(lèi)繁多，但在耐藥菌的治療中仍缺乏有效手段。因此近年來(lái)圍繞PBPs開(kāi)展了大量的研究工作，試圖從分子結(jié)構(gòu)與基因水平認(rèn)識(shí)PBPs，探求細(xì)菌耐藥的機(jī)制，企圖獲得更有效的治療手段?！　?PBPs研究簡(jiǎn)史及基本概念盡管臨床上很早就開(kāi)始應(yīng)用青霉素，但到20世紀(jì)50年代，人們才認(rèn)識(shí)到青霉素是通過(guò)干擾細(xì)菌的表面結(jié)構(gòu)而

2、起作用的。60年代，細(xì)菌細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)被闡明，為人們認(rèn)識(shí)青霉素作用機(jī)制及PBPs奠定了基礎(chǔ)。1972年Suginak.Blumberg和Strominge:發(fā)現(xiàn)青霉素結(jié)合蛋白，用放射性同位素標(biāo)記的青霉素可以標(biāo)出細(xì)菌表面的PBPs，但后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)并非所有PBP均是青霉素作用的致命靶位。所有細(xì)菌都含有多種青霉素結(jié)合蛋白，不同菌屬其PBPs含量、種類(lèi)各不相同，不同的抗生素通過(guò)與不同的PBP蛋白結(jié)合而產(chǎn)生不同的抗菌活性。因此，與不同PBP結(jié)合的抗生素可聯(lián)合應(yīng)用，往往產(chǎn)生協(xié)同作用。每個(gè)菌種都有一套特異的PBPs，稱(chēng)PBPs譜。在一種菌種中PBPs按分子量大小排序，分別稱(chēng)PBPI,PBP2,PBP3...

3、...。PBPl為分子量最大的一種。不同菌屬PBPs的生理功能很相近，而且分子結(jié)構(gòu)上也有其相關(guān)及相似性。PBPs含量很少，僅占細(xì)胞膜蛋白總量的1%，不同PBP含量變化很大，如大腸桿菌中高分子的PBPI,PBP2和PBP3量很少，而低分子PBPS和PBP6卻占PBPs量的70%—90%。各種PBP與抗生素親和力相差亦很大。親和力大小一般用。表示;指使-青霉素G結(jié)合減少50%時(shí)該抗生素濃度，其值越高，示藥物親和力越小。研究PBPs的方法與技術(shù)不斷地發(fā)展。比如現(xiàn)已用分子生物學(xué)方法研究PBPs分子結(jié)構(gòu)，基因構(gòu)成與變異，通過(guò)基因重組研究PBPs功能等。但傳統(tǒng)的方法仍是研究的基本方法，比如用超聲技術(shù)粉碎細(xì)

4、菌，離心分離胞膜，用TritonX-100從胞膜中分離PBPs,用一青霉素G標(biāo)記PBPs，用膠體電泳分離PBPs等?！　?各種青霉素結(jié)合蛋白研究進(jìn)展PBPs在不同菌種中各不相同，但對(duì)其分子結(jié)構(gòu)，生理功能的研究發(fā)現(xiàn)每種菌種均有特異PBPs,PBPs的生理功能直接影響與其結(jié)合的抗生素的抗菌活性，這方面的研究已積累了大量的資料.但某些問(wèn)題及研究結(jié)果的意義仍不十分清楚，為了研究者能迅速了解這方面研究進(jìn)展，以下以大腸桿菌和肺炎球菌為例說(shuō)明研究近況。對(duì)大腸桿菌PBPs的研究最早開(kāi)展，也是研究最多的，比較具有代表性。大腸桿菌含6種PBP，依次為PBPI,PBP2,PBP3.PBP4,PBPS,PBP6。大腸

5、桿菌PBP1主要功能為維持細(xì)胞形態(tài),可分成PBP1a,PBPlbs兩部分。PBPlbs主要分布于細(xì)胞內(nèi)膜.亦有少部分分布于細(xì)胞外膜①。是細(xì)菌生長(zhǎng)的重要蛋白，與抗生素結(jié)合可致細(xì)菌快速溶解.最近研究表明，PBP1b是一種球蛋白，具有2個(gè)密切相關(guān)的酶活性區(qū)，一為轉(zhuǎn)肚酶活性區(qū)(轉(zhuǎn)肚反應(yīng)是細(xì)胞壁合成中的限速反應(yīng))，另一為轉(zhuǎn)糖酶活性區(qū)②。PBPla具有PBPlbs替代酶的作用。缺乏PBPla的變異株能夠存活，說(shuō)明PBPla為細(xì)菌生長(zhǎng)非必需蛋白.用僅有PBPla,PBPlbs基因或特異性分裂基因ftsA,ftsQ,pbpB,ftsZ變異的細(xì)菌株來(lái)研究PBPa與PBP1bs的功能時(shí)發(fā)現(xiàn):PBPla不能獨(dú)立維持

6、細(xì)胞完整性，需與PBP2,PBP3及ftsQ基因產(chǎn)物一起才能維持細(xì)菌存活.而PBPIbs顯然較PBPla有更強(qiáng)的生物合成功能，在缺乏PBP1a,PBP2,PBP3和ftsQ基因產(chǎn)物時(shí)變異株細(xì)菌仍能存活，在細(xì)菌分裂中，PBPlbs也起著相當(dāng)作用，與膚聚糖的合成有關(guān)③④。PBP2能維持大腸桿菌的張力，使菌體保持桿棒狀。PBP2僅占PBPs的1%。美西林、克拉維酸和硫霉素與PBP2有高度親和力。與PBP2結(jié)合后，可使細(xì)菌變成園球體，終致溶解、死亡。有實(shí)驗(yàn)表明在缺乏PBP2基因的菌株中，如能使PPGPP大量表達(dá)及分裂蛋白ftsZ,ftsA,ftsQ大量表達(dá)，細(xì)菌仍能存活并分裂繁殖⑤PBP3與細(xì)菌分裂有

7、關(guān)。在DNA復(fù)制完成后PBP3被激活，并催化梭基膚酶反應(yīng)，產(chǎn)生細(xì)菌分裂必需的肚聚糖合成反應(yīng)。低濃度的頭抱菌素作用于PBP3使細(xì)菌成為絲狀體(細(xì)菌分裂受阻，菌體卻不斷延長(zhǎng))，但一般菌體并不溶解⑥。大腸桿菌PBP4同時(shí)具有D,D-梭膚酶活性及D.D一內(nèi)膚酶活性⑦。缺乏PBP4的變異株能很好地存活，因此PBP4并不是β一內(nèi)酞胺類(lèi)抗生素的主要作用靶位。對(duì)PBP4一級(jí)結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，編碼PBP4主要活性部位