細(xì)菌耐藥性已成為全球的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，嚴(yán)重威脅人類健康。細(xì)菌通過多種機(jī)制對(duì)抗抗生素，使得一些傳統(tǒng)藥物失去了效力。為了應(yīng)對(duì)這一難題，科學(xué)家們不斷探索新的解決方法。脂肪酸是細(xì)胞膜磷脂的重要組成部分，對(duì)于細(xì)菌的生存至關(guān)重要。細(xì)菌經(jīng)II型脂肪酸合成途徑（FAS II）合成其生存必需的脂肪酸，通過靶向FAS II來(lái)阻斷脂肪酸的合成從而殺死細(xì)菌是一類抗生素作用機(jī)理。然而，細(xì)菌亦并非坐以待斃。部分細(xì)菌可通過acyl-ACP合成酶（AasS）直接攝取外源脂肪酸，從而繞過FAS II途徑。這樣一來(lái)，靶向FAS II的抗生素就面臨失效的風(fēng)險(xiǎn)。細(xì)菌的這一狡猾策略，讓科學(xué)家們倍感棘手。但科學(xué)家們沒有輕易認(rèn)輸，繼續(xù)尋找破解細(xì)菌耐藥性的妙招。近期，一種名為C10-AMS的化合物被發(fā)現(xiàn)，它可以抑制AasS的活性，從而降低甚至阻斷細(xì)菌攝取外源脂肪酸的能力。這意味著，即使細(xì)菌繞過了FAS II途徑，C10-AMS也能有效地抑制其生存。這一發(fā)現(xiàn)為抗菌研究領(lǐng)域注入了一劑強(qiáng)心針。然而，C10-AMS作為抑制劑的具體作用原理還有待進(jìn)一步研究。

2024年7月15日，浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院馮友軍課題組與公共衛(wèi)生學(xué)院周春課題組、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院冷凍電鏡中心張興攜手合作，在病原微生物研究領(lǐng)域知名期刊《PLOS Pathogens》發(fā)表題為《An inhibitory mechanism of AasS, an exogenous fatty acid scavenger: Implications for re-sensitization of FAS II antimicrobials》的研究長(zhǎng)文，揭示了AasS抑制劑C10-AMS發(fā)揮功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及生化機(jī)制。通過一系列實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)C10-AMS能夠與AasS有效結(jié)合，并阻礙不同長(zhǎng)度的脂肪酰基底物進(jìn)入，進(jìn)而阻斷AasS介導(dǎo)的脂肪酸攝取途徑。利用冷凍電鏡單顆粒技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)還解析了AasS/C10-AMS抑制劑的復(fù)合物結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)C10-AMS使AasS由“開放構(gòu)象” 轉(zhuǎn)為“封閉構(gòu)象”，大大削弱了AasS的活性。這一發(fā)現(xiàn)如同揭開了細(xì)菌的“防御盾”，讓科學(xué)家們看清了它的弱點(diǎn)，為開發(fā)新的抗菌策略提供了寶貴的信息。通過抑制AasS，可以讓靶向FAS II的抗生素重新發(fā)揮作用，幫助克服細(xì)菌耐藥性的問題。未來(lái)，C10-AMS及其衍生物有望與FAS II抑制劑聯(lián)合使用，形成“雙劍合璧”的療法，更有效地對(duì)抗部分細(xì)菌的感染。

脂肪酸對(duì)于生命體來(lái)說不可或缺，II型脂肪酸合成途徑（FASII）對(duì)細(xì)菌的存活極為關(guān)鍵，這也是靶向FASII的抗生素發(fā)揮作用的重要機(jī)制。然而研究發(fā)現(xiàn)，幾乎所有的細(xì)菌都有一套能夠不利用FASII途徑合成其存活必需的脂肪酸的機(jī)制，而是通過吸收外源脂肪酸來(lái)建立它們的膜磷脂（圖1）。不同細(xì)菌演化出3種脂肪酸攝取機(jī)制，與已知的兩個(gè)系統(tǒng)?；?/span>-CoA合成酶FadD和FakA/B激酶通路不同，AasS作為?；?/span>-ACP合成酶代表了第三種eFA利用機(jī)制，它可以繞過FAS II途徑。鑒于AasS獲取eFA的途徑可繞過FAS II的抑制劑（例如Cerulenin），因此利用AasS抑制劑C10-AMS來(lái)逆轉(zhuǎn)FAS II這一通路似乎是可行的（圖1）。

在生化機(jī)制方面，通過體內(nèi)外酶活實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)C10-AMS與AasS的結(jié)合能阻礙不同長(zhǎng)度的脂肪?；孜锏倪M(jìn)入，揭示其具有阻斷AasS介導(dǎo)的外源脂肪酸攝取能力（圖2），證明C10-AMS是一種有效的AasS抑制劑，其抑制劑強(qiáng)度Ki值僅約0.6 μM（圖3）。值得一提的是，該研究還利用冷凍電鏡單顆粒技術(shù)，揭示了AasS與抑制劑C10-AMS結(jié)合的神秘面紗。除AasS獨(dú)立輪廓外（2.53 Å），該研究獲得了AasS與抑制劑C10-AMS的復(fù)合物結(jié)構(gòu)（2.33 Å）以其與反應(yīng)中間體C10-AMP的復(fù)合物結(jié)構(gòu)（2.19 Å)。結(jié)構(gòu)比對(duì)結(jié)果清晰地表明，AasS存在兩種不同的構(gòu)象：開放構(gòu)象和封閉構(gòu)象。通常情況下，AasS以開放構(gòu)象結(jié)合其天然底物。然而，當(dāng)抑制劑C10-AMS與AasS結(jié)合時(shí)，它誘導(dǎo)AasS從開放構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)榫o密的封閉構(gòu)象。這一結(jié)構(gòu)變化抑制了AasS與其天然底物的結(jié)合，從而有效地抑制了AasS作為Acyl-ACP合成酶的催化活性（圖4）。為了深入理解C10-AMS與AasS之間的相互作用，研究團(tuán)隊(duì)開展了一系列突變實(shí)驗(yàn)，成功鑒定了AasS結(jié)合C10-AMS的關(guān)鍵殘基。這些關(guān)鍵性的發(fā)現(xiàn)，不僅為C10-AMS作為AasS抑制劑的角色提供了有力支撐，也為未來(lái)抗菌藥物的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了詳盡的結(jié)構(gòu)信息。

綜上所述，該研究結(jié)果為抑制AasS利用外源脂肪酸來(lái)逆轉(zhuǎn)FASII通路提供了理論證據(jù)，為開發(fā)新的抗菌策略提供了潛在的靶點(diǎn)，尤其是由C10-AMS及其衍生物與某些FAS II抑制劑聯(lián)合組成的雙重療法。

馮友軍課題組長(zhǎng)期聚焦“細(xì)菌脂代謝與耐藥/致病性的機(jī)制”研究，發(fā)表重要研究論文60余篇，累計(jì)引用11600余次（h-index: 53）。該研究工作先后獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委的耐藥重點(diǎn)專項(xiàng)（32141001）、重點(diǎn)項(xiàng)目（31830001）以及杰青項(xiàng)目（32125003）的聯(lián)合資助。浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院馮友軍課題組博士生黃昊旻、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院冷凍電鏡中心常圣海博士和西北工業(yè)大學(xué)崔濤副教授系該研究論文的共同第一作者。浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院馮友軍教授、公共衛(wèi)生學(xué)院周春研究員與浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院冷凍電鏡中心張興教授擔(dān)任該研究論文的共同通訊作者。