真菌双组分信号转导系统及其抑制剂研究进展

徐西光 张子平 程波

(福建医科大学附属第一医院皮肤科，福州 350005)

真菌是具有真核和细胞壁的异养生物，其中某些菌种可引起动、植物的多种病害，影响人体健康，甚至威胁人类生命安全。目前抗真菌药物在作用于真菌细胞的同时大都对宿主细胞有不同程度的副作用，且临床上耐药株越来越多。为了抑制病原真菌，人们一直致力于寻找新的药物作用靶点以及新型抗真菌药物。双组分信号转导对包括白念珠菌在内的致病性真菌的毒力很重要，而人类细胞中不存在该信号转导系统。因此，针对双组分信号传递系统研发新的抗真菌药靶，能有效地作用于真菌细胞而不对宿主细胞造成损伤［1］。

1 双组分信号转导系统

双组分信号转导系统普遍存在于各种原核生物信号通路中，主要作用为调节细胞的趋化、黏附力、新陈代谢等生理功能及生物的致病性。这一信号传导通路首次在大肠杆菌中发现［2］，许多真菌如酿酒酵母、裂殖酵母、白念珠菌等都具有与原核生物结构相似的“双组分信号转导系统”。

“双组分信号转导系统”由一个组氨酸蛋白激酶(HK，也称之“感受器激酶”)和一个“反应调节蛋白(RR)”组成。感受器激酶通常是跨膜蛋白，与胞外配体相结合;反应调节蛋白是一个胞质蛋白，可与DNA序列特异性相结合;当感受器激酶与配体相结合时，激酶上的保守组氨酸残基发生自身磷酸化，随后该磷酸基被传递到反应调节蛋白接受域一个保守的天冬氨酸残基上，激活或抑制反应调节蛋白，最后调控基因表达。

真菌的双组分信号转导系统相对原核生物有所不同，真核生物中的双组分系统为变异性，有多级的“磷酸接力传递”。目前人类致病性真菌双组分信号转导了解最多的是白念珠菌。白念珠菌双组分信号转导系统包括:3个杂合组氨酸激酶(HKs:CaSln1p、CaNik1p和 CaHK1p)，1 个含有组氨酸的磷酸转移过渡体(Ypd1p)，2个反应调节蛋白(RRs:CaSsk1p和CaSkn7p)。杂合组氨酸激酶包括1个保守的组氨酸残基和1个保守的天冬氨酸残基。细胞在等渗环境下，信号由胞膜感受器激酶(Sln1p)上的天冬氨酸残基自身磷酸化，然后传向含单个保守组氨酸残基的中间转移体Ypd1p，磷酸化的Ypd1p与反应调节蛋白Ssk1p或Skn7p相互作用，使其反应调节蛋白接受域的一个保守的天冬氨酸残基磷酸化，从而完成 His-Asp-His-Asp(His:组氨酸;Asp:天冬氨酸)的磷酸传递过程。Ssk1p和Skn7p都包括一个保守的天冬氨酸接受域，根据刺激信号的不同来决定Ssk1p或Skn7p的活化［3］。

广义的双组分信号转导系统还包括高渗透性甘油促丝裂原活化蛋白激酶 (HOG-MAPK)途径，该途径为真菌和人类所共有，主要参与调节细胞的渗透压适应及氧化应激。在等渗环境下，双组分信号通过上述途径传递，磷酸化的Ssk1p不能激活其下游的Ssk2p，HOG途径不被启动;而在高渗环境下，不产生Sln1p-Ypd1p-Ssk1p的磷酸传递，去磷酸化的Ssk1p激活Ssk2p，然后依次激活下游的Pbs2p及Hog1p，完成磷酸基团的传递，从而激活HOG途径。该信号另一分支为Sho1p分支，Sho1p为跨膜感受器蛋白，它通过多种蛋白激酶 (Ste20p、Ste50p，GTP酶 Cdc42)激活 Ste11p，从而活化Pbs2p及 Hog1p，完成 HOG 途径的传递［4-5］。

2 细菌和真菌拥有相似的双组分信号转导系统

双组分信号转导系统存在于包括细菌、真菌在内的大部分低等真核生物、原核生物及植物中，且在细菌与真菌中具有相似的双组分信号转导系统。这些双组分信号转导蛋白在细菌、真菌等微生物适应高渗透压及氧化刺激、细胞壁生物合成以及毒力、黏附力等方面起着重要作用。但哺乳动物细胞中尚未发现双组分信号转导系统，针对这些信号分子作为研发抗真菌药的新型药靶，能够有效地抵抗致病性真菌而不对宿主细胞造成损伤［1，6］。

细菌与真菌双组分信号转导系统的基本结构及作用机制类似［7］。Petrikaite等［8］学者尝试将已知的细菌双组分信号转导系统抑制剂应用于抑制真菌的信号转导系统，取得了良好的效果。这提示可从细菌双组分信号转导系统抑制剂中筛选新型抗真菌药物，Deschenes等［9］通过试验也证实了这一点。设想将细菌双组分信号转导系统抑制剂应用于临床抗真菌治疗，研发新型抗真菌药物，将为各类真菌感染提供新型、有力的药物治疗手段，弥补目前抗真菌药物较少且副作用较大的缺憾。

3 双组分信号转导系统抑制剂

当前常用的抗真菌药物主要有直接作用于真菌细胞膜，损害细胞膜脂质结构和功能的多烯类，影响真菌细胞膜麦角固醇生物合成的唑类、丙烯胺类、硫脲类和吗啉类，选择性抑制β-(1，3)-D-葡聚糖合成酶阻碍真菌细胞壁合成的棘白菌素类以及干扰真菌核酸的合成的5-氟胞嘧啶。这些药物都存在一定的毒副作用，且耐药菌株时有报道［10-11］。因此，探明双组分信号转导系统的机制，可为抑制物的设计提供多个靶点，包括信号分子结合位点、蛋白激酶的自身磷酸化位点、磷酸基团从激酶向反应调节蛋白的转移途径以及反应调节蛋白接受磷酸基团的位点等等。下面就介绍国内外出现的有效或潜在的适用于抗真菌的细菌双组分信号转导系统抑制剂。

利凡诺(Ethacridine Lactate又名雷佛奴尔、乳酸依沙吖啶) 为外用杀菌防腐剂，对革兰阳性细菌及少数革兰阴性细菌有较强的杀灭作用。Foster等［12］报道双组分信号通路在细菌存活与致病中具有重要作用，而利凡诺作为双组分信号系统抑制剂可以抑制组氨酸激酶的磷酸化，动力学分析显示利凡诺可阻断磷酸基团的传递。分析其化学结构，可研究出相似的双组分信号系统抑制剂。Petrikaite等［8］报道可抑制双组分信号系统的利凡诺诱导剂可作为潜在的新型抗真菌药物，且已在多种念珠菌属药敏试验中取得良好抑菌效果;Sergeev等［13］通过研究证实多烯类药物合并利凡诺具有更强的抑制真菌的效果。

RWJ-49815、RWJ-49968 和 RWJ-61907 这 3种药物为双组分调控系统的小分子抑制物，经体外实验证实这些小分子抑制物在金黄色葡萄球菌及绿脓杆菌中具有良好的抑菌作用［14］。有关研究还表明大部分此类抑制物的作用机制是与ATP竞争以阻断双组分信号分子功能域的激酶活性［15］。Stephenson等［16］研究证实 RWJ-49815可以改变激酶的羧基端结构域，从而抑制激酶的催化活性。Deschenes等［9］通过实验观察三种细菌的组氨酸激酶抑制剂的抗真菌活性，发现所有3种化合物都不同程度的抑制了酿酒酵母和白念珠菌菌株的增长，并且通过抑制不同的组氨酸激酶发挥作用，从而证实了这些化合物的抗真菌特性。

氯氰碘柳胺(Closantel又名克罗散泰、氯生太尔) 氯氰碘柳胺是一种广谱驱虫药，而作为细菌的双组分信号转导系统抑制剂，同时具有治疗和预防作用。Cheng等［17］报道双组分信号在细菌感受信号及适应环境变化中发挥重要作用，氯氰碘柳胺作为组氨酸激酶的抑制剂，在作用于细菌后，可完全阻断细菌对宿主细胞的感染;双重免疫荧光标记可示氯氰碘柳胺使细菌双组分系统基因不同程度地受到抑制，继而组氨酸激酶自身磷酸化的活性下降;Theodorou等［18］学者也证实该类药品可以阻断双组分系统信号分子的磷酸转移;Hlasta等［19］应用结构-活性关系分析表明氯生太尔通过水杨苯胺作为药效基团来抑制双组分信号传导系统，具有潜在抗真菌作用，需要我们进一步去证实。

其他 另外11-脱氢皮质酮 (compound-A)、四氯水杨酰苯胺 (tetrachlorosalicylanilide)及 TNPATP等药物有报道均为双组分信号传导系统抑制剂［20］。Tabbene 等［21］研究证实 compound A 对致病性念珠菌株有很强的杀菌活性，药敏试验显示该药具有比两性霉素B更低的MIC值;Ganendren等［22］亦表示compound A可考虑应用于抗新生隐球菌等真菌的感染。

4 结 语

综上所述，针对微生物双组分信号转导系统及其抑制剂的研究很多，主要集中在鉴定双组分信号蛋白及其抑制剂对其作用靶点的研究。这些蛋白在细菌及真菌等在适应渗透压、生物合成及致病性等方面发挥重要作用，因此研究其抑制剂具有重要临床意义。虽然近年来在双组分信号系统这一领域的研究有很大的进展，但对念珠菌Ypd1p是如何识别并与反应调节蛋白相互作用，以及HOG途径在真菌与哺乳动物之间的的差异性还不清楚［23］。双组分信号转导系统作为真菌体内复杂调控网络的一支，还需进一步的研究来明确不同潜在的抗真菌靶点;对于一些筛选到的潜在的抗真菌双组分信号转导抑制剂，在人体内的安全性、有效性、特异性等还有待检验［24］。

人类致病性真菌的双组分信号转导蛋白与其细胞壁合成及毒力等致病因素相关，针对这组蛋白作为新型药靶，本文探讨了若干的潜在的新型抗真菌药物。今后随着真菌基因组学，蛋白质组学、生物信息学和结构生物学等学科的发展和互相交叉渗透，相信在不久的将来，抗真菌药物的研究将会取得更大的突破，从而可以正确选择合理的抗真菌药物，探索并制定出高效、低毒和经济的诊疗方案。

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