在细菌的世界里，它们为了生存进化出了许多巧妙的防御机制。其中，通过化学修饰表面暴露的脂质来抵御外界威胁，就是不少常见病原菌的 “生存法宝”。多肽抗性因子（MprF）在这一过程中扮演着关键角色，它能修饰脂质头基团并转运修饰后的脂质，帮助细菌抵抗抗菌剂，是对抗耐药菌的潜在靶点。然而，目前关于 MprF 介导脂质转运的分子机制却知之甚少，其结构信息有限，底物特异性和能量供应方式也不明确。
为了深入探索这些未知，国外研究人员对铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）中的 MprF（PaMprF）展开了一系列研究。他们的研究成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上，为我们理解细菌的耐药机制和开发新的抗菌策略带来了新的曙光。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：冷冻电镜技术（cryo - EM），用于解析PaMprF 的结构；分子动力学模拟（MD simulations），研究其与脂质环境的相互作用；体外脂质转运实验，评估PaMprF 的脂质转运活性；定点突变技术，探究关键位点对脂质转运的影响。
下面来看具体的研究结果：
- PaMprF 的冷冻电镜结构：研究人员在大肠杆菌（Escherichia coli）中重组表达并纯化PaMprF，利用合成纳米抗体确定其与纳米抗体复合物的结构，分辨率达 3.28Å。结构显示，PaMprF 的跨膜区域由 14 个 α 螺旋组成，可分为两个跨膜结构域（TMDs），其整体结构与来自热带根瘤菌（Rhizobium tropici）的 MprF（RtMprF）相似，但也存在一些差异。
- PaMprF 采用 “开放” 构象：与RtMprF 相比，PaMprF 的结构域有明显位移，其可溶性结构域旋转，两个 TMDs 分离，形成了一个向周质和膜侧向开放的深槽。这种结构特征与其他脂质 scramblase 类似，可能为脂质转运提供途径。
- PaMprF 显示广泛的脂质结合：PaMprF 的冷冻电镜图显示出多个脂质结合区域，研究人员通过拟合脂质分子，确定了三个脂质结合位点。这些位点可能在脂质转运和稳定蛋白构象中发挥重要作用。
- MD 模拟证实脂质结合并表明蛋白诱导的膜变形：MD 模拟结果与冷冻电镜确定的脂质结合位点相符，并且显示PaMprF 能使周质槽处的膜变薄，这支持了PaMprF 通过类似 “信用卡” 或 “出槽” 机制进行脂质转运的假设。
- PaMprF 在体外转运荧光标记的 AlaPG：通过体外脂质转运实验，研究人员发现PaMprF 能将荧光标记的丙氨酰磷脂酰甘油（AlaPG）在脂质体双层之间转运，且转运活性依赖于PaMprF 的浓度，这为PaMprF 的脂质转运功能提供了直接的实验证据。
- PaMprF 介导的脂质转运与 H⁺、Na⁺梯度及常见激活剂无关：研究表明PaMprF 在没有外部能量源的情况下，能双向被动转运 NBD - AlaPG，且常见的激活剂（如 Ca²⁺、Na⁺、ATP 等）和 pH 梯度对其脂质转运速率没有显著影响，说明PaMprF 的脂质转运具有独特的机制。
- PaMprF 是高度混杂的 scramblase：PaMprF 能转运多种脂质底物，包括未修饰的磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）以及不同的氨酰化脂质，展现出广泛的底物特异性，进一步证明其作为脂质 scramblase 的功能。
- PaMprF 可以转运 “巨型” 脂质底物：实验发现PaMprF 能够转运带有巨大聚乙二醇（PEG）头基的脂质，这表明其转运机制可能不依赖于蛋白核心，而更倾向于通过膜表面的变形来实现。
- PaMprF 介导的脂质转运对脂质结合位点的突变具有高度抗性：对PaMprF 脂质结合位点关键残基进行突变，发现大多数突变对 NBD - AlaPG 的转运没有显著影响，说明脂质转运可能不通过之前认为的途径进行。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次展示了PaMprF 的冷冻电镜结构和其作为脂质 scramblase 的体外功能证据。PaMprF 能在无外部能量源的情况下转运多种脂质，这使其成为细菌中首个被鉴定的专用磷脂 scramblase。其广泛的底物特异性表明，MprF 家族可能是通用的脂质转运蛋白，其功能可能取决于与之融合的脂质修饰酶。此外，研究还对脂质转运途径进行了探讨，为后续研究提供了方向。这项研究对于理解细菌的耐药机制、开发新的抗菌策略具有重要意义，有望为解决日益严重的细菌耐药问题提供新的思路和靶点。
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