快报｜结核分枝杆菌乙酰化酶的功能以及结核病蛋白质乙酰化修饰的研究进展

作者：黄银霞，朱传智，潘丽萍，张宗德

第一作者及单位：黄银霞，朱传智。首都医科大学附属北京胸科医院，北京市结核病胸部肿瘤研究所，耐药结核病研究北京市重点实验室

通讯作者及单位：潘丽萍，张宗德。首都医科大学附属北京胸科医院，北京市结核病胸部肿瘤研究所，耐药结核病研究北京市重点实验室

The role of Mycobacterium tuberculosis acetyltransferase and protein acetylation modifications in tuberculosis

Huang Y，Zhu C，Pan L，Zhang Z.

Front Cell Infect Microbiol，2023，13：1218583.

doi: 10.3389/fcimb.2023.1218583. eCollection 2023.

PMID: 37560320 

摘 要

结核病是由于人体感染了结核分枝杆菌而引起的疾病，给人类的工作和生活带来了巨大的负担和困扰。蛋白质的翻译后修饰（posttrapnslational modifications，PTM）是真核细胞和原核细胞中蛋白质行使功能的重要一环。本文就蛋白乙酰化对结核分枝杆菌及其感染的巨噬细胞功能的影响作一综述。结核分枝杆菌蛋白的乙酰化在毒力、耐药性、代谢调节和宿主抗结核免疫应答中起关键作用。同时，结核分枝杆菌诱导的宿主蛋白质的翻译后修饰对疾病的发展、治疗和预防至关重要。本文总结分析了结核分枝杆菌乙酰转移酶在毒力、耐药性以及调节宿主蛋白乙酰化和免疫应答中的作用和机制。此外，本文还介绍了N-乙酰基转移酶2（Nacetyltransferase 2，NAT2）的多态性与异烟肼用药之间的相关性分析。  

关键词

结核分枝杆菌；结核；翻译后修饰；乙酰化；N-乙酰基转移酶

背景介绍

据2022年世界卫生组织估计，2021年全世界有1060万新发结核病患者，比2020年的1010万人增加了4.5%。蛋白质的翻译后修饰如磷酸化、乙酰化和泛素化等在分枝杆菌的毒力、发病机制和代谢中起关键作用。了解蛋白质翻译后修饰可能有助于开发新的结核病临床治疗以及药物开发的策略。在真核生物中，蛋白质乙酰化参与了几乎所有的生物过程，包括转录调控、蛋白质翻译、代谢、蛋白质稳定性、信号转导和病原体毒力等。随着质谱技术的进步，蛋白质乙酰化修饰在疾病发生发展中的作用已成为当前研究的重要方向和重点。了解新的蛋白乙酰化修饰在宿主抗结核免疫调控中的作用和机制是当前结核病表观遗传机制的研究热点。这可能为结核病的预防、诊断和宿主定向治疗（host-directed therapy，HDT）提供新的靶点。本文将为探索开发靶向结核分枝杆菌乙酰转移酶的新型抗结核药物、耐药新机制和精准治疗提供理论依据和研究思路。本文就宿主以及结核分枝杆菌的乙酰化修饰及相关乙酰转移酶的研究进展进行系统的综述。此外，本文还探讨了常用的抗结核药物异烟肼的代谢与N -乙酰转移酶2 的相关性。这将为探索开发靶向结核分枝杆菌乙酰转移酶的新型抗结核药物、探索耐药新机制和结核病致病机理以及个性化治疗提供理论依据和研究思路。  

综述内容

1．结核分枝杆菌乙酰化酶和结核分枝杆菌蛋白的乙酰化修饰 

结核分枝杆菌作为一种病原体，它具有感知宿主微环境并做出反应的能力。其中蛋白质的乙酰化修饰即是细胞适应环境变化的关键机制，它与结核分枝杆菌的毒力、发病机制和代谢有关。有研究在658个结核分枝杆菌蛋白中鉴定出了1128个乙酰化位点，对乙酰化蛋白的基因本体（gene ontology，GO）分析显示，乙酰化蛋白参与多种细胞过程的调节，包括代谢和蛋白质合成。生物信息学分析显示，结核分枝杆菌中存在47个潜在的乙酰转移酶，结核分枝杆菌乙酰转移酶参与各种小分子底物的修饰，包括抗生素、氨基酸和其他分子，从而调节转录、翻译、蛋白质折叠和代谢途径。研究显示，结核分枝杆菌乙酰转移酶与细菌毒力、代谢、耐药以及抵抗宿主的抗结核免疫相关。 

有的结核分枝杆菌乙酰转移酶被鉴定为毒力因子，如由Rv0998编码的乙酰转移酶Pat具有已被证明具有乙酰化酶活性，其活性直接受体外结合cAMP的调节。

研究表明，环AMP (cAMP)受体蛋白(CRP) C端DNA结合域内保守赖氨酸193 (K193)的乙酰化可减少其DNA结合能力和抑制转录活性。CRP K193的可逆乙酰化状态已被证明可显著影响分枝杆菌的生长表型，改变应激反应，并调控生物学相关基因的表达。 抗结核药物的活性大都与乙酰化修饰相关。如结核分枝杆菌乙酰转移酶Rv2170能够分解异烟肼从而使机体产生耐药性。有时乙酰化修饰还能影响异烟肼的代谢速率，这个讲述在下述第3点将要讨论到。

另外，胞内存活蛋白（the enhanced intracellular survival，Eis）、Rv0262c和Rv3225c编码的乙酰转移酶能够使卡拉霉素、卷曲霉素以及氨基糖苷类抗生素等发生乙酰化修饰从而失活。开发针对此类乙酰转移酶的小分子抑制剂有望解决结核药物所产生的耐药性问题。 

结核分枝杆菌乙酰转移酶还参与到各类代谢途径中，比如Rv0998可以乙酰化赖氨酸182位点从而介导DosR靶基因的表达。此外，分枝杆菌乙酰转移酶还能抑制宿主巨噬细胞的自噬或调控宿主抗炎因子的表达从而促进结核分枝杆菌在宿主体内的存活。 

2．结核宿主蛋白的乙酰化修饰 

结核宿主蛋白的乙酰化修饰可以分为组蛋白和非组蛋白的乙酰化修饰。组蛋白的乙酰化修饰需要组蛋白乙酰化酶（histone acetylase，HAT）以及组蛋白去乙酰化酶1（histone deacetylase 1，HADC1）等参与调控。结核分枝杆菌感染巨噬细胞后，组蛋白去乙酰化酶表达上调，从而抑制组蛋白H3的乙酰化或基质金属蛋白酶的表达，促进结核分枝杆菌在宿主体内的存活。组蛋白乙酰化组学分析也表明了结核病患者相比于健康人的外周血中组蛋白H3存在蛋白乙酰化位点的差异化表达。 

非组蛋白的乙酰化修饰同样需要组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶参与调控。非组蛋白的乙酰化修饰可以调控自噬和凋亡等过程，从而发挥抗结核免疫作用。如乙酰转移酶p300能够抑制自噬的发生，而组蛋白去乙酰化酶Sirt1却能够促进自噬的发生。在结核分枝杆菌感染机体后，Sirt1活化后激活自噬的产生从而抑制结核分枝杆菌在胞内的生长繁殖。同样Sirt2、Sirt3均能诱导细胞的自噬功能。在最近的另一项实验中，Brandenburg J等发现Wnt家族成员6 (WNT6）通过调节包括乙酰辅酶A羧化酶2（ACC2）在内的关键脂质代谢基因，促进结核病期间泡沫细胞的形成。这些发现为宿主指导的肺结核辅助治疗开辟了新的前景。 

3．N-乙酰基转移酶2的多态性与结核病治疗 

异烟肼是疗效最为显著的一线抗结核药物之一，是目前临床治疗结核病的基本药物。

但是，异烟肼在治疗活动性和潜伏性结核感染时容易引起肝毒性或肝衰竭。N-乙酰基转移酶2在抗结核药物的代谢过程中起着重要作用，为抗结核药物异烟肼和利福平的代谢酶，其基因的多态性与患者肝损伤以及结核治疗药物代谢形式相关。由于 NAT2基因多态性导致乙酰化能力的不同，可分为慢乙酰化型 (slow acetylator，SA)、中乙酰化型 (intermediate acetylator，IA)和快乙酰化型(rapidacetylator，RA)。按照慢代谢型、中间代谢型和快代谢型患者分别服用2.5 mg/kg、5 mg/kg和7.5 mg/kg异烟肼的剂量，具有更好的治疗成功率，并减少了肝功能损伤。了解药物相关遗传标记的多样性有助于结核病的个性化治疗，药物基因组学指导给药可以帮助达到一致的药物水平并改善临床结果。  

结 语

蛋白质的乙酰化帮助结核分枝杆菌在宿主中存活、使宿主易受病原体攻击和激活宿主免疫系统抵御入侵病原体。研究蛋白质的乙酰化对于理解结核分枝杆菌的进展、确定理想的治疗靶点、最小化药物毒性和监测给药治疗的疗效在制定个性化用药方案中至关重要。目前对结核蛋白乙酰化的研究还存在一定的局限性。未来的研究重点将放在结核分枝杆菌和宿主体内不同时间点乙酰化蛋白表达的动态变化上，为结核病的药物治疗提供更有效的宿主定向治疗靶点。

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编辑：王  然

审校：郭  萌

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