金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）是医院感染最常见的病原体，已成为全球主要的公共卫生威胁之一。随着“超级细菌”耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的出现和迅速传播，治疗金黄色葡萄球菌感染变得愈发困难，因此迫切需要具有新作用模式的抗生素作为替代治疗方案（新的抗菌药物和靶点）对抗MRSA抗生素耐药性问题。近日，南京医科大学毕洪凯教授团队和东北农业大学李艳华教授团队分别在Science Advances（IF=15.1）和Advanced Science（IF=13.6）上发表文章，揭示天然产物雷公藤红素和金黄霉素A抑制MRSA的作用及其直接靶点。

2023年6月，东北农业大学李艳华教授团队联合中国科学院深圳先进技术研究院袁曙光研究员在Advanced Science上发表题为“Celastrol Combats Methicillin-Resistant Staphy lococcus aureus by Targeting Δ1-Pyrroline-5-Carboxylate Dehydrogenase”的文章，揭示了天然产物雷公藤红素在体外和体内均能有效对抗MRSA，且雷公藤红素靶向Δ1-吡咯啉-5-羧酸脱氢酶（Δ1-Pyrroline-5-Carboxylate Dehydrogenase，P5CDH）发挥抗MRSA作用。

1、雷公藤红素的抑菌作用

在本研究中，研究人员通过体外检测发现雷公藤红素对MRSA USA300表现出显著的抗菌活性（图1A、B），体内评估雷公藤红素在不同感染模型中的治疗能力，发现雷公藤红素提高了受 MRSA感染的大蜡螟幼虫和小鼠以及MRSA菌血症模型的存活率（图1C）。这些结果表明雷公藤红素具有优异的抗MRSA活性。

图1 雷公藤红素的体内外抑菌作用

2、雷公藤红素的抑菌机制

接着研究人员通过转录组学、蛋白质组学和代谢组学分析了MRSA治疗后的细胞变化，通过整合三个组学数据发现雷公藤红素激活应激反应和氧化磷酸化，抑制氨基酸和核苷酸、天冬氨酸、谷氨酸和嘧啶代谢的生物合成（图2A）。因为这些通路和代谢都与Δ1-吡咯啉-5-羧酸脱氢酶（P5CDH, 由rocA基因编码）相关，因此该团队推测P5CDH是抗菌药物开发的潜在靶点。P5CDH不仅通过参与生物成分的合成和生命过程的调控，还通过调节活性氧（ROS）的水平参与细胞死亡的调控。此外，P5CDH突变后雷公藤红素对MRSA的最低抑制浓度从1μg·mL−1变为8μg·mL−1（图2B），表明雷公藤红素的抗菌活性部分是通过抑制P5CDH来实现。

图2 多组学确认雷公藤红素通过P5CDH发挥作用

由于蛋白质组学分析中雷公藤红素并没有显著影响P5CDH的表达，因此研究推测雷公藤红素通过靶向P5CDH并影响其功能来发挥抗菌活性。接着通过分子对接（图3A）、BLI（生物膜干涉技术）（图3B）、CETSA（图3C）、圆二色谱（图3D）和酶活性测定（图3E），证实雷公藤红素能够直接结合P5CDH酶活。此外，定点蛋白突变发现P5CDH的Lys205和Glu208残基是雷公藤红素与P5CDH结合的关键。最后，机制研究表明雷公藤红素通过与P5CDH结合诱导MRSA氧化应激和凋亡，抑制TCA循环、DNA和蛋白质的合成，多途径地发挥抗MRSA作用。

图3 雷公藤红素直接靶向P5CDH抑制其酶活

总之，研究评估了雷公藤红素的体外和体内抗MRSA效果，并系统研究了其靶向P5CDH抑制其酶活，发挥抗MRSA作用，这为开发新型抗MRSA感染药物提供了基础和策略。

雷公藤红素靶向P5CDH抗MRSA的作用机制示意图

2023年8月，南京医科大学毕洪凯教授团队在Science Advances上发表题为“Killing of Staphylococcus aureus persisters by a multi-target natural product chrysomycin A”的文章，揭示了天然产物金黄霉素A（chrysomycin A ）通过竞争性抑制GlmU和DapD靶向金葡菌细胞壁肽聚糖前体及赖氨酸合成途径，破坏MRSA菌生物膜，是一种有潜力的候选抗生素。

1、金黄霉素A的抑菌作用

金黄霉素A是一种多环芳烃类天然产物（图4A），研究首先通过体外实验发现金黄霉素A对MRSA有显著的抗菌效果（图4B），不仅可以迅速有效杀死持留菌，还可以抑制生物膜形成和破坏已形成的生物膜（图4C）。体内动物实验同样表明金黄霉素A在小鼠皮内感染模型中具有显著的抗MRSA菌的效果（图1D）。

图4 金黄霉素A的体内外抑菌作用

2、金黄霉素A的抑菌机制

进一步对金黄霉素A进行耐药诱导和全基因组测序鉴定出6个候选靶标，通过遗传操作过量表达各个基因后检测MRSA对金黄霉素A的抗性（图4A），随后验证了其中两个参与肽聚糖前体和赖氨酸生物合成的靶标GlmU和DapD，发现金黄霉素A抑制GlmU和DapD的酶活（图4B），GlmU（G277S）和DapD（A219Q）突变株比WT菌株具有更显著的金黄霉素A抗性，且金黄霉素A不再对GlmU和DapD 突变株起作用（图4C）。MST证实金黄霉素A可直接结合GlmU和DapD蛋白，单氨基酸突变可降低靶蛋白与金黄霉素A结合能力（图4D）。

图4 金黄霉素A的抑菌机制

综上所述，金黄霉素A具有多靶点的作用模式，能够通过竞争性抑制GlmU和DapD分别靶向MRSA细胞壁肽聚糖和赖氨酸前体的生物合成途径。

金黄霉素A靶向GlmU和DapD抗MRSA的作用机制示意图

预防细菌耐药性产生和细菌耐药性的控制是国家的重大战略需求，开发新型抗菌药物是防控耐药性病原菌感染的有效途径之一，此外，抗菌新靶标的发现是全球研究热点与难点。天然产物是创新药物的源泉，两个案例分别发现了天然产物雷公藤红素和金黄霉素A的抑制超级耐药菌MRSA的作用，并揭示了它们的直接靶点，表明雷公藤红素和金黄霉素A可作为潜在的抗菌先导化合物，为开发新型抗MRSA感染药物提供了依据。

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