研究前沿 | 用荧光偏振技术研究青霉素与PBP5的相互作用，解析抗生素耐药的分子机制

青霉素与β-内酰胺类抗生素的作用机制

苄青霉素最早发现于 20 世纪 20 年代，此后又有数千种新的青霉素衍生物被发现。青霉素属于β-内酰胺类抗生素²，该类抗生素是目前临床上最常用的一类。新的β-内酰胺类药物不断被开发出来，以扩展其对更多细菌种类的作用范围，或用于对抗耐药机制¹。

β-内酰胺类抗生素通过与细菌细胞壁中的青霉素结合蛋白（PBPs）结合并作用于其功能，从而发挥杀菌作用²。PBPs是一类在细菌细胞壁肽聚糖交联最后步骤中发挥关键作用的酶¹。β-内酰胺类药物通过抑制该交联过程，破坏细菌细胞壁的构建。

细菌细胞壁对于维持细胞结构、调控渗透压以及保护微生物具有重要作用。一旦这一过程被干扰，细菌将无法维持其结构完整性³。

PBP酶变异与抗药性的关系

每种细菌都有自己特定的 PBP 酶，每种菌株可能含有3至8种不同的PBP¹。对β-内酰胺类抗生素的耐药性正日益严重，其主要机制是由细菌产生的β-内酰胺酶介导。β-内酰胺酶可水解β-内酰胺环，使抗生素失活¹。因此，研究不同变异类型的PBPs，以了解其分子机制及其与β-内酰胺的结合行为至关重要。

肠球菌 (Enterococcus faecium )是一种可引发严重感染的细菌，且表现出高度的β-内酰胺耐药性。已有从临床分离出的、表现耐药性的PBP5变异体被鉴定⁴。有趣的是，这些突变并未改变PBP5的蛋白质结构²。本研究中，我们使用荧光偏振技术（fluorescence polarization, FP），测定青霉素与这些临床来源耐药性PBP5变异体的结合亲和力。

与 BOCILLIN 的相互作用

图 2 显示了野生型 PBP5（WT，即 PBP5 T485）随着时间的推移与 BOCILLIN 的结合情况，通过 FP 值的增加（绿色曲线）可观察到。正如预期，催化不活跃的 PBP5 S422A 变体没有与 BOCILLIN 结合（蓝色曲线），因为 β-内酰胺类药物严格要求与活性位点丝氨酸结合。

其中一个临床上最具耐药性的PBP5变体T485A，其与BOCILLIN的结合速率显著降低（红色曲线），接近S422A的无结合状态。相比之下，耐药性最弱的PBP5变体T485M，则表现出较高的结合速率（橙色曲线）。

图 2：WT、S422A、T485A 和 T485M PBP5 变体随时间变化的 BOCILLIN 荧光偏振曲线。