“破解白色瘟疫之谜”---蛋白质琥珀酰化修饰揭示结核杆菌代谢调控
“世界防治结核病日”特刊
自人类出现之始，传染病就和人类如影随形。广为人知的传染病种类众多，古代有霍乱、天花、鼠疫等，近代有Polio、SARS、Ebola、AIDS。然而目前每年导死最多、危害最大的传染病却是长期为我们忽视的一种疾病，那就是结核病。
每年全球因结核病而死亡的人数多达170余万，甚至超过AIDS的死亡人数（100万）。目前肺结核存在传染性强、携带者众多，而针对其预防的疫苗有效性不高，治疗方法存在疗程过久，容易产生耐药菌，长期没有新的药物的现状，导致该疾病没能受到有效控制，尤其在发展中、欠发达国家中有蔓延的趋势。因此，为了提高公众对肺结核的认识，世界卫生组织将每年3月24日定为世界防治结核病日（World Tuberculosis Day），因为德国科学家科赫在1882年的这一天发现肺结核的致病原---结核杆菌。
结核杆菌在和人长期共存的期间，演化出非常复杂的代谢调控机制。而蛋白质翻译后修饰在代谢调控中的作用逐渐为研究人员所了解。来自中科院水生所葛峰研究员的课题组和景杰生物合作，在国际期刊Molecular & Cellular Proteomics发表论文，他们首次解析了结核杆菌中蛋白质琥珀酰化修饰的蛋白，揭示该修饰对结核杆菌中心代谢的调控作用，极大加深我们对结核杆菌代谢调控的认识。
肺结核的历史最早可以追溯到6000年前的埃及，研究人员在木乃伊中发现结核病感染的证据。我国研究人员在马王堆汉墓的两千年前的女尸左肺上部发现结核病的钙化灶。在古印度，居于最高种姓的婆罗门是不允许和有结核病的家族联姻的；在工业革命的英格兰，那些死于结核病的人，他们的坟墓都会在下葬几个月后被掘开，人们希望籍此阻止病魔降临，可见人民对这种疾病的恐惧。
伴随着近代工业的产生和迅猛发展，城市化运动加速，各主要发达国家的城市人口以空前的规模急剧增加。但是，城市公共卫生条件却没有得到改善，很容易导致各种传染病的滋生和流行，而肺结核又是流行最广，致死率最高的传染病之一。19世纪，结核病在欧洲和北美大肆流行，散布到社会各个阶层，贫苦人群成为主要入侵对象。结核病夺去了许多人的生命。据统计，从拿破仑时代到第一次世界大战，成人肺结核的死亡率是97％，林黛玉、林徽因、肖邦、雪莱、鲁迅这些文人都是饱受肺结核的摧残。因为结核病人的面色多是苍白的，所以人们把结核病称为“白色瘟疫”。
到了20世纪，随着科技的发展，肺结核得到了很大程度的控制：表现在研发出疫苗预防、药物治疗。
首先是疫苗预防，我国新生儿出生后就会接种卡介苗，该疫苗会让小朋友在将来不容易患上结核性脑膜炎或者全身播散型结核。除了疫苗预防之外，在上世纪中业，随着药物化学的迅速发展，推出了一些对治疗结核病有效的药物：链霉素、异烟肼、利福平等药物。目前医生可以治愈90%的病人，治疗的时间也从过去的一年缩短到半年。但是近些年出现一些耐药菌，加上缺乏新的药物出现，导致全球肺结核有蔓延的趋势，尤其是在发展中国家和欠发达国家中情况非常严峻。据估计我国结核病潜伏感染者人数在2亿到5.5亿之间，每年新发结核病患者约90万人,其中新发的耐多药结核病例在5万例以上。
研究表明，结核杆菌在寄主中中有不同的存在状态，响应存在不同的代谢状态。而近些年表明蛋白质翻译后修饰，比如蛋白质琥珀酰化修饰在代谢调控中发挥了很重要的作用。
为了解琥珀酰化修饰在结核杆菌代谢调控中的作用。研究人员检测结核杆菌在不同的碳源条件和培养时期下，菌体内蛋白琥珀酰化水平。结果发现在这些条件下琥珀酰化修饰水平存在明显的变化（图1）。和景杰生物合作，利用公司的高通量蛋白质琥珀酰化组学平台，鉴定到1545个发生琥珀酰化修饰的位点，分布在626个蛋白。
图1，左图，结核杆菌在不同碳源，不同时间点时蛋白琥珀酰化修饰存在较大差异。右图，蛋白质琥珀酰化修饰的流程图。
对发生修饰的蛋白进行生物信息学注释，发现几乎所有的中心代谢蛋白都存在琥珀酰化修饰，而且结核杆菌特色的分枝酸途径也存在琥珀酰化修饰（图2）。
图2， 结核杆菌中心代谢酶普遍发生琥珀酰化修饰。
随后对相关修饰对酶如乙酰辅酶A合成酶ACS活性的影响进行验证，将鉴定到的Ksucc位点进行点突变，最后突变体的酶活性增加，暗示Ksucc可能抑制酶活性，同时发现去乙酰化酶Cob同时也能行使去琥珀酰化的活性（图 3）。
图3，乙酰辅酶A合成酶ACS的琥珀酰化抑制其活性，CobB也具有去琥珀酰化活性。
面对当前全球严峻的肺结核病情，要实现联合国在2030年前消灭结核病的目标颇有难度，一方面需要公共卫生方面的投入，另一方面也需要深入了解结核杆菌及其的致病机理。本文从蛋白质琥珀酰化修饰的角度分析结核杆菌生理代谢，为从这方面了解结核杆菌提供新思路。
参考文献：
1, Mingkun Yang, et al., 2015, Succinylome Analysis Reveals the Involvement
of Lysine Succinylation in Metabolism in Pathogenic Mycobacterium tuberculosis, Molecular & Cellular Proteomics 14, 796-811
景杰生物通过整合以组学为导向（包括基因蛋白质组学和组蛋白密码组学）的生物标志物发现、以生物标志物为导向的药物研发、以高质量抗体为基础的诊断试剂盒开发这三个环节，逐步构建起“疾病精准分层”、“精准药物研发”、“疾病精准诊断” 三位一体的精准医疗产业化发展的运作链条，从而为精准医疗产业化开创出一片广阔前景, 并开辟出一条可行路径。