铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）是一种常见的革兰氏阴性致病菌，常引发囊性纤维化、烧伤患者等免疫力低下人群的严重感染。其多重耐药性（MDR）问题已成为临床治疗的重大挑战。传统抗生素通过直接杀灭细菌施加进化压力，易导致耐药性加速产生。群体感应系统作为细菌协调致病性的关键信号网络，虽不直接参与细菌生存，却调控生物膜形成、毒力因子分泌等致病过程。因此，干扰群体感应（即“群体淬灭”，Quorum Quenching）被视为一种低耐药风险的替代策略。

2025年1月22日 —— 国际权威期刊《International Journal of Biological Macromolecules》近日发表了一项突破性研究，来自沙特阿拉伯、埃及和英国的多国科研团队成功设计并验证了一种新型肽类抑制剂Aqs1C，该分子通过靶向铜绿假单胞菌的群体感应（Quorum Sensing, QS）调控蛋白LasR，显著抑制细菌生物膜形成及毒力因子分泌。这一发现为应对全球日益严峻的抗生素耐药性问题提供了全新思路。文章中，研究团队聚焦于铜绿假单胞菌的QS核心调控蛋白LasR。LasR通过结合自体诱导分子（如OdDHL）激活毒力基因表达，其结构的高灵活性为抑制剂设计带来挑战。此前，噬菌体来源的天然肽Aqs1已被证明可结合LasR并抑制其功能，但其较大的分子量和高免疫原性限制了临床应用。

文章中记录的研究突破是从分子设计到功能验证。研究团队以Aqs1为模板，通过精准的分子工程手段优化出更高效、稳定的肽类抑制剂Aqs1C。从两个大方面来讲，第一是结构优化与分子动力学模拟方面，其中又有三个关键点：1.关键区域筛选：通过分析Aqs1与LasR的复合物晶体结构（PDB ID: 6V7W），团队锁定Aqs1中与LasR DNA结合域相互作用的核心区域（Val-34至Leu-53，命名为Aqs1A）。2.α-螺旋稳定化：针对短肽α-螺旋的“偶极效应”，研究人员对Aqs1A的N端和C端进行“封端”修饰，分别替换为天冬氨酸（Asp）和精氨酸（Arg），得到Aqs1B，显著提升了螺旋稳定性。3.亲和力增强突变：进一步将Aqs1B的第40位精氨酸（Arg-40）突变为谷氨酸（Glu），形成Aqs1C。分子动力学模拟（800 ns）显示，Aqs1C与LasR的结合自由能（ΔGbind）达-55.65 kcal/mol，较Aqs1B（-27.67 kcal/mol）提升一倍，静电互补性（EC）评分从0.33提升至0.71，表明结合界面高度匹配。高斯加速分子动力学（GaMD）模拟进一步证实，Aqs1C可在300 ns内稳定结合LasR的DNA结合域。第二是体外实验验证抑菌效果，其中又从几个方面来验证，1.生物膜抑制：在100 μg/mL浓度下，Aqs1C对铜绿假单胞菌生物膜形成的抑制率达77.6%，优于阿奇霉素（AZM，52.7%）。2.毒力因子调控：Aqs1C显著抑制绿脓菌素（75.7%）、蛋白酶（61.1%）和鼠李糖脂（74.1%）的产生，效果均超越AZM（抑制率分别为64.6%、50.2%和57.7%）。3.安全性评估：Aqs1C对正常人肺成纤维细胞（WI38）、肝上皮细胞（THLE-2）和乳腺上皮细胞（MCF10A）的半数抑制浓度（IC₅₀）均高于50 μg/mL，显示出良好的生物相容性。

从专家的角度出发，论文通讯作者、英国西苏格兰大学Mostafa E. Rateb教授表示：“Aqs1C的独特优势在于其‘精准打击’策略——通过干扰细菌的通讯系统而非直接杀灭，极大降低了耐药性产生的风险。这种肽类分子的小尺寸和低免疫原性为其未来临床应用奠定了基础。”沙特阿卜杜勒阿齐兹大学的Hani A. Alhadrami博士补充道：“我们的研究整合了计算生物学与实验验证，展示了多学科协作在抗感染药物开发中的重要性。下一步，我们将推进Aqs1C的体内药效和药代动力学研究，并探索其与现有抗生素的联合治疗方案。”

尽管Aqs1C在体外实验中表现优异，研究团队指出仍需解决一些挑战，例如，体内稳定性：肽类分子易被蛋白酶降解，需通过化学修饰或递送系统提升其半衰期。免疫原性评估：需在动物模型中进一步验证Aqs1C的长期安全性。耐药机制监测：尽管靶向QS系统可减少耐药压力，但仍需关注LasR基因突变等潜在逃逸机制。另外，研究团队已公开分子动力学模拟视频（Zenodo平台：https://doi.org/10.5281/zenodo.13381430），供全球同行参考。大家有兴趣可以去学习。

随着抗生素耐药性危机加剧，靶向细菌致病机制而非生存能力的“抗毒力策略”正成为研究热点。Aqs1C的成功研发不仅为铜绿假单胞菌感染提供了新型候选药物，也为其他耐药菌的治疗开辟了道路。这项研究标志着抗感染疗法从“杀菌”到“控菌”的范式转变，或将在未来十年重塑临床实践。

图1 与AQS1复合物中的LASR结构

指示与LASR的DNA结合结构域结合的AQS1部分（aqs1a;绿色部分）（pbpID.7W）。

图2 A：五个不同的快照总结了AQS1C和LASR DNA域之间的结合过程快照以100 ns的间隔拍摄。B：在GAMD过程中，Arg-216a（LASR的DNA结构域的结合界面）和ASP-44B（在AQS1C的结合域上）之间的距离变化。实验进行了两次。 如图所示，AQS1C在LASR的DNA结构域周围显示出随机运动和波动，直到每个实验中≈300ns。C：初始状态与复合物的最后状态之间的结构对齐（即AQS1C-LASR； RMSD =2.23Å）。

图3A：测量了不同浓度的合成肽和AZM对PA生物膜形成的影响，结果报告为570 nm时吸光度的平均值±SD。B：由于合成肽和AZM的亚米克水平而导致的PA上产生上氨酰蛋白的抑制作用。 结果表示为模素产生的平均值±SD降低百分比。C：评估了由合成肽和AZM的亚微米浓度引起的PA蛋白酶产生的降低。 结果显示为平均值±SD。D：评估了合成肽和AZM的亚微米浓度对PA rhamnolipid水平的影响。 结果表示为平均值±SD。 所有数据平均三个重复。 与未经处理的对照相比，统计显着性在p <0.05时确定。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141813025006683?ref=pdf_download&fr=RR-2&rr=936c5536affaebed

DOI：10.1016/j.ijbiomac.2025.140119