2025年10月，南加州大学联合中美多家实验室在《Nature Communications》发表突破性研究，首次系统阐明结核杆菌通过“海藻糖催化转移”机制加速多重耐药产生的完整链条。研究团队对75株临床分离株进行代谢组学比较，发现耐药株普遍利用海藻糖合酶（TreS）将细胞壁组分海藻糖转入糖酵解与磷酸戊糖途径，生成能量和抗氧化力，使持留菌在抗生素冲击下长期存活。这种代谢重编程显著提高了持留菌比例，而持留菌正是后续基因突变的“温床”。CRISPRi-dCas9实验显示，仅抑制TreS表达即可在24小时内使持留菌数量下降6倍，利福平耐药突变率从1×10⁻⁶骤降至1.6×10⁻⁷，异烟肼耐药突变率也出现类似幅度下滑。数学建模进一步证明，海藻糖催化转移通路被封锁后，持留菌“寿命”缩短，更快返回药物敏感状态，导致可用于累积突变的“缓冲池”大幅缩小。该研究不仅将“代谢重编程—持留形成—耐药突变”三大环节纳入同一理论框架，更提供了可遗传干预的精准靶点，为从源头遏制耐药结核开辟了新路径。

在临床威胁最大的HN878W-Beijing 菌株中，研究团队观察到其TreS表达基线比温和型菌株高3倍，抗生素胁迫下更可再涨7倍，对应耐药突变频率提升5倍。使用小分子抑制剂ValA或与工程化低TreS菌株联用后，HN878的利福平最低抑菌浓度从0.06 μg/mL降至0.02 μg/mL，持留菌数量锐减至与温和型菌株相当。动物实验层面，研究人员将工程化低TreS菌株与野生株混合，经5个周期脉冲式利福平处理，野生株比例由50%飙升至95%，而TreS敲低株几乎被清除，表明“海藻糖催化转移”赋予的不仅是药物耐受，更是生存竞争优势。该成果已启动围绕TreS抑制剂的药物化学优化，并计划与经典抗结核方案联合进入临床前评价。正如通讯作者Hyungjin Eoh教授所言：“与其等耐药菌出现再‘救火’，不如直接拆掉它们潜伏的‘代谢温床’。”未来，针对这一通路的辅助治疗有望成为遏制耐药结核扩散的新利器，也为其他慢性感染中持留菌介导的耐药问题提供了范式。

图1 海藻糖的补充改变了DS-TB和DR-TB临床分离株的代谢网络。a 对在含 20 mM 海藻糖的 m7H9 培养基中培养的敏感株（DS，红色）、耐利福平单耐药株（RSR，绿色）、耐多药株（MDR，蓝色）、广泛耐药株（XDR，洋红色）和全耐药株（TDR-TB，浅蓝色）临床分离株的代谢组谱进行了二维（左图）和三维（右图）主成分分析（PCA）。b 靶向代谢组学分析聚焦于海藻糖代谢、糖酵解及磷酸戊糖途径中的代谢中间产物。PEP：磷酸烯醇式丙酮酸。c 对结核临床分离株进行treS 基因表达的 qRT-PCR 分析。

图2 海藻糖催化转换作为出现抗药性分枝杆菌突变体的适应性策略。a .使用经典波动试验测量每代指定分枝杆菌菌株获得对RIF(左图)或INH(右图)抗性的比率。b通过斑点试验评估菌落形成。将(A，左图)中获得的来自RIF抗性杆菌的10个菌落点在不含RIF或含25 g/mL RIF的m7H10上。WT，天然药物敏感的耻垢分枝杆菌。c将表达绿色荧光蛋白(GFP)的野生型耻垢分枝杆菌和表达红色荧光蛋白(RFP)的耻垢分枝杆菌的共培养物间歇暴露于RIF超过5个周期，称为G0-G5传代培养物。每一次传代培养中野生型和ItreS^SM的相对富集通过流式细胞术定量并以百分比表示。

图3 |耐RIF耻垢分枝杆菌的生化和代谢特性。a一个靶向代谢组学图谱，聚焦于幼稚细胞中海藻糖代谢、糖酵解和戊糖磷酸途径的中间产物。b在利福平处理条件下，相对于未处理组，原始型M. smegmatis和 Flux^RIF 菌株中 treS mRNA 表达的变化倍数。c 经 30 µg/mL 利福平处理后，原始型M. smegmatis与 Flux^RIF 菌株的膜电位（ΔΨm）通过流式细胞术测定。图中给出了各菌株相对于未处理组的高、低膜电位百分比。d Flux^RIF 菌株胞内 ATP 浓度，以相对于原始菌株的倍数变化表示。e 原始型M. smegmatis 与 Flux^RIF 菌株的相对利福平渗透性及乙啡啶（EtBr）渗透动力学。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61703-3

DOI：10.1038/s41467-025-61703-3