3月20日，我校多靶標(biāo)天然藥物全國重點實驗室王宗強教授團(tuán)隊聯(lián)合山東大學(xué)藥學(xué)院尚卓教授，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature以全文Article形式在線發(fā)表了題為A Polyene Macrolide Targeting Phospholipids in the Fungal Cell Membrane的研究論文，并在Nature官網(wǎng)專題報道。該研究針對全球耐藥真菌感染的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，從微生物基因組中挖掘并生物合成了具有全新作用靶點的多烯大環(huán)內(nèi)酯類抗真菌候選藥物Mandimycin，顛覆了近幾十年來對多烯大環(huán)內(nèi)酯類抗生素單一機制的認(rèn)知，為臨床治療提供了創(chuàng)新性解決方案。中國藥科大學(xué)多靶標(biāo)天然藥物全國重點實驗室博士研究生鄧啟森、李銀川為該論文共同第一作者，王宗強教授和尚卓教授為共同通訊作者，王宗強教授為最后通訊作者，中國藥科大學(xué)為論文第一完成單位。
近年來，隨著抗真菌藥物的廣泛使用和免疫受損患者數(shù)量的增加，真菌感染尤其是耐藥真菌感染，已成為全球公共健康的重大威脅。全球每年約170萬人死于侵襲性真菌感染，其中耐藥真菌感染的致死率高達(dá)30%-80%。傳統(tǒng)抗真菌藥物（如兩性霉素B、唑類、棘白菌素類等）因其毒副作用強、靶點單一且易誘導(dǎo)耐藥性，療效和使用范圍有限。2022年，世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布了全球優(yōu)先真菌病原體清單，呼吁加快新型抗真菌藥物的研發(fā)，以應(yīng)對這一日益嚴(yán)峻的公共健康挑戰(zhàn)。
王宗強教授團(tuán)隊提出“細(xì)菌逆向進(jìn)化理論”，即抗生素耐藥菌株在自然界中已長期存在，而抗生素產(chǎn)生菌為在自然環(huán)境中保持競爭優(yōu)勢，已進(jìn)化出一套通過分子修飾不斷優(yōu)化抗生素結(jié)構(gòu)的策略，以對抗耐藥菌。因此，從微生物基因組中挖掘具有進(jìn)化優(yōu)勢的抗生素生物合成基因簇，有望突破基于活性篩選的傳統(tǒng)抗生素研發(fā)瓶頸，從而發(fā)現(xiàn)具有全新機制和化學(xué)結(jié)構(gòu)的抗耐藥菌抗生素。
基于這一理論，研究人員構(gòu)建了微生物生物合成基因簇數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)了優(yōu)勢基因簇挖掘模型。以多烯大環(huán)內(nèi)酯抗生素結(jié)構(gòu)中催化海藻糖胺基團(tuán)連接至多烯大環(huán)骨架的保守糖基轉(zhuǎn)移酶為探針，利用抗生素基因進(jìn)化分析以及基因組定向挖掘技術(shù)，從178萬條微生物次級代謝產(chǎn)物生物合成基因簇中篩選出特異性生物合成基因簇mand。通過生物合成技術(shù)，鑒定出首個含有雙糖基配基與5+1多烯骨架的大環(huán)內(nèi)酯類抗生素Mandimycin。
體外活性測試表明，Mandimycin 對WHO公布的幾乎所有優(yōu)先病原真菌表現(xiàn)出強效殺菌作用，尤其對被列為重點威脅的多重耐藥耳念珠菌（Candida auris）顯示出顯著的抑制活性（最小抑菌濃度 1-2 μg/mL）。此外，在誘導(dǎo)耐藥實驗中，病原菌經(jīng)多代處理后未出現(xiàn)對 Mandimycin 的耐藥性，顯示出其耐藥風(fēng)險極低。
作用機制研究表明，Mandimycin 不同于傳統(tǒng)多烯大環(huán)內(nèi)酯類抗生素靶向麥角甾醇和膽固醇的作用機制，它通過靶向細(xì)胞膜中的多種磷脂分子（如磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺、磷脂甘油等）破壞真菌細(xì)胞膜，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。此外，基因敲除實驗進(jìn)一步證實，Mandimycin 骨架上連接的雙糖基團(tuán) atratcynose A 在其靶向磷脂的過程中起到了關(guān)鍵作用；去除該雙糖基團(tuán)后， Mandimycin 的作用機制由靶向磷脂逆轉(zhuǎn)為靶向麥角甾醇和膽固醇，表明糖基修飾對其作用機制具有決定性影響。
研究團(tuán)隊通過多種小鼠感染模型以及代謝動力學(xué)模型驗證了 Mandimycin 在體內(nèi)的高效抗真菌活性。與臨床抗生素兩性霉素B相比，Mandimycin 經(jīng)皮下注射給藥不僅展現(xiàn)出相近的抗真菌效果，同時其腎毒性、溶血性顯著降低，為抗真菌治療提供了更為安全的選擇。尤其在兩性霉素 B 耐藥的耳念珠菌小鼠軟組織感染模型中，Mandimycin 皮下注射給藥能夠有效清除感染，進(jìn)一步凸顯其臨床應(yīng)用潛力。
綜上所述，Mandimycin 的發(fā)現(xiàn)不僅為基于“細(xì)菌逆向進(jìn)化理論”挖掘具有全新作用機制的抗生素提供了有力支持，同時突破了傳統(tǒng)多烯類天然產(chǎn)物單一作用機制的固有認(rèn)知，為耐藥真菌感染的治療提供了新的候選藥物分子。憑借其獨特的結(jié)構(gòu)特征和新穎的作用靶點，Mandimycin 展現(xiàn)出巨大的開發(fā)潛力，有望成為應(yīng)對臨床耐藥真菌感染的新一代抗生素。然而，鑒于其靶向磷脂的機制可能帶來的潛在副作用，下一階段，研究團(tuán)隊將深入探究其毒理機制，并全面評估其臨床安全性與有效性。
本研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和中國藥科大學(xué)人才啟動經(jīng)費等項目的支持。王宗強教授于2022年作為中國藥科大學(xué)興藥領(lǐng)軍人才引進(jìn)我校，現(xiàn)任我校多靶標(biāo)天然藥物全國重點實驗室教授、博士生導(dǎo)師、南京市抗感染微生物藥物合成生物學(xué)創(chuàng)制工程研究中心主任，入選國家級青年人才計劃（A類），江蘇省特聘教授。課題組長期致力于原創(chuàng)抗感染微生物藥物發(fā)現(xiàn)與成藥性研究，通過開發(fā)不依賴于活性篩選的技術(shù)手段，綜合運用合成生物學(xué)、天然產(chǎn)物化學(xué)、多肽化學(xué)等技術(shù)，從微生物（宏）基因組中挖掘具有抗感染活性的天然產(chǎn)物，探索復(fù)雜天然產(chǎn)物的生物合成規(guī)律，發(fā)掘微生物來源的藥物。近五年，王宗強教授以第一作者或通訊作者在Nature, Science, Nat Comm等期刊發(fā)表多篇論文，主導(dǎo)研發(fā)的兩種抗生素候選藥物已進(jìn)入臨床前研究。
微生物基因組介導(dǎo)的靶向磷脂分子Mandimycin的發(fā)現(xiàn)
（供稿單位：多靶標(biāo)天然藥物全國重點實驗室，撰寫人：劉楠，審稿人：劉帆）