糖类组学与脂质组学杂志
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丙氨酸通过代谢调节增强氨基糖苷类诱导的 ROS 产生

叶金洲

通过抗生素代谢杀死抗生素耐药病原体是管理抗生素耐药性的一种有吸引力的策略。我们前期的研究表明，丙氨酸或/和葡萄糖提高了卡那霉素对抗生素耐药菌的杀灭效果，其作用是通过上调TCA循环、增加质子动力和增强抗生素摄取。尽管丙氨酸改变了一些 代谢途径丙氨酸介导的卡那霉素杀死细菌可能涉及其他机制，这仍有待探索。在本研究中，我们采用蛋白质组学方法来分析外源丙氨酸诱导的蛋白质组变化。我们的结果表明，三种外膜蛋白的表达发生了改变，并且 nagE 和 fadL 的缺失降低了细胞内卡那霉素的浓度，这表明它们可能在介导卡那霉素转运中发挥作用。更重要的是，蛋白质组学和代谢组学数据的综合分析指出，丙氨酸代谢可能与核黄素代谢相关，核黄素代谢为活性氧（ROS）的产生提供了来源。功能研究证实 丙氨酸治疗 与卡那霉素一起可以促进活性氧的产生，从而增强对抗生素耐药细菌的杀灭。进一步研究表明，丙氨酸抑制抗氧化剂编码基因的转录，丙氨酸代谢为核黄素代谢，通过TCA循环、糖生成途径和磷酸戊糖途径与核黄素代谢相关。我们的结果提出了一种新机制，丙氨酸通过促进 ROS 产生来促进卡那霉素杀死 抗生素耐药 细菌。抗生素耐药细菌的广泛传播是一个日益严重的问题，给世界各国的人民带来灾难性的威胁。抗生素耐药菌的控制成为社会亟待解决的问题。尽管政府采取干预措施来控制诊所和家禽业中抗生素的使用，但消除现有抗生素耐药细菌的方法仍然有限。开发新型抗生素以及通过化学修饰提供抗生素衍生物是制药公司和医疗保健机构的主要策略

 

消除阻力的系统。然而，鉴于业界对作用于新生物靶点的新型化学制剂的探索已被证明是无效的，因此该方法很困难。另一个主要策略是非抗生素方法，包括抗菌疫苗、噬菌体疗法、免疫刺激剂、佐剂、抗毒力疗法、益生菌及其组合。不幸的是，非抗生素方法的发展落后于预期，并且取得的成功有限。杀死抗生素耐药细菌的主要挑战是细菌细胞内可以达到的抗生素浓度有限，这可能是由于抗生素的流出量增加或流入量减少所致。因此，需要新的方法来克服这一限制，将细胞内抗生素浓度增加到一定阈值，以便杀死耐药细菌。然而，多项证据表明，微生物环境通过代谢过程混淆了抗生素的功效。像吲哚这样的代谢物是由细菌亚群产生的，但为所有细菌所共有，使整个种群能够抵御抗生素应激。气体是另一种类型的细胞保护剂，可以保护细菌免受多种抗生素的侵害，例如，一氧化氮可以减轻细菌中抗生素诱导的ROS，从而防止细胞死亡。因此，细菌群落的微环境决定了抗生素敏感性，这为设计细菌代谢途径以对抗抗生素耐药性提供了基础。代谢已被证明是一种有用的方法。用葡萄糖、甘露醇或果糖治疗持久菌（细菌的高度抗生素耐受性亚群）将大大增强氨基糖苷类对持久菌的杀灭作用。此外，最近的几项研究强调了 TCA 循环在对抗多重耐药细菌方面的重要性。通过外源丙氨酸、葡萄糖和果糖促进三羧酸循环（TCA循环），可大大增强卡那霉素对不同类型多重耐药菌的杀灭效果。最近的几项研究强调了 TCA 循环在对抗多重耐药细菌方面的重要性。通过外源丙氨酸、葡萄糖和果糖促进三羧酸循环（TCA循环），可大大增强卡那霉素对不同类型多重耐药菌的杀灭效果。最近的几项研究强调了 TCA 循环在对抗多重耐药细菌方面的重要性。通过外源丙氨酸、葡萄糖和果糖促进三羧酸循环（TCA循环），可大大增强卡那霉素对不同类型多重耐药菌的杀灭效果。 副溶血性弧菌、 肺炎克雷伯菌、 铜绿假单胞菌 和 金黄色葡萄球菌、持久性细菌和 体内 生物膜感染。其潜在机制涉及代谢物促进 TCA 循环、增加 NADH 的生成，NADH 是质子动力 (PMF) 产生的底物。PMF 的增加最终通过增强抗生素的摄取来增加卡那霉素的细胞内浓度。因此，这些研究强调了TCA循环的激活在氨基糖苷类杀灭抗生素耐药细菌中的作用。后来的研究进一步证明TCA循环的调节可以影响铜绿假单胞菌的抗生素敏感性  抗生素。因此，代谢物和抗生素的组合使用在通过“重复使用”旧抗生素消除抗生素耐药细菌方面具有广阔的前景。我们之前的研究很好地阐明了丙氨酸、葡萄糖和果糖增强卡那霉素杀死抗生素耐药细菌的代谢机制。然而，丙氨酸和抗生素引发的细胞死亡是否涉及其他机制仍有待探索。在本研究中，我们采用蛋白质组学方法来研究外源丙氨酸引起的整体蛋白质组变化。我们发现外源丙氨酸影响三种外膜蛋白的表达。此外，蛋白质组学和代谢组学数据的综合分析将我们的注意力引向了丙氨酸和卡那霉素组合可以协同产生的ROS。在我们之前的报告中，我们发现外源丙氨酸重新编程了爱德华氏菌EIB202的代谢组  ，其特征是十二条代谢途径发生改变。尽管代谢组学数据深刻揭示了丙氨酸如何调节靶细胞的代谢组并导致卡那霉素导致多重耐药细菌死亡，但在代谢组学分析过程中可能会忽略所涉及的其他生物过程。因此，我们采用蛋白质组学方法来进一步研究与外源丙氨酸相关的蛋白质组变化。我们继续使用野生型多重耐药 E. tarda 菌株EIB202，并用我们之前采用的丙氨酸剂量（40 mM）处理EIB202。处理后，裂解全细胞，纯化总蛋白，用 iTRAQ 标记并用 LC-MS/MS 分析。总共鉴定了 1972 个蛋白质，其中 40 个蛋白质与用盐水缓冲液处理的对照组相比有差异表达（两次生物重复中平均变化倍数大于 1.5 且 p < 0.05 被认为是差异表达蛋白质 ）  。差异蛋白中，22个蛋白表达量升高，19个蛋白表达量降低。

通过抗生素代谢杀死抗生素耐药病原体是管理抗生素耐药性的一种有吸引力的策略。我们前期的研究表明，丙氨酸或/和葡萄糖提高了卡那霉素对抗生素耐药菌的杀灭效果，其作用是通过上调TCA循环、增加质子动力和增强抗生素摄取。尽管丙氨酸改变了一些 代谢途径丙氨酸介导的卡那霉素杀死细菌可能涉及其他机制，这仍有待探索。在本研究中，我们采用蛋白质组学方法来分析外源丙氨酸诱导的蛋白质组变化。我们的结果表明，三种外膜蛋白的表达发生了改变，并且 nagE 和 fadL 的缺失降低了细胞内卡那霉素的浓度，这表明它们可能在介导卡那霉素转运中发挥作用。更重要的是，蛋白质组学和代谢组学数据的综合分析指出，丙氨酸代谢可能与核黄素代谢相关，核黄素代谢为活性氧（ROS）的产生提供了来源。功能研究证实 丙氨酸治疗 与卡那霉素一起可以促进活性氧的产生，从而增强对抗生素耐药细菌的杀灭。进一步研究表明，丙氨酸抑制抗氧化剂编码基因的转录，丙氨酸代谢为核黄素代谢，通过TCA循环、糖生成途径和磷酸戊糖途径与核黄素代谢相关。我们的结果提出了一种新机制，丙氨酸通过促进 ROS 产生来促进卡那霉素杀死 抗生素耐药 细菌。抗生素耐药细菌的广泛传播是一个日益严重的问题，给世界各国的人民带来灾难性的威胁。抗生素耐药菌的控制成为社会亟待解决的问题。尽管政府采取干预措施来控制诊所和家禽业中抗生素的使用，但消除现有抗生素耐药细菌的方法仍然有限。开发新型抗生素以及通过化学修饰提供抗生素衍生物是制药公司和医疗保健机构的主要策略

 

消除阻力的系统。然而，鉴于业界对作用于新生物靶点的新型化学制剂的探索已被证明是无效的，因此该方法很困难。另一个主要策略是非抗生素方法，包括抗菌疫苗、噬菌体疗法、免疫刺激剂、佐剂、抗毒力疗法、益生菌及其组合。不幸的是，非抗生素方法的发展落后于预期，并且取得的成功有限。杀死抗生素耐药细菌的主要挑战是细菌细胞内可以达到的抗生素浓度有限，这可能是由于抗生素的流出量增加或流入量减少所致。因此，需要新的方法来克服这一限制，将细胞内抗生素浓度增加到一定阈值，以便杀死耐药细菌。然而，多项证据表明，微生物环境通过代谢过程混淆了抗生素的功效。像吲哚这样的代谢物是由细菌亚群产生的，但为所有细菌所共有，使整个种群能够抵御抗生素应激。气体是另一种类型的细胞保护剂，可以保护细菌免受多种抗生素的侵害，例如，一氧化氮可以减轻细菌中抗生素诱导的ROS，从而防止细胞死亡。因此，细菌群落的微环境决定了抗生素敏感性，这为设计细菌代谢途径以对抗抗生素耐药性提供了基础。代谢已被证明是一种有用的方法。用葡萄糖、甘露醇或果糖治疗持久菌（细菌的高度抗生素耐受性亚群）将大大增强氨基糖苷类对持久菌的杀灭作用。此外，最近的几项研究强调了 TCA 循环在对抗多重耐药细菌方面的重要性。通过外源丙氨酸、葡萄糖和果糖促进三羧酸循环（TCA循环），可大大增强卡那霉素对不同类型多重耐药菌的杀灭效果。最近的几项研究强调了 TCA 循环在对抗多重耐药细菌方面的重要性。通过外源丙氨酸、葡萄糖和果糖促进三羧酸循环（TCA循环），可大大增强卡那霉素对不同类型多重耐药菌的杀灭效果。最近的几项研究强调了 TCA 循环在对抗多重耐药细菌方面的重要性。通过外源丙氨酸、葡萄糖和果糖促进三羧酸循环（TCA循环），可大大增强卡那霉素对不同类型多重耐药菌的杀灭效果。 副溶血性弧菌、 肺炎克雷伯菌、 铜绿假单胞菌 和 金黄色葡萄球菌、持久性细菌和 体内 生物膜感染。其潜在机制涉及代谢物促进 TCA 循环、增加 NADH 的生成，NADH 是质子动力 (PMF) 产生的底物。PMF 的增加最终通过增强抗生素的摄取来增加卡那霉素的细胞内浓度。因此，这些研究强调了TCA循环的激活在氨基糖苷类杀灭抗生素耐药细菌中的作用。后来的研究进一步证明TCA循环的调节可以影响铜绿假单胞菌的抗生素敏感性  抗生素。因此，代谢物和抗生素的组合使用在通过“重复使用”旧抗生素消除抗生素耐药细菌方面具有广阔的前景。我们之前的研究很好地阐明了丙氨酸、葡萄糖和果糖增强卡那霉素杀死抗生素耐药细菌的代谢机制。然而，丙氨酸和抗生素引发的细胞死亡是否涉及其他机制仍有待探索。在本研究中，我们采用蛋白质组学方法来研究外源丙氨酸引起的整体蛋白质组变化。我们发现外源丙氨酸影响三种外膜蛋白的表达。此外，蛋白质组学和代谢组学数据的综合分析将我们的注意力引向了丙氨酸和卡那霉素组合可以协同产生的ROS。因此，这项研究获得了关于卡那霉素丙氨酸杀死抗生素耐药细菌的机制的新见解。在我们之前的报告中，我们发现外源丙氨酸重新编程了代谢组 Edwardsiella tarda  EIB202，具有十二种改变的代谢途径。尽管代谢组学数据深刻揭示了丙氨酸如何调节靶细胞的代谢组并导致卡那霉素导致多重耐药细菌死亡，但在代谢组学分析过程中可能会忽略所涉及的其他生物过程。因此，我们采用蛋白质组学方法来进一步研究与外源丙氨酸相关的蛋白质组变化。我们继续使用野生型多重耐药 E. tarda 菌株EIB202，并用我们之前采用的丙氨酸剂量（40 mM）处理EIB202。处理后，裂解全细胞，纯化总蛋白，用 iTRAQ 标记并用 LC-MS/MS 分析。总共鉴定了 1972 个蛋白质，其中 40 个蛋白质与用盐水缓冲液处理的对照组相比有差异表达（两次生物重复中平均变化倍数大于 1.5 且 p < 0.05 被认为是差异表达蛋白质 ）  。差异蛋白中，22个蛋白表达量升高，19个蛋白表达量降低。