《科学》最新研究揭示影响药物药效关键蛋白

　　

生物通报道：来自Scripps Research研究院和Skaggs生物化学研究院的研究人员揭示了一种称为EmrD的多药转运蛋白（Multidrug Transporter Protein，MTP）的结构，可以帮助药物研发人员找出避免多药耐药性和增强现有药物能效的新方法。这一研究成果公布在5月5日的Science杂志上。

领导该研究的Geoffrey A. Chang博士表示“由于耐药性病菌的出现，治疗传染性疾病的抗生素的发展遭遇了严重破坏。多药耐药性（multidrug resistance）一部分上是由像EmrD这样的整合膜蛋白排斥药物分子造成的。研究这一类转运蛋白的结构将给我们对贯穿细胞膜上药物分子转运机制的总体认识带来了重要意义，并且为这类蛋白是如何选择特定的药物分子进行排斥提供结构上的依据。”

多药耐药性细菌的感染提高了药物治疗的成本，使其远高于治疗正常感染的成本。例如，治疗耐药性肺结核，在标准治疗失败的情况下，需要所谓的二线药物（second-line drugs）。根据CDC（疾病控制中心）的统计表明，在工业化国家，每个病人的二线药物花费多达33,000美元，相比之下，一线药物（first-line drugs）的花费只需８４美元。此外，研究人员还指出，二线药物需要更长的服用周期，长达18—36个月。并且需要对病人进行实质性的监护，致使在一些贫困的国家出现耐药性肺结核时，这些治疗成为困难。

EmrD属于Major Facilitator超家族成员，该超家族是一组最为普遍地出现在微生物基因组中的转运蛋白。这些转运蛋白具有不同的识别和排斥宽范围的两性分子。这些两性分子包括疏水性和亲水性基团或者分子。

由斯坦福大学的同步加速器辐射实验室（Synchrotron Radiation Laboratory）和加州大学Berkeley分校的先进光源实验室（Advanced Light Source）共同得到的EmrD的x-ray结构揭示了EmrD主要由疏水残基构成的内部结构。这一发现与EmrD转运疏水性或者亲水性的分子的角色是一致的，并且它与另一个由Chang和他的同事在去年《Science》发表的多药转运蛋白EmrE,的内部结构相似。

该新研究指出，内部空腔是EmrD与大部分具有较窄的转运范围的非Major Facilitator超家族多药转运蛋白最显著的区别。EmrD内部空腔的疏水残基极有可能决定了它转运各种化合物通过细胞膜的机制，并且可用其与许多分子间的相互作用起到指示药物特异性水平的重要作用。

该研究同时也表明EmrD可以在氰化间氯苯基苯腙（cyanide m-chlorophenyl hydrazone）——一种外排泵抑制剂到达细胞质前将其阻断和束缚。这种束缚可能是由EmrD内部空腔的疏水作用推动的。研究者推测，氰化间氯苯基苯腙或者被从细菌细胞中排斥，或者被排斥到像E. coli的革兰氏阴性细菌中外膜和细胞质膜之间的周质空间。

“EmrD和EmrE是属于不同的分子家族的两个完全不同的蛋白” Chang说，“它们两个都是帮助细菌形成多药耐药性的多药转运蛋白。与我们实验室正在研究的另一个MDR结构MsbA一起，新的x-ray结构为我们对多药耐药性转运蛋白家族的总体结构特征的了解增加了重要的一环。
（生物通：张迪）

Geoffrey A. Chang

Education
Ph.D., University of Pennsylvania, 1996

Awards & Activities
Presidential Early Career Award for Scientists and Engineers, Office of Science and Technology Policy of the White House.

Selected References
Ma, C. and Chang, G. (2004). Structure of the multidrug resistance efflux transporter EmrE from Escherichia coli. Proc. Nat. Acad. Sci. 101, 9, 2852-2857.

Chang, G. (2003). Multidrug Resistance ABC Transporters. FEBS letter 555, 102-105.

Chang, G. (2003). Structure of MsbA from Vibrio cholera: A Multidrug Resistance ABC Transporter Homolog in a Closed Conformation. J Mol Biol. 330(2):419-30.

Chang, G. and Roth, C. B. (2001). Structure of MsbA from Escherichia coli: A Homolog of the Multidrug Resistance ATP Binding Cassette (ABC) Transporters. Science, 293, 1793-1800.