人體內有能抵抗超級細菌的分子嗎？有！

文章來自“科學大院”公眾號

作者：宋旭

你知道嗎？從1987年至今，沒有出現一種新的抗生素類藥物。而近年來，由於細菌變異、抗生素藥物的不合理使用，耐藥菌株數目大幅度增加。如果這個情況得不到控制，到2050年，全球由於耐藥細菌引起的死亡人數將從現在的70萬上升至1000萬！

（圖片來源：http://blog.sciencenet.cn/blog-236900-1003548.html）

如何應對“超級細菌”引發的緊急公共危機已經成為一個大問題，研發並生產對抗耐藥細菌的新型藥物迫在眉睫。為此，科學家們採用了許多途徑來尋找新型抗生素，但收效甚微，而人體內是否存在抗超級細菌分子這一問題也一直被忽視。

近期，四川大學生命科學學院宋旭教授課題組在學術期刊Cell Research發表的研究 “Coagulation factors VII, IX and X are antibacterial proteins against drug-resistant Gram-negative Bacteria” （論文原文請戳“閱讀原文”）表明人凝血因子VII、IX、X不但具有凝血功能，還是機體內天然的抗超級細菌蛋白。

（圖片來源：https://www.nature.com/articles/s41422-019-0202-3?sf217055614=1）

凝血因子不僅僅能止血 還能殺菌？

凝血因子是生物體中直接參與血液凝固過程的各種糖蛋白分子及其輔因子（什麽是凝血因子？戳一下就知道）。血液凝固過程本質是一系列的凝血因子被級聯激活，形成凝血酶，促使血液中可溶性的纖維蛋白原變成不可溶、交織成網的纖維蛋白，從而將血細胞及血液中其他成分網羅在內形成血凝塊的過程。

血小板（紅色）與凝血因子（白色）（圖片來源：http://pic.sogou.com/d？query=%C4%FD%D1%AA%D2%F2%D7%D3&mode=1&did=50#did49）

當機體出現組織損傷時，凝血因子VII（FVII）能高效並特異地與損傷組織釋放的組織因子(TF)結合，形成TF-FVIIa複合物，進而級聯激活凝血因子IX (FIX)和凝血因子X (FX)，導致凝血酶生成並最終凝血。

凝血因子參與形成血栓（圖片來源：作者提供）

凝血因子VII、IX、X在凝血過程中會活化為輕鏈（LCs）和重鏈（HCs）。HCs具有絲氨酸蛋白酶活性，負責凝血功能。LCs負責與靶標的識別。這些凝血因子在機體中是否發揮其他生物學功能尚未被報導。

2009年，宋旭教授課題組研究人員在將凝血因子VII的輕鏈（lFVII）用於惡性腫瘤治療的研究中，意外發現lFVII對大腸杆菌具有抑菌活性，這預示著凝血因子VII以及凝血因子家族其他成員可能是多功能蛋白，作用不僅僅是凝血。正是這個偶然發現，開啟了宋旭教授課題組對凝血因子抑菌功能長達近10年的研究。

十年研究 探尋抑菌活性的真相

該課題組成員在確定凝血因子VII輕鏈（lFVII）的抑菌活性後，對結構上與之相似的凝血因子IX、X及其輕鏈蛋白（lFIX、lFX）進行了抑菌活性檢測，結果顯示這三個凝血因子及其輕鏈（LCs）均具有顯著抑菌效果。同時結合掃描電子顯微鏡（SEM）等實驗分析發現，LCs是通過破壞細菌細胞外膜發揮抑菌作用。

LCs破壞大腸杆菌包膜（圖片來源：Coagulation factors VII, IX and X are antibacterial proteins against drug-resistant Gram-negative Bacteria）

為了進一步研究lFVII的抗菌活性，課題組評估了lFVII對一系列革蘭氏陰性菌的體外抑菌活性，研究數據顯示lFVII對所有被檢測的細菌都有效，最低殺菌濃度（MBC）均在nM級別。要知道，這些菌株中包括廣泛耐藥（XDR）的臨床分離株！

在小鼠體內實驗中，尾靜脈注射500 µg/kg的lFVII，即可救活致死劑量XDR銅綠假單胞菌感染的小鼠，降低腹腔、肝髒、脾髒中病原菌濃度。對XDR鮑曼不動杆菌感染小鼠的治療效果類似。

lFVII救活感染致死劑量XDR銅綠假單胞菌的小鼠（圖片來源：Coagulation factors VII, IX and X are antibacterial proteins against drug-resistant Gram-negative Bacteria）

那麽，凝血因子到底是如何發揮抑菌作用的呢？

脂多糖（LPS）是細菌外膜的主要成分，對革蘭氏陰性杆菌的存活至關重要。為了確定lFVII的特異性靶點，該研究將注意力轉向LPS。通過銀染及水解產物質譜檢測的方法，該研究組成員發現lFVII可特異性水解LPS，可能是一種LPS水解酶。

lFVII水解大腸杆菌K12 LPS

（a：lFVII濃度升高LPS水解程度加深；b：處理時間延長LPS水解程度加深）（圖片來源：Coagulation factors VII, IX and X are antibacterial proteins against drug-resistant Gram-negative Bacteria）

為了進一步確定lFVII的活性關鍵位點，該研究利用核磁共振、氨基酸定點突變等實驗證實lFVII最小結構功能域EGF1內的S8、P9和G14位點可能對LPS水解至關重要，為EGF1活性關鍵位點。

凝血因子抗菌 到底有什麽特殊性？

在與細菌作戰的策略上，傳統抗生素藥物通過影響細菌代謝達到抑菌效果，抗菌肽抑菌則是通過在細菌膜上打孔，而凝血因子可以水解細菌LPS，該作用區別於以往所有抗菌劑，是一個全新的抑菌機制。

1、凝血因子VII、IX、X發揮抑菌活性的組分為輕鏈（LCs）而非重鏈（HCs）。所以如果將完整的凝血因子用來殺菌可能會誘發機體凝血，但隻將凝血因子的LCs組分用於抗菌則不會誘發凝血問題。

2、LCs對熱不穩定，而HCs作為絲氨酸蛋白酶具有良好的熱穩定性。血漿來源的凝血因子在生產過程中，需要經80 ℃處理72小時滅活病毒，這會使LCs喪失抑菌活性，而凝血活性幾乎不受影響。

lFIX抑菌活性熱不穩定（圖片來源：Coagulation factors VII, IX and X are antibacterial proteins against drug-resistant Gram-negative Bacteria）

3、LCs作為人體自身蛋白組分，誘發機體免疫反應可能性較低。同時，該研究結果表明，LCs具有廣譜抗菌性，能對抗包括泛耐藥菌在內的多種革蘭氏陰性菌。

4、LCs通過水解革蘭氏陰性菌外膜的主要成分脂多糖（LPS）發揮抑菌作用。LPS又稱 “熱原”，是革蘭氏陰性菌細胞壁的主要成分，可引起發熱、內毒素休克及播散性血管內凝血等。LPS耐熱、穩定，且抗原性弱，但是此前尚未發現水解LPS的抗菌劑。lFVII通過水解LPS殺菌，這是目前LPS水解酶的唯一報導。

未來 凝血因子能用來幹啥？

該研究提出了凝血因子VII、IX和X作為抗菌蛋白的新機制，有助於進一步揭示凝血系統在宿主防禦系統中的作用。此外，凝血因子凝血和抗感染的雙重功能可能與血栓相關疾病的發病機制有關，為敗血症、中風等疾病的研究及治療提供了新思路。

該課題在基礎理論研究方面開創了一個全新的領域，顛覆了人們對凝血因子傳統的認知。同時，在應用研究方面有著廣闊的前景，LCs有望為應對“超級細菌”所造成的緊急公共衛生危機提供新的、經濟有效的應對策略，為每年數百萬生命的拯救提供新方案。

作者部門：四川大學

文章首發於科學大院，轉載請聯繫[email protected]

科學大院是中科院官方科普微平台，由中科院科學傳播局主辦、中國科普博覽團隊運營，致力於最新科研成果的深度解讀、社會熱點事件的科學發聲。