2025年2月13日，南京中醫藥大學醫學院，鼓樓臨床醫學院林煒教授團隊、鼓樓臨床醫學院感染科李婕教授團隊、浙江大學醫學院馮鈺教授團隊合作在Nature子刊Nature Communications雜志上發表了題為Structural insights into transcription regulation of the global OmpR/PhoB family regulator PhoP from Mycobacterium tuberculosis的研究成果。該研究解析了結核分枝桿菌毒力因子PhoP與靶標基因啟動子DNA及RNA聚合酶的復合物電鏡結構，揭示了PhoP靈活調控磷源、氮源壓力應激基因轉錄的雙重轉錄調控機制，為全面認識結核分枝桿菌在宿主體內的逆境生存調控機制奠定了基礎，該研究是林煒教授團隊繼Mol. Cell（2017, 2018）、Nat Commun（2019）、Nucleic Acids Res（2020, 2021, 2022a, 2022b）、PNAS（2023）、iScience（2024）之后在病原微生物基因轉錄調控機制研究和新型抗感染藥物靶標發現領域取得的又一項系統性創新成果。

結核病，是由結核分枝桿菌感染導致的一類慢性傳染性疾病。據世界衛生組織（WHO）數據顯示，2024年全球結核病發病人數約為1080萬，死亡人數約為125萬。目前，對于活動性結核病患者的治療主要采用以利福平、異煙肼、鏈霉素等為抗感染藥物的長期聯合治療方案。經過治療后，大部分侵入人體的細菌被清除，但是仍有小部分耐藥菌以休眠的形式潛伏在宿主體內，造成持續性感染。全球大約25%的人屬于結核病潛伏感染者，破解結核潛伏感染問題已成為開發新型抗結核感染藥物的主要難點。

轉錄是病原微生物的核心生命活動，由高度保守的RNA聚合酶執行，多樣化的轉錄因子調控轉錄起始是病原微生物高效調控應激基因表達快速響應環境壓力變化的關鍵步驟。結核分枝桿菌是胞內寄生菌，面對逆境條件已進化出多種信號傳導系統，其中雙組分信號傳導系統的組氨酸激酶和應答調控蛋白在細菌應對復雜環境壓力、提高適應性方面發揮了重要作用。在放線菌屬細菌中，PhoP不僅在磷酸鹽匱乏的情況下，參與激活磷酸鹽代謝相關基因的轉錄，同時還可與氮代謝應答調控蛋白GlnR協調抑制氮代謝基因amtB的轉錄。作為雙功能的應答調控蛋白，PhoP全局性調節磷、氮、碳代謝基因的轉錄，并通過調節參與毒力、脂質合成、缺氧等100多個基因的表達而重塑結核分枝桿菌的轉錄調控網絡，對結核分枝桿菌在宿主體內的潛伏感染發揮著關鍵作用，但其轉錄激活與抑制的分子調控機制并不清楚。

圖1 結核分枝桿菌PhoP依賴型轉錄激活復合物的冷凍電鏡結構

本研究運用冷凍電鏡技術解析了三種結核分枝桿菌全局性調控蛋白PhoP依賴型轉錄激活復合物（PhoP-TACs）的結構，并構建了一種PhoP依賴型轉錄抑制復合物（PhoP-TRC）的調控模型，揭示了PhoP如何與啟動子DNA、RNA聚合酶作用雙重調控下游基因轉錄的分子機制。在PhoP-TACs中，PhoP的C端DNA結合結構域可分別首尾相連串聯成二聚體、四聚體或六聚體的方式特異識別啟動子DNA上的相應結合位點（PHO box），PhoP的N端應答結構域通過與RNA聚合酶的保守結構域廣泛相互作用而進一步穩定復合物結構，促進轉錄起始。在PhoP-TRC中，一個PhoP二聚體通過PhoP-PHO box、PhoP-GlnR和αCTD-DNA 相互作用競爭性結合啟動子DNA上游的GlnR結合位點，并顯著扭轉DNA。PhoP 通過這種獨特結合產生的空間位阻效應阻止額外GlnR分子的結合，進而發揮“競爭性抑制”轉錄的作用。該研究系統揭示了結核分枝桿菌PhoP依賴型雙重轉錄調控機制及共性調控元件，深化了對結核分枝桿菌磷源、氮源饑餓壓力應激調控的認識，可為抗結核潛伏感染藥物研發提供新靶標和新思路。 

圖2  PhoP依賴型的轉錄激活與轉錄抑制調控模型

南京中醫藥大學為該論文的第一作者和通訊作者單位，南京中醫藥大學林煒教授、史婧副教授，南京中醫藥大學鼓樓臨床醫學院李婕教授，浙江大學醫學院馮鈺研究員為該論文的共同通訊作者，南京中醫藥大學史婧副教授、研究生馮貞貞、宋倩以及浙江大學醫學院博士生溫璦嘉為該論文的共同第一作者。本研究獲得了國家重點研發計劃項目（2023YFC2308200）、國家自然科學基金重大項目（81991523）、江蘇省優秀青年基金項目（BK20230064）、江蘇高校“青藍工程”中青年學術帶頭人項目、江蘇省優勢學科中西醫結合領軍團隊、江蘇省十四五重點學科基礎醫學、臨床醫學等項目資助。

原文鏈接如下：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56697-x