近日，山东大学微生物改造技术全国重点实验室高翔教授团队在病原学期刊PLOS Pathogens上发表了题为“Functional Synergy of Heteropentameric B Subunits Underlies Virulence in a Salmonella A2B5 Toxin”的研究论文。该研究首次在双亚利桑那沙门氏菌(Salmonella diarizonae, S. dia)中发现并鉴定了一种由两种不同B亚基以3:2比例组装而成的新型A₂B₅毒素，双亚利桑那毒素(DiaT)，揭示了其独特的异源五聚体组装模式及B亚基功能分工协同的分子机制，为理解细菌毒素的进化多样性和开发新型抗菌策略提供了新视角。山东大学博士后王栋栋和陈喆博士为论文共同第一作者，山东大学微生物改造技术全国重点实验室高翔教授为该研究的通讯作者。微生物改造技术全国重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位。

沙门氏菌是重要的革兰氏阴性肠道病原菌。其中，伤寒沙门氏菌(S. Typhi)分泌的伤寒毒素(Typhoid Toxin, TT)是一种典型的A₂B₅型毒素，在其引发伤寒热的过程中起核心作用。TT由两个活性A亚基(CdtB和PltA)和一个五聚体B亚基(PltB)组成，后者负责识别宿主细胞表面的糖受体并介导毒素内吞。近年来，研究发现沙门氏菌中存在多种类伤寒毒素变体，其B亚基呈现多样性，但关于多种B亚基如何组装及其生物学功能如何协同，此前知之甚少。

在本研究中，高翔课题组在S. dia中鉴定出一个编码新型类伤寒毒素DiaT的基因岛。与已知毒素不同，该基因岛独特地串联编码两个不同的B亚基基因（pltBd1和pltBd2）。通过基因敲除、回补实验及细胞毒性分析，研究团队证实DiaT的毒性功能依赖于PltBd1和PltBd2的共同存在，提示它们可能组装成一个功能性异源五聚体。

为了直接验证这一全新组装模式，研究团队综合利用生物化学、结构生物学和微生物学等手段，通过免疫共沉淀、蛋白质纯化及高分辨率冷冻电镜技术，首次成功解析了DiaT全毒素的三维结构。结构分析清晰揭示，DiaT的B亚基是由3个PltBd1亚基和2个PltBd2亚基以pseudo-symmetric方式组装而成的异源五聚体，这是一种前所未有的A₂B₅毒素组装模式。研究进一步阐明了异源五聚体界面间精密的极性互补和疏水相互作用，以及PltA亚基C端尾部锚定于B亚基中央孔道以稳定全毒素的分子细节。

更为重要的是，本研究深入揭示了PltBd1和PltBd2在毒素发挥功能过程中的协同分工机制。功能实验表明，PltBd1可能主要参与毒素的分泌过程，而PltBd2则可能更多地负责靶细胞的识别和内吞，从而实现了远超单一同源五聚体毒素的高效致病过程。此外，糖结合特性分析发现PltBd1能同时识别Neu5Ac和Neu5Gc末端聚糖，而PltBd2更偏好Neu5Ac，这种受体识别范围的差异可能进一步增强了毒素在复杂宿主环境中的适应性和毒力。

该研究揭示了一种由异源五聚体组装和功能协同驱动的新型细菌毒素毒力机制，极大地增进了我们对A₂B₅毒素家族多样性和复杂性的认识。其独特的组装和分工模式也为未来设计针对特定病原菌或细胞类型的靶向性毒素抑制剂或递送工具提供了新的思路和结构基础。

上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、博士后国际交流计划、中国博士后科学基金、山东省自然科学基金、青岛市自然科学基金等基金的资助。山东大学微生物改造技术全国重点实验室生命环境研究公共技术平台为本工作提供了重要技术支持。

原文链接: https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1013684