幽门螺杆菌（Helicobacterpylori, HP）是寄生于人类胃幽门部位的常见细菌病原体，其长期感染易诱发慢性胃炎、胃溃疡甚至胃癌，是全球感染人数最多且潜在致癌危害最大的致病菌之一。目前临床上对HP的根除治疗主要依赖多联抗生素疗法，然而多联抗生素的长期使用容易造成肠道菌群失调，引发其他病症，同时还导致了HP耐药性逐步增强，根除率逐年降低。因此，研究HP化学生物学调控新机制和发展抗HP新药具有重要科学意义和转化价值。

II型脂肪酸合成途径（FAS-II）是细菌的主要基础代谢途径，其酶系是公认的抗菌药物靶标群。底物载脂蛋白（Acyl Carrier Protein, ACP）为该途径的核心，是脂肪酸底物的共价载体。ACP通过其保守丝氨酸侧链共价修饰脂肪酰底物，并携带底物依次被该途径中的七类酶识别并催化，从而完成对不饱和脂肪酸（Unsaturated Fatty Acid, UFA）和饱和脂肪酸（Saturated Fatty Acid, SFA）的合成。由于存在ACP脂肪酰共价修饰难以在体外构建的技术瓶颈，该途径酶系识别和催化调控ACP-脂肪酰底物的化学生物学机制一直不甚明确，制约了该领域发展和相关药物研发。

图1: 幽门螺杆菌II型脂肪酸合成途径示意图

2021年11月26日，上海交通大学医学院张良课题组、南京医科大学毕洪凯课题组、美国伊利诺伊大学香槟分校John E. Cronan课题组和上海中医药大学陈红专课题组联合在NatureCommunications上发表了题为“Helicobacterpylori FabX contains a [4Fe-4S] cluster essential for unsaturated fattyacid synthesis”的研究论文。该研究阐明了HP特有的脂肪酸脱氢异构酶FabX对饱和脂肪酰修饰ACP底物的选择性识别和催化调控的化学生物学机制，明确了HP不饱和脂肪酸合成与分泌ROS腐蚀胃黏膜病理功能之间的密切关联，为抗HP创新药物研发提供了科学依据。

在该研究中，作者发展了HP载脂蛋白ACP与脂肪酰底物的体外共价修饰技术，并证明FabX仅对长度为8碳和10碳的饱和脂肪酰底物具有高选择性和催化活性。作者通过解析FabX、FabX与磷脂酰泛酰修饰型ACP（holo-ACP），以及FabX与8碳饱和脂肪酰修饰型ACP（8C-ACP）的复合物晶体结构，发现了ACP携带的脂肪酰碳链底物通过伸入L型活性口袋，穿过FabX第一个活性中心（FMN-His182），末端指向第二个活性中心（[4Fe-4S]铁硫簇），并将其脂肪酰底物上2’-3’位饱和碳键催化位点定位在FMN与活性氨基酸His182之间进行催化的分子构象。

进一步电子顺磁共振技术（Electron paramagnanetic resonance, EPR）的研究发现， FabX利用位于His182对饱和脂肪酰底物进行亲核攻击，获取一个质子，并触发脱氢催化反应。同时，通过FMN临时储存脱氢催化产生的1对电子/质子，并将另1个电子传递至[4Fe-4S]铁硫簇临时储存。在催化结束后，氧气进入FabX活性口袋并被锁定在由His182和FMN之间形成的负阴离子洞中，而FMN和[4Fe-4S]铁硫簇上存储的电子和质子依次传递给氧气，生成超氧分子。

最后，HP通过将超氧分子快速排至胞外，促进腐蚀胃黏膜的病理作用。FabX基因的替代显著降低了HP释放超氧的水平，证明FabX催化是HP分泌ROS的主要来源之一，明确了脂肪酸合成与HP病理作用之间的密切关联。

图2: FabX的分子催化机制。(a) 8碳脂肪酰底物穿过FabX的FMN-His182活性中心，末端指向 [4Fe-4S]；(b) EPR技术阐明该反应中FMN与[4Fe-4S]的电子传递顺序；(c) 体内实验证明该催化反应是HP分泌ROS的主要来源之一。

上海交通大学医学院张良研究员、南京医科大学毕洪凯教授、美国伊利诺伊大学香槟分校John E. Cornan教授和上海中医药大学陈红专教授为该论文的共同通讯作者。上海交通大学医学院20级博士生周甲申、博士后张琳、南京医科大学实验师曾利平、中科院合肥强磁场中心于璐副研究员、南京医科大学实验师段园园和上海交通大学医学院16级硕士生沈思琪为该论文的共同第一作者。该工作受到了中国科学技术大学田长麟教授、中国科学院深圳先进技术研究院合成所周佳海研究员、复旦大学药学院周璐教授、南京中医药大学张毅楠教授和上海交通大学医学院附属仁济医院林厚文教授的指导和大力支持，并受到了国家基金委重大研发计划和面上项目、上海市科委和教委等项目的资助。