近日，上?？萍即髮W免疫化學研究所李俊/清華大學饒子和等團隊在《自然-通訊》（Nature Communications）在線發表了題為“Structure and mechanism of a mycobacterial isoniazid efflux pumpMsRv1273c/72c with a degenerate nucleotide-binding site”的研究論文，在國際上率先發現并鑒定分枝桿菌異源二體型ABC轉運體MsRv1273c/72c是一線抗結核藥物異煙肼的外排泵，且參與了病原體對該藥物的天然耐受，還揭示了一種由退化型ATP結合位點和不對稱構象介導的底物轉運新機制。這一研究不僅闡明了一種結核病耐藥的關鍵途徑，更重要的是為結核病治療提供了新的藥物靶標，對開發新型抗結核藥物和解決全球結核病耐藥性問題具有重要科學意義和臨床研究價值。

結核病是當今世界上嚴重威脅人類生命健康的重大傳染性疾病，由病原體結核分枝桿菌感染引起。當前抗結核治療手段非常有限，主要依靠異煙肼、利福平、乙胺丁醇、吡嗪酰胺等一線抗結核藥物聯合用藥進行治療。但結核耐藥問題始終無法克服，還面臨日益加重的嚴峻形勢，給結核病防治帶來了極大的挑戰。除了藥物靶點突變引起耐藥以外，藥物外排泵（包括ABC家族轉運體）是導致耐藥的重要原因之一。然而，結核病藥物外排泵的發現多為間接證據，尤其缺少分子層面的直接證據。

研究人員針對結核分枝桿菌的ABC家族轉運體Rv1273c/72c及其恥垢桿菌同源蛋白展開了研究，證明MsRv1273c和MsRv1272c形成異源二體形式的完整轉運體，并且含有一個退化型的ATP結合位點。接著，研究人員通過體外脂質體轉運實驗和質譜分析首次從分子水平證明該轉運體是一個異煙肼藥物外排泵并且具有濃度依賴關系，進一步通過敲除回補和細菌生長實驗證明MsRv1273c/72c的存在確實降低了分枝桿菌對異煙肼的敏感性，導致了細菌對異煙肼耐藥。

研究人員利用冷凍電鏡解析了MsRv1273c/72c處于不同狀態下的一系列結構，發現該異源二體轉運體存在不對稱性，特別是在MsRv1272c中多出了額外的N端extending loop和胞外側helical hairpin結構，可能用于幫助底物進入跨膜區的中央空腔和從中央空腔釋放至周質側。本研究首次捕獲到了三種不對稱型構象，這些構象從未在其他類似的異源二體ABC轉運體的研究工作被報道。結構分析表明，其胞內可溶區的核苷酸結合結構域（NBD）均呈現部分二聚化，兩個NBD只在退化型ATP結合位點處關閉，而在另一個正常的ATP結合位點處則不同程度打開。由此，這些構象代表了轉運體處于兩個NBD打開（中央空腔向內開口狀態）和完全關閉（中央空腔內外同時閉合或者向外開口狀態）之間的中間狀態。這些中間態是狀態轉換所必須的，其中，MsRv1272c的NBD中的D-WalkerB loop和X-signature loop通過構象變化可影響ATP在兩個核苷酸結合位點的結合。該轉運體通過NBD在退化型ATP結合位點的部分二聚化，來調控和協調兩個ATP結合位點的功能活性，進而介導了整個底物轉運過程。

綜上，本研究揭示了MsRv1273c/72c的由退化型ATP結合位點和不對稱構象介導的一種底物轉運新機制，這與同源二體型ABC轉運體（含有兩個正?；钚缘腁TP結合位點）顯著不同，為深入理解其他含有退化型ATP結合位點的異源二體ABC轉運體（比如，半數的人源異源二體ABC轉運體都含有退化型ATP結合位點）提供了重要參考和啟示，增加了對ABC轉運體家族結構和機制多樣性的認識。

上?？萍即髮W博士畢業生于菁和博士生蘭宇輝為本文共同第一作者，上海科技大學為第一完成單位。