摘要：对多种药物产生抗药性的病原真菌在全球蔓延，对人类健康构成严重威胁，因此有必要发现具有独特作用模式的抗真菌药物。然而，由于高频率地重新发现已知化合物和缺乏新的抗真菌靶点，传统的基于活性的筛选以前未曾描述过的抗生素的工作受到了阻碍。
发现新型抗真菌抗生素!
对多种药物产生抗药性的病原真菌在全球蔓延，对人类健康构成严重威胁，因此有必要发现具有独特作用模式的抗真菌药物。然而，由于高频率地重新发现已知化合物和缺乏新的抗真菌靶点，传统的基于活性的筛选以前未曾描述过的抗生素的工作受到了阻碍。
在此，中国药科大学王宗强教授团队联合山东大学药学院尚卓教授报告了利用系统发育引导的天然产物发现平台发现了一种多烯类抗真菌抗生素--曼迪霉素。曼迪霉素由mand基因簇生物合成，其进化方式与已知的多烯大环内酯类抗生素截然不同，并由三块脱氧糖修饰。它在体外和体内对多种耐多药真菌病原体具有强效、广谱的杀真菌活性。与针对麦角甾醇的已知多烯大环内酯类抗生素相比，曼迪霉素具有独特的作用模式，即针对真菌细胞膜上的各种磷脂，从而导致真菌细胞释放出必需离子。这种与多个靶点结合的独特能力使其具有强大的杀真菌活性，并能逃避抗药性。利用系统发育指导下的天然产品发现策略鉴定曼迪霉素，是在发现具有独特作用模式的抗菌化合物方面取得的一项重要进展。相关研究成果以题为“A Polyene Macrolide Targeting Phospholipids in the Fungal Cell Membrane”发表在最新一期《nature》上。邓启森、李银川为该论文共同第一作者。
值得一提的是，王宗强教授从2022年至今，以第一作者（或通讯作者）身份发表3篇NS。2025年，团队成果转让给先声药业，转让金额1亿人民币！
【Mandimycin的发现和特性描述】
真菌病原体（尤其是那些对多种一线疗法有耐药性的病原体）对全球健康构成了重大威胁。为了发现具有不同作用机制的新型抗真菌化合物，作者挖掘了微生物基因组中的生物合成基因簇(BGC)，这些基因簇编码多烯大环内酯类，这是一类以强效活性和低耐药频率而闻名的抗真菌药物。
在一个包含316,000多个细菌基因组（加上150个内部测序的链霉菌菌株）的大型数据库中，他们确定了负责将特征氨基糖“mycosamine”糖基化到大环内酯骨架上的基因。通过构建基于280种假定的mycosamine-transferases 的系统发育树，该团队发现了几个与已知多烯大环内酯无关的“孤儿”分支。其中一个分支包含链霉菌 (Streptomyces netropsis)DSM40259中所谓的mand基因簇。mandBGC具有六个编码聚酮化合物合酶的基因和两个预测将脱氧糖转移到38元大环内酯上的糖基转移酶基因。失活（敲除）其中一个聚酮化合物合酶基因mandL的一部分，导致发酵提取物中的主要多烯峰完全消失（由HPLC显示），同时抗真菌活性也随之丧失。作者从野生型菌株中纯化出一种新分子，称为Mandimycin，其分子量对应于[M+H]+为1198.6344。二维核磁共振和详细的生物信息学分析证实它是一种38元五烯大环内酯，带有三个脱氧糖，其中包括连接在C-19上的“保守”的海藻糖胺和连接在C-35上的罕见的双脱氧糖，阿特拉西糖A。这种三重糖基化排列在已知的多烯大环内酯中是独一无二的，并赋予其高水溶性（8.07毫克/毫升），是众所周知的抗真菌两性霉素B的9700多倍。图1.mandimycin的发现和表征
【mandimycin的抗真菌机制研究】
结构确认后，下一步任务是确定mandimycin的抗真菌谱和作用机制。时间杀灭试验（图2a）显示了mandimycin的杀菌特性：治疗导致菌落形成单位(CFU)在四小时内下降超过2log10。作者还测量了钾离子渗漏（图b），发现mandimycin导致细胞内K快速、剂量依赖性流出，表明膜完整性严重破坏。事实上，图2（图c）中的扫描电子显微镜图像显示，真菌细胞在暴露于曼地霉素后仅数小时就出现了膜塌陷。此外，研究人员尝试（但失败了）使用标准的109个细胞接种方法分离抗性突变体，发现mandimycin没有产生任何抗性菌落。相比之下，其他多烯（制霉菌素、纳他霉素和两性霉素B）确实产生了抗性突变体（尽管速率很低）。这暗示mandimycin通过一种不同于经典麦角固醇结合方法的机制发挥作用。图2.mandimycin抗真菌机制研究
【鉴定磷脂作为Mandimycin的靶标】
对于已知的多烯类物质，如两性霉素 B，游离麦角固醇浓度的增加会逐渐提高其 MIC。然而，Mandimycin 不受影响。等温滴定量热法 (ITC) 和紫外可见结合实验也证实了 Mandimycin 对麦角固醇或胆固醇没有亲和力。此时，研究人员筛选了真菌膜中的各种非蛋白质成分（包括不同的磷脂、固醇和葡聚糖），以了解是否有任何成分可以竞争性抑制 Mandimycin 的活性。磷脂酰肌醇、磷脂酰胆碱、磷脂酰甘油和磷脂酰乙醇胺等磷脂剂量依赖性地中和了mandimycin的抗真菌作用，强烈表明mandimycin靶向这些脂质。
图3.鉴定磷脂为mandimycin的靶点
【Mandimycin的毒性和体内抗真菌效果】
临床使用多烯大环内酯类药物（例如两性霉素B）的一个一致障碍是毒性：肾损伤和溶血是常见的并发症。对于mandimycin，作者对人肾细胞系（HK-2和RPTEC）和肝细胞系（HepG2、PANC-1、SK-Hep1）进行了体外细胞毒性测试。Mandimycin的半数最大抑制浓度(IC50)值为48–88μM，比两性霉素B的细胞毒性低约7–22倍。进一步的小鼠体内试验支持了这些观察结果。在毒性试验中，高达30mg/kg的Mandimycin静脉或皮下剂量导致肾毒性生物标志物(KIM-1、LCN-2、TIMP-1、SPP-1)的变化很小，组织病理学检查显示肾损伤轻微或无损伤。相比之下，1–2mg/kg剂量的两性霉素B会引起严重的肾损伤。同时，高达100μM的Mandimycin在绵羊红细胞中未产生可观察到的溶血。图4.Mandimycin的毒性和体内抗真菌功效
【总结】
在这项工作中，作者介绍了一种新的多烯大环内酯类抗生素mandimycin，它是通过针对未开发的含mycosamine-transferase的生物合成基因簇分支的系统发育引导搜索发现的。从结构上讲，mandimycin的三糖基化38元五烯核心使其有别于已知的多烯抗生素，如两性霉素B、制霉菌素和纳他霉素。结果是水溶性大大增强——比两性霉素B高出数千倍——并且治疗范围扩大。
从机制上讲，mandimycin偏离了经典的麦角固醇结合范式，而是选择性地结合磷脂，包括磷脂酰肌醇和其他变体，导致膜破坏，从而导致快速离子流出和细胞死亡。这种以前未描述的相互作用有助于产生强大的抗真菌活性，而不会轻易诱导耐药性，这可能是因为多种磷脂物种（和相关途径）都需要经历补偿性突变。真菌细胞很难实现这种特性。此外，与许多其他多烯相比，mandimycin的毒性特征明显更有利，如基于细胞和体内的肾毒性、溶血和总体耐受性测试所示。
总之，mandimycin的发现扩大了抗真菌药物库，并强调了以磷脂为靶点来破坏多药耐药性的新策略。它对其他难治性菌株的效力、优异的水溶性和较低的毒性凸显了其治疗潜力。作者建议，未来的努力应该更深入地研究m的机制细节
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来源：高分子科学前沿