游麗斌，劉冬娟，李 娟 ，方慧生*

(1.中國(guó)藥科大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇南京210009;2.南京市鼓樓醫(yī)院血液科，江蘇南京210008)

近些年，基因組學(xué)的迅速發(fā)展為科學(xué)家們探究生命規(guī)律提供全新的方法。全基因組測(cè)序拓寬了我們對(duì)細(xì)菌基因組的了解，序列信息為研究細(xì)菌的遺傳學(xué)改變和適應(yīng)性突變體的特征帶來(lái)新的啟發(fā)。另一方面，利用序列信息可以識(shí)別功能基因、重構(gòu)功能單位網(wǎng)絡(luò)甚至整個(gè)通路網(wǎng)絡(luò)。在基因組測(cè)序和海量注釋的基礎(chǔ)上，基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)發(fā)展成熟起來(lái)，它通過(guò)結(jié)合序列和基因功能注釋信息，把基因編碼的蛋白質(zhì)所催化的生化反應(yīng)構(gòu)建成代謝網(wǎng)絡(luò)，反映出參與代謝過(guò)程的基因-蛋白質(zhì)-反應(yīng)之間的相互關(guān)系，并有效地轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬、分析［1］?；蚪M尺度代謝網(wǎng)絡(luò)模型可應(yīng)用于:與高通量技術(shù)結(jié)合并有效地分析、處理高通量數(shù)據(jù);指導(dǎo)代謝工程;基于假設(shè)指導(dǎo)有目的性的發(fā)現(xiàn)研究;探究物種間關(guān)系;分析網(wǎng)絡(luò)特性［2］。

幽門(mén)螺桿菌(Helicobacter pylori，H.pylori)，是從胃黏膜中分離出來(lái)的一種彎曲樣桿菌。它是導(dǎo)致慢性胃炎和消化性潰瘍的主要原因，1994年世界衛(wèi)生組織/國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(WHO/IARC)將幽門(mén)螺桿菌定為Ⅰ類(lèi)致癌原。1997年，H.pylori 26695菌株的全基因組測(cè)序完成，2003 年，Boneca［6］進(jìn)行了第一次H.pylori 26695基因組注釋工作，該版本注釋包含編碼序列1 590條，其中功能基因1 080個(gè)。Schilling和Thiele等先后在2002年和2005年重構(gòu)了H.pylori 26695的代謝網(wǎng)絡(luò)模型，分別是iCS291［4］和 iIT341［5］。iIT341 模型對(duì)目的基因預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率不高，模型的質(zhì)量仍有待進(jìn)一步提高。2013 年，Resende等［6］對(duì) H.pylori 26695 基因組進(jìn)行了重新注釋?zhuān)摪姹景? 573個(gè)CDS，功能基因1 212個(gè)，與代謝相關(guān)基因712個(gè)，并找到191個(gè)新功能蛋白，該版本注釋可為構(gòu)建新的高質(zhì)量代謝網(wǎng)絡(luò)模型提供基礎(chǔ)。一般重構(gòu)過(guò)程分為三個(gè)步驟:初步構(gòu)建、驗(yàn)證完善、數(shù)學(xué)模擬。第一步一般可編程或用軟件自動(dòng)完成，最重要的驗(yàn)證完善步驟貫穿重構(gòu)始終，數(shù)學(xué)模擬的目的也包括評(píng)估網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量。目前完善一個(gè)高質(zhì)量的代謝網(wǎng)絡(luò)仍需要大量人工校對(duì)工作，如驗(yàn)證基因-蛋白質(zhì)-反應(yīng)關(guān)系需要查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)。結(jié)合更多幽門(mén)螺桿菌特異性的研究成果，將基因的預(yù)測(cè)信息和實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合有助于指導(dǎo)針對(duì)H.pylori的治療。

本文以幾個(gè)重要代謝通路為主線，結(jié)合近幾年H.pylori 26695與代謝有關(guān)的酶與基因組關(guān)系的研究成果，闡述H.pylori 26695的主要代謝通路及其特點(diǎn)。除另有說(shuō)明外，本文討論的 H.pylori即 H.pylori 26695。以“HP”開(kāi)頭的基因號(hào)和以“Hp”開(kāi)頭的蛋白質(zhì)名稱(chēng)表示H.pylori特有的基因編號(hào)和蛋白質(zhì)名稱(chēng)。

1 H.pylori的營(yíng)養(yǎng)需要

H.pylori是一種嗜二氧化碳并且微量需氧的微生物，在大氣中需提供5% ～10%CO2，它即可適應(yīng)微氧條件(＜5%O2)，也可適應(yīng)有氧條件(一般為21%O2)。H.pylori某些特性會(huì)隨著培養(yǎng)環(huán)境中氧含量而變化，包括溶血素的產(chǎn)生、甲硝噠唑耐藥性、鐵氧還蛋白氧化還原酶活性、誘導(dǎo)上皮細(xì)胞的改變的能力［7］。目前認(rèn)為H.pylori生長(zhǎng)必需氨基酸包括:精氨酸、組氨酸、亮氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、頡氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、脯氨酸。Testerman等［8］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在以上氨基酸為基礎(chǔ)的化學(xué)限定培養(yǎng)基上同時(shí)加入非必需的色氨酸和異亮氨酸有助于細(xì)菌生長(zhǎng)，而單獨(dú)加入時(shí)沒(méi)有效果，而且在有色氨酸和異亮氨酸的培養(yǎng)基上再加入谷氨酸或谷氨酰胺都能大大加速細(xì)菌生長(zhǎng)。離子濃度是影響細(xì)菌生長(zhǎng)的限制性因素，而氨基酸濃度對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)沒(méi)有影響。該研究證明H.pylori生長(zhǎng)還需要鈉、氯化鉀、硫胺素、鐵、鋅、鎂、次黃嘌呤和丙酮酸，而銅不是其生長(zhǎng)所需。

關(guān)于H.pylori生長(zhǎng)必需氨基酸，基因組分析從另一個(gè)角度為以上結(jié)果做出佐證。比如，重構(gòu)H.pylori甲硫氨酸的從頭合成途徑時(shí)發(fā)現(xiàn)，在H.pylori基因組中只找到一個(gè)編碼硫醚γ-合成酶的基因——HP0106，而缺少編碼從頭合成過(guò)程其他酶的基因。另一方面，雖然甲硫氨酸補(bǔ)充途徑普遍存在于所有類(lèi)型生物體中，但在H.pylori基因組中除了HP0089，還未發(fā)現(xiàn)其他編碼甲硫氨酸補(bǔ)充途徑所需酶的基因，故認(rèn)為H.pylori無(wú)法合成甲硫氨酸。再如，蘇氨酸脫氨和乙酰醇酸合成是亮氨酸合成的前提，但H.pylori基因組中缺少編碼以上兩種酶的基因，所以亮氨酸是維持菌株生長(zhǎng)所必需。H.pylori無(wú)法從分支酸合成苯丙氨酸，也是因?yàn)槿鄙倬幋a磷酸甘油酸脫水酶的基因。H.pylori基因組缺少合成硫胺素前體的幾個(gè)關(guān)鍵酶的基因，但是 Barison等［9］發(fā)現(xiàn)HP1287所編碼的4-氨基-2-甲基-5-(氨甲基)嘧啶氨基水解酶可能參與了合成硫胺素前體的補(bǔ)充途徑，他們克隆純化了該蛋白，其晶體結(jié)構(gòu)顯示酶活性位點(diǎn)改變，而且酶活力實(shí)驗(yàn)顯示該酶對(duì)4-氨基-2-甲基-5-(氨甲基)嘧啶底物的親和力不強(qiáng)，這些變化所具有的重要意義需要進(jìn)一步證實(shí)。

2 H.pylori重要代謝通路

2.1 中心代謝

2.1.1 糖代謝

H.pylori所屬的彎曲桿菌屬的其他細(xì)菌大都無(wú)法分解代謝碳水化合物，但H.pylori可以通過(guò)氧化和發(fā)酵方式代謝D-葡萄糖或D-半乳糖。HP1174編碼一種鈉離子依賴(lài)性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，H.pylori利用該轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將D-葡萄糖或D-半乳糖主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)進(jìn)而參與代謝［10］?；蚍治鼋Y(jié)果也表明H.pylori糖代謝途徑與大腸桿菌相同，包括糖酵解/糖異生途徑、磷酸戊糖途徑、杜德洛夫途徑(Entner-Doudoroff pathway)。參與上述途徑的相應(yīng)基因在H.pylori基因組中幾乎都能找到，除了糖酵解途徑中編碼磷酸果糖激酶的基因(pfk)和編碼丙酮酸激酶的基因(pyk)，還有糖異生途徑中編碼葡萄糖-6-磷酸酶的基因(g6p)和磷酸戊糖途徑中編碼6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶的基因(gnd)［11］。丙酮酸是糖酵解和杜德洛夫途徑的共同產(chǎn)物，它可能代謝為乳酸、乙酸進(jìn)而與三羧酸循環(huán)、呼吸鏈聯(lián)系起來(lái)。

2.1.2 三羧酸循環(huán)

三羧酸循環(huán)在細(xì)胞代謝過(guò)程中主要有兩種作用:為其他合成代謝提供小分子前體，如α-酮戊二酸、乙酰乙酰輔酶A、草酰乙酸;氧化乙酰單位產(chǎn)生CO2，通過(guò)生成還原型核苷酸，將能量存于ATP中。因?yàn)镠.pylori缺少編碼α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物的基因，但存在編碼鐵氧還蛋白氧化還原酶的相似基因HP0588-HP0591，所以 H.pylori三羧酸循環(huán)與標(biāo)準(zhǔn)型的三羧酸循環(huán)有所不同，H.pylori三羧酸循環(huán)如圖1所示。H.pylori三羧酸循環(huán)中富馬酸酶將富馬酸轉(zhuǎn)為蘋(píng)果酸，實(shí)驗(yàn)表明，富馬酸酶可與鉍離子結(jié)合，而鉍治療是現(xiàn)今治療胃炎的一種方法，該結(jié)果提示三羧酸循環(huán)通路可成為H.pylori鉍治療的靶標(biāo)［12］。Kather等提出，蘋(píng)果酸生成草酰乙酸的反應(yīng)由HP0086編碼的醌氧化還原酶介導(dǎo)，該酶不同于蘋(píng)果酸脫氫酶以NAD+為電子受體而以醌為電子受體［13］。由于幽門(mén)螺桿菌臨床分離株具有多樣性和變異性，臨床上還沒(méi)有診斷和疫苗的“金標(biāo)準(zhǔn)”抗原，以NAD(P)為輔因子的異檸檬酸脫氫酶被認(rèn)為是潛在的血清學(xué)診斷監(jiān)測(cè)的分子靶標(biāo)。Huang等利用克隆、表達(dá)、重組等技術(shù)研究H.pylori SS1菌株異檸檬酸脫氫酶的生化特性，為臨床上診斷、監(jiān)測(cè)H.pylori感染情況提供了有用信息［14］。

圖1 H.pylori三羧酸循環(huán)概略圖Fig.1 Krebs cycle of H.pylori

2.2 氨基酸代謝

氨基酸代謝是H.pylori代謝的重要環(huán)節(jié)，因?yàn)樗翘?、氮、能量的主要?lái)源。H.pylori的大部分氨基酸代謝過(guò)程遵循與大腸桿菌一樣的過(guò)程，體現(xiàn)一定的物種間保守性，但更重要的是有一部分基因體現(xiàn)出H.pylori的物種特異性，利用物種特異性可以發(fā)現(xiàn)分子靶標(biāo)，開(kāi)發(fā)抗菌藥物。比如，HP0290編碼合成賴(lài)氨酸所需的二氨基庚酸脫羧酶，它被認(rèn)為是抗菌藥物的靶點(diǎn)，分析晶體結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)酶的誘導(dǎo)契合機(jī)理——下游活性位點(diǎn)loop區(qū)環(huán)住催化中間體進(jìn)而釋放產(chǎn)物，該結(jié)構(gòu)分析有助于找到酶的特異性抑制劑［15］。

Shibayama等發(fā)現(xiàn)，H.pylori無(wú)法吸收胞外的天冬酰胺，而是通過(guò)HP0723編碼的天冬酰胺酶把胞外的天冬酰胺水解為天冬氨酸而運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)［16］。與天冬酰胺的情況類(lèi)似，H.pylori也無(wú)法吸收谷氨酰胺和谷胱甘肽，而是將其在胞外水解為谷氨酸，水解谷氨酰胺的酶是γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶，它由兩個(gè)亞基組成，源于一個(gè)HP1118編碼的前體蛋白［17］。胞外水解產(chǎn)物谷氨酸由HP1506編碼的鈉離子依賴(lài)性谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)［18］。以上兩種水解酶與幽門(mén)螺桿菌感染的致病機(jī)制密切相關(guān)，天冬酰胺酶抑制T細(xì)胞增殖［16］，γ -谷氨酰轉(zhuǎn)移酶誘發(fā)細(xì)胞凋亡、抑制胃細(xì)胞和T細(xì)胞的增殖［19］。Rimbara等研究臨床上幽門(mén)螺桿菌感染引起的胃癌、胃潰瘍病人的分離株，并分析天冬酰胺酶與γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶活性［20］。他們提出，γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶的高活性而引起谷氨酰胺的消耗是導(dǎo)致強(qiáng)烈炎癥反應(yīng)的原因，并非谷胱甘肽和天冬酰胺的消耗。并且，在動(dòng)物模型中添加額外的谷氨酰胺顯示出積極效果［21］，但額外的谷氨酰胺是否能降低幽門(mén)螺桿菌感染后胃癌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)有待進(jìn)一步分析。

HP0549編碼谷氨酸鹽消旋酶，該酶介導(dǎo)D-型和L-型谷氨酸鹽的可逆轉(zhuǎn)換，它是細(xì)胞壁合成的必需酶。Mixcoha等用分子動(dòng)力學(xué)模擬揭示谷氨酸鹽消旋酶的催化機(jī)理，催化反應(yīng)用三至四步完成四次連續(xù)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移［22］。吡唑并嘧啶二酮類(lèi)化合物是谷氨酸鹽消旋酶的選擇性抑制劑［23］，在化合物中心支架加上咪唑環(huán)能夠增加藥物口服生物利用度［24］。

分支酸是合成芳香族氨基酸的前體，分支酸合成途徑又叫做“莽草酸途徑”——以磷酸烯醇丙酮酸和磷酸赤蘚糖為起點(diǎn)，經(jīng)過(guò)7種酶的介導(dǎo)合成分支酸(見(jiàn)圖2)。莽草酸途徑是所有微生物和植物的基本代謝功能，而動(dòng)物體內(nèi)不存在，所以該通路的所有酶成為抗菌藥物設(shè)計(jì)的靶標(biāo)。例如，第二步與第四步酶分別對(duì)NAD+和NADP+具有依賴(lài)性，可通過(guò)找到抑制物阻礙酶與NAD+、NADP+結(jié)合從而阻斷莽草酸途徑。Liu等［25］測(cè)定H.pylori脫氫奎尼酸合成酶-NAD+復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，找到了抑制物結(jié)合口袋，最后利用GOLD對(duì)接軟件篩選出可能的抑制物。Han等［26］則是通過(guò)表達(dá)、分離純化莽草酸脫氫酶，高通量篩選出五個(gè)可能是酶抑制劑的化合物。通過(guò)研究酶結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系有助于抑制劑的開(kāi)發(fā)，如 Cheng等［27］找到H.pylori莽草酸激酶結(jié)構(gòu)中與莽草酸直接作用的重要保守殘基(D33、F48、R57、R116、R132)，并詳細(xì)分析酶催化活性位點(diǎn)的配體結(jié)合與構(gòu)象柔性變化。

其他必需、非必需氨基酸的生物合成與代謝通路雖然通過(guò)基因組分析可以找到編碼大部分酶的相似基因，但還需通過(guò)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明。

圖2 H.pylori分支酸合成概略圖Fig.2 Chorismate synthesis pathway of H.pylori

2.3 維生素與輔因子的生物合成

甲基萘醌，即維生素K2，是作為病原菌呼吸鏈中電子轉(zhuǎn)運(yùn)鏈的電子載體。大部分細(xì)菌都采用以大腸桿菌為模板的甲基萘醌生物合成通路，而Hiratsuka等［28］在鏈霉菌屬發(fā)現(xiàn)了一種新的甲基萘醌生物合成通路——Futalosine Pathway。Dairi［29］進(jìn)一步證明了H.pylori采用Futalosine通路的變型通路，首先由mqnA編碼的酶介導(dǎo)生成AFL(6-amino-6-deoxyfutalosine)，繼而在甲基硫代腺苷核苷酶(Methylthioadenosine Nucleosidase，MTAN)作用下直接形成DHFL(dehypoxanthine futalosine)?；蚪M中找不到mqnA的相似基因，而HP0089編碼MTAN。MTAN是一種多功能酶，它位于7個(gè)基本細(xì)胞代謝通路的節(jié)點(diǎn)，包括甲基萘醌合成、甲硫氨酸補(bǔ)充途徑、S-腺苷甲硫氨酸利用、聚胺合成、嘌呤補(bǔ)充合成、S-腺苷甲硫氨酸自由基通路、II類(lèi)自誘導(dǎo)分子合成，特異性的抑制 MTAN 活性可能抑制 H.pylori生長(zhǎng)［30］。HpMTAN晶體結(jié)構(gòu)中5’-烷基硫醇結(jié)合位點(diǎn)與底物(S-腺苷同型半胱氨酸)的相互作用特點(diǎn)可為發(fā)現(xiàn)MTAN抑制劑提供思路［30］。DHFL先后轉(zhuǎn)為cyclic DHFL、1，4-Dihydroxy-2-naphthoate，最后生成甲基萘醌［30］。H.pylori變型的 Futalosine通路的具體過(guò)程有待進(jìn)一步研究。

生物素，也叫做維生素H，是所有生物體生長(zhǎng)必不可少的輔因子。Lin等［31］提出大腸桿菌的生物素合成途徑如圖3所示，他們認(rèn)為生物素合成途徑的開(kāi)端模仿脂肪酸合成途徑。最后四步生成生物素的過(guò)程在所有生物體中保守，依次經(jīng)過(guò) BioF、BioA、BioD、BioB 的作用合成生物素［32］。在 H.pylori基因組中幾乎都找到了上述酶的相似基因(見(jiàn)圖3的括號(hào)內(nèi))，但針對(duì)H.pylori生物素合成通路的研究還很少。Przemyslaw等［33］純化了 HpBioD的結(jié)構(gòu)，并與其他物種的BioD比較分析，總結(jié)出BioD的家族特點(diǎn)，提出該酶是抗菌藥物設(shè)計(jì)的新靶點(diǎn)。

圖3 大腸桿菌生物素合成通路Fig.3 Biotin synthesis of E.coli

維生素B6被公認(rèn)為許多細(xì)胞代謝反應(yīng)的輔因子，Grubman等［34］首次提出維生素B6與細(xì)菌致病機(jī)制密切相關(guān)。他們證明維生素B6對(duì)人類(lèi)病原體的鞭毛結(jié)構(gòu)、糖基化、運(yùn)動(dòng)能力具有重要作用，并找到H.pylori的兩個(gè)致病因子——HpPdxA和 HpP-dxJ，分別由HP1583和HP1582編碼。

2.4 核苷酸代謝

嘌呤和嘧啶是合成核苷三磷酸(NTPs)的基礎(chǔ)，是核酸的前體。H.pylori無(wú)法從頭合成嘌呤，而是通過(guò)補(bǔ)充途徑合成嘌呤。一方面，H.pylori的生長(zhǎng)需要嘌呤(Abstract no.2273，Miller EF.＆ Maier RJ，Annual Meeting of the American Society for Microbiology，May 2011)，而生物信息學(xué)分析表明，嘌呤從頭合成第一步需要的IMP無(wú)法獲得，因?yàn)楹铣蒊MP需要10種酶，但基因組中只能找到兩種酶的相似基因(HP1218、HP1112)。另一方面，Liechti等［35］證實(shí)，H.pylori從環(huán)境中吸收原料，如:肌苷、腺苷、鳥(niǎo)嘌呤、鳥(niǎo)苷、黃嘌呤、黃苷，然后通過(guò)補(bǔ)充途徑合成IMP，IMP繼而分別生成ATP、GTP(見(jiàn)圖4)。補(bǔ)充途徑所需原料由HP1180編碼的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白配合質(zhì)子泵轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)［36］。HP0930編碼固定相生存蛋白，它將 GMP、XMP、IMP、AMP分別水解為相應(yīng)的核苷［35］。之前的研究認(rèn)為H.pylori存在腺嘌呤脫氨酶活性，但最新研究反駁了這一觀點(diǎn)，該酶的脫氨作用針對(duì)的是腺苷而不是腺嘌呤［36］，但基因組中沒(méi)找到對(duì)應(yīng)的基因。

圖4 H.pylori嘌呤補(bǔ)充合成途徑概略圖Fig.4 Purine salvage pathway of H.pylori

UTP、CTP是RNA合成的前體，經(jīng)9種酶從頭合成。暫時(shí)認(rèn)為H.pylori嘧啶的從頭合成通路以大腸桿菌為模板，編碼這9種酶的相似基因依次是:HP0919/HP1237、HP1084、HP0581/HP0266、HP1011、HP1257、HP0005、HP0777、HP0198、HP0349。HP0777 編碼UMP激酶(UMPK)，而且與其他物種以Mg2+作為輔因子不同，它更傾向于把 Mn2+作為輔因子［37］。Chu等［38］進(jìn)一步揭示GTP對(duì)HpUMPK的別構(gòu)調(diào)節(jié)機(jī)制，GTP與HpUMPK結(jié)合成一個(gè)穩(wěn)定的六聚體，該齊聚反應(yīng)狀態(tài)不易釋放產(chǎn)物UDP，但GTP結(jié)合的同時(shí)引發(fā)UDP結(jié)合區(qū)域(α2)變構(gòu)而使緊密狀態(tài)松散，從而幫助釋放UDP。除了HP0777，其他酶-基因關(guān)系和脫氧核苷酸的生物合成途徑還沒(méi)有新的研究進(jìn)展，故不贅述。

3 H.pylori其他特征

幽門(mén)螺旋桿菌的質(zhì)子門(mén)控尿素通道即HpUREI是其能夠生存在胃酸性環(huán)境中的重要原因。Strugatsky等［39］揭示了幽門(mén)螺旋桿菌J99尿素的質(zhì)子門(mén)控通道，這種六聚體結(jié)構(gòu)是尿素及其他小酰胺溶質(zhì)的新滲透模式的基礎(chǔ)。通道在中性pH條件下關(guān)閉，在酸性pH條件下打開(kāi)，并允許尿素迅速進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)與脲酶接觸。脲酶產(chǎn)生的NH3和CO2能夠中和進(jìn)入胞內(nèi)的質(zhì)子，所以即使胃液pH低于2.0，細(xì)胞周質(zhì)pH仍維持在6.1左右。HP0071是編碼該通道蛋白的相似基因。Cornally等［40］提出HP1193編碼的醛酮還原酶可能也與細(xì)菌適應(yīng)酸環(huán)境生長(zhǎng)有關(guān)。

H.pylori表達(dá)一種致病因子——CagA(cytotoxin-associated gene A)，CagA上調(diào)胃粘膜上皮細(xì)胞的精胺氧化酶水平［41］。精胺氧化酶分解精胺產(chǎn)生H2O2，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和DNA損傷。Lee等在H.pylori沒(méi)有檢測(cè)到精胺，而有亞精胺［42］。亞精胺由HP0832編碼的亞精胺合酶(spermidine synthase，SPMS)催化腐胺和脫羧的S-腺苷甲硫氨酸而生成，亞精胺合成通路是H.pylori聚胺的主要來(lái)源。HpSPMS與其他物種的SPMS序列相似性低于20%，而且缺少一段信號(hào)序列。晶體結(jié)構(gòu)顯示HpSPMS有一個(gè)N端-beta折疊區(qū)和一個(gè)C端-羅斯曼樣結(jié)構(gòu)域［43］，兩個(gè)結(jié)構(gòu)域間有一個(gè)與眾不同的結(jié)合口袋，且酸性靜電表面電位較少，還有一個(gè)大的包藏空間，這些特點(diǎn)可能使HpSPMS成為潛在的抗菌藥物靶標(biāo)，因?yàn)镾PMS是菌體細(xì)胞保持活力必不可少的。雖然亞精胺合成通路的前幾個(gè)酶(speB、speC、speD)在基因組中沒(méi)找到，但是不能排除也像HpSPMS一樣序列相似性太低的情況。

4 總結(jié)與展望

全基因組尺度代謝網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，從系統(tǒng)的角度，由生物體內(nèi)各種分子的相互作用的研究到代謝通路、網(wǎng)絡(luò)、模塊，最終對(duì)整個(gè)生命活動(dòng)的路線圖有了完整的理解，進(jìn)而對(duì)生物代謝功能進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和合理的工程改造。代謝網(wǎng)絡(luò)模型重構(gòu)過(guò)程非常復(fù)雜，尤其是基因-蛋白質(zhì)-反應(yīng)關(guān)系的鑒別、網(wǎng)絡(luò)模型的評(píng)估驗(yàn)證等步驟工作量大，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。利用代謝網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工具［44］可以縮短一定時(shí)間，提高工作效率，但構(gòu)建高精度代謝網(wǎng)絡(luò)仍離不開(kāi)大量人工驗(yàn)證工作。一般先利用生物數(shù)據(jù)庫(kù)或軟件對(duì)代謝網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行初步重構(gòu)，再根據(jù)生物文獻(xiàn)和生物實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)初步重構(gòu)的生物代謝網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行驗(yàn)證和修正。目前H.pylori代謝網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)必需基因的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性不高，重構(gòu)更加連續(xù)、完整的高精度模型是最終目標(biāo)。

本文對(duì)H.pylori特異性的重要代謝通路進(jìn)行了較為全面的綜述，一方面，從基因水平闡述代謝通路與基因的關(guān)系，為重構(gòu)更高質(zhì)量代謝網(wǎng)絡(luò)提供參考;另一方面，本文詳細(xì)分析了關(guān)鍵酶對(duì)H.pylori生理的重要作用，為開(kāi)發(fā)抗幽門(mén)螺桿菌藥物、診斷幽門(mén)螺桿菌感染情況帶來(lái)啟示。H.pylori代謝網(wǎng)絡(luò)大部分是保守的，多采用與大腸桿菌或其他近緣物種非常相似的代謝形式，然而，在進(jìn)化過(guò)程中一部分H.pylori特異性的代謝過(guò)程對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有更大價(jià)值。生物體的代謝過(guò)程與轉(zhuǎn)錄調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制密切相關(guān)，為了更加精確地做出預(yù)測(cè)，更加真實(shí)地模擬生物體生命活動(dòng)的路線圖，需要在代謝網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，整合轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。整合的H.pylori調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)網(wǎng)絡(luò)和代謝網(wǎng)絡(luò)模型將是未來(lái)的一個(gè)研究方向。

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