余永紅，馬建榮，王海洪

(1.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院，廣東廣州510520;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/廣東省農(nóng)業(yè)生物蛋白質(zhì)功能與調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510642)

細(xì)菌脂肪酸合成多樣性的研究進(jìn)展

余永紅1，馬建榮1，王海洪2*

(1.廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院，廣東廣州510520;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/廣東省農(nóng)業(yè)生物蛋白質(zhì)功能與調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510642)

與哺乳動(dòng)物、真菌采用I型脂肪酸合成系統(tǒng)不同，細(xì)菌采用II型脂肪酸合成系統(tǒng)，每步反應(yīng)都由獨(dú)立的酶催化，因此細(xì)菌脂肪酸合成酶是研究抗菌藥物的優(yōu)良靶標(biāo)。研究表明，在不同細(xì)菌中參與脂肪酸合成的酶都具有較高的多樣性，而脂肪酸種類不同，合成方式也不盡相同，本文對(duì)此進(jìn)行了總結(jié)。

脂肪酸合成;多樣性;不飽和脂肪酸;支鏈脂肪酸

生物體能以乙酰輔酶A(CoA)作為前體物質(zhì)，通過(guò)聚合、還原、脫水和再還原4步循環(huán)反應(yīng)合成脂肪酸。在哺乳動(dòng)物、真菌以及分枝桿菌中，這四步反應(yīng)由多功能蛋白(脂肪酸合酶)的不同結(jié)構(gòu)域催化完成，脂肪酸合酶中一個(gè)結(jié)構(gòu)域具有?；d體蛋白(Acyl carrier protein，ACP)功能，延伸的脂酰鏈?zhǔn)冀K與ACP連接，被稱作I型脂肪酸合成系統(tǒng)。細(xì)菌采用II型脂肪酸合成系統(tǒng)從頭合成脂肪酸，其特點(diǎn)是每步生化反應(yīng)都由獨(dú)立的酶催化完成［1］。雖然兩種途徑的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制相似，但催化酶的蛋白序列和結(jié)構(gòu)迥然不同。研究細(xì)菌脂肪酸合成代謝，尋找新的抗菌藥物作用靶點(diǎn)，開發(fā)新的抗菌藥物是微生物學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域［2］。本文將綜述細(xì)菌脂肪酸合成酶以及不同脂肪酸合成的多樣性。

1 細(xì)菌脂肪酸的合成途徑及其功能

以大腸埃希菌(Escherichi coli)作為模式菌株，對(duì)Ⅱ型脂肪酸合成系統(tǒng)已進(jìn)行了深入的研究。在大腸埃希菌中，脂肪酸合成包括起始反應(yīng)和循環(huán)反應(yīng)兩部分，如圖1所示。起始反應(yīng)由乙酰輔酶A羧化酶(Acc)催化乙酰-CoA和二氧化碳(CO2)合成丙二酸單酰-CoA;接著在丙二酸單酰輔酶A:ACP轉(zhuǎn)酰基酶(FabD)的催化下生成丙二酸單酰ACP;然后由3-酮脂酰ACP合成酶III (FabH)催化丙二酸單酰ACP和乙酰-CoA縮合，生成3-酮基丁酰ACP，完成脂肪酸合成起始反應(yīng)。循環(huán)反應(yīng)中首先由3-酮脂酰ACP合成酶I或II (FabB或FabF)催化脂酰ACP與丙二酸單酰ACP縮合，生成3-酮脂酰ACP;進(jìn)一步被3-酮脂酰ACP還原酶(FabG)催化，生成3-羥脂酰ACP;然后由3-羥脂酰ACP脫水酶(FabA或FabZ)催化生成烯脂酰ACP;最后被烯酰ACP還原酶(FabI)催化生成新的脂酰ACP，并進(jìn)入新的循環(huán)反應(yīng)。每一次循環(huán)脂酰鏈增加兩個(gè)碳原子，直到形成16到18碳鏈的飽和脂酰ACP［3］。

圖1 細(xì)菌脂肪酸合成途徑［3］Fig.1Fatty acid synthesis in bacteria

脂肪酸是細(xì)胞膜的主要組分，細(xì)菌通過(guò)調(diào)節(jié)脂肪酸的種類和組成，調(diào)節(jié)細(xì)胞膜的流動(dòng)性，維持膜的穩(wěn)定性及正常生理功能，適應(yīng)不同逆境生長(zhǎng)［4］。細(xì)菌脂肪酸合成系統(tǒng)提供的3-羥基脂肪酸前體，參與革蘭陰性細(xì)菌外膜類脂A(lipid A)的合成［5］，而類脂A引起致病效應(yīng)，是免疫細(xì)胞識(shí)別的相關(guān)分子。革蘭陰性細(xì)菌的群體感應(yīng)(Quorum sensing，QS)信號(hào)分子是脂肪酸衍生物，其中最常見(jiàn)的N-?；呓z氨酸內(nèi)酯類(AHLs)是以脂肪酸合成途徑中的脂酰ACP和S-腺苷甲硫氨酸為底物合成的［6］;擴(kuò)散信號(hào)分子(Diffusible signal factor，DSF)是一類新型QS信號(hào)分子，為長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸，也是以脂肪酸合成途徑的中間代謝產(chǎn)物為前體合成的［7-8］。脂肪酸還為其他活性物質(zhì)的合成提供原料，包括硫辛酸(lipoic acid)、生物素［9］、鼠李糖酯［10］、聚羥基脂肪酸(PHA/PHB)等。另外，外源脂肪酸可被細(xì)菌吸收利用，通過(guò)脂肪酸的β-氧化途徑合成大量ATP，為細(xì)胞提供大量的能量及小分子前體物質(zhì)［11］。

2 細(xì)菌脂肪酸合成酶的多樣性

雖然細(xì)菌脂肪酸合成機(jī)制高度保守，脂肪酸合成相關(guān)酶的蛋白序列具有同源性，但是細(xì)菌間也存在著差異，表現(xiàn)出較高的多樣性。

2.1 長(zhǎng)鏈3-酮脂酰ACP合成酶的多樣性

長(zhǎng)鏈3-酮脂酰ACP合成酶分I和II兩種類型，在不同細(xì)菌中長(zhǎng)鏈3-酮脂酰ACP合成酶的種類和酶學(xué)特性存在差異，表現(xiàn)出較為復(fù)雜的多樣性。

大腸埃希菌含有2種典型的長(zhǎng)鏈3-酮脂酰ACP合成酶:FabB(3-酮脂酰ACP合成酶I)和FabF(3-酮脂酰ACP合成酶II)。研究表明這2種酶都具有催化飽和脂肪酸合成的能力，但在不飽和脂肪酸合成中表現(xiàn)出明顯的差異。FabB負(fù)責(zé)不飽和脂肪酸的從頭合成，主要產(chǎn)生棕櫚油酰ACP，而FabF受溫度調(diào)控，負(fù)責(zé)棕櫚油酰ACP的延伸，形成順-11-十八烯酰ACP，用于調(diào)節(jié)膜磷脂中脂肪酸組成。植物病原菌野油菜黃單胞菌(Xanthomonas campestris)中也具有類似功能的同源蛋白FabB和FabF1，而FabF2不參與脂肪酸合成［12］。

嗜血流感細(xì)菌(Haemophilus influenzae)僅有3-酮脂酰ACP合成酶I:FabB。研究發(fā)現(xiàn)FabB參與該菌不飽和脂肪酸的從頭合成，但不具有延伸棕櫚油酰ACP形成順-11-十八烯脂酰ACP的能力。茄科雷爾氏菌(Ralstonia solanacearum)［3］、乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)、丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylicium)［13］、糞腸球菌(Enterococcus faecalis)基因組中都沒(méi)有FabB同源蛋白，但其FabF同源蛋白都具有3-酮脂酰ACP合成酶I和II的雙功能。但這一現(xiàn)象并不普遍，馬金成等［14］研究了枯草芽胞桿菌(Bacillus subtilis)、中華苜蓿根瘤菌(Sinorhizobiummeliloti)、霍亂弧菌(Vibrio cholera)和銅綠假單胞菌(Pseudomonas aeruginosa)來(lái)源的FabF同源蛋白，結(jié)果顯示只有銅綠假單胞菌FabF2具有類似于大腸埃希菌FabB和FabF的雙功能，而其他的FabF都不具有3-酮脂酰ACP合成酶I的活性。

2.23 -酮脂酰ACP合成酶III的多樣性

3-酮脂酰ACP合成酶III(FabH)催化脂肪酸合成的起始步驟，是細(xì)菌脂肪酸合成的關(guān)鍵酶，已成為重要的抗菌藥物篩選靶點(diǎn)［2］。不同種屬的FabHs都含有Cys-His-Asn催化三聯(lián)體結(jié)構(gòu)，但其酰基結(jié)合口袋大小和性狀不同，使得FabH對(duì)不同鏈長(zhǎng)的脂酰-CoA具有底物特異性。其中大腸埃希菌FabH僅對(duì)乙酰-CoA活性高，枯草芽胞桿菌FabH對(duì)支鏈脂酰-CoA活性高，對(duì)C4～C8的脂酰-CoA也有活性，結(jié)核分枝桿菌(Mycobacterium tuberculosis)FabH對(duì)長(zhǎng)鏈(C10～C16)脂酰-CoA活性較高，而對(duì)短鏈脂酰-CoA沒(méi)有活性。

銅綠假單胞菌基因組中沒(méi)有fabH同源基因，但能利用FabY(PA5174)催化脂肪酸合成起始。FabY的結(jié)構(gòu)與3-酮脂酰ACP合成酶I和II類似，但能催化乙酰-CoA與丙二酸單酰ACP縮合，催化脂肪酸起始反應(yīng)。FabY對(duì)丁酰-CoA和己酰-CoA也具有活性，但不能利用長(zhǎng)鏈脂酰-CoA進(jìn)行脂肪酸的合成［15］。另外，銅綠假單胞菌編碼的PA3286也具有3-酮脂酰ACP合成酶III的活性。PA3286具有FabH結(jié)構(gòu)域，但其分子量比FabH大，能利用中長(zhǎng)鏈脂酰-CoA(辛脂酰-CoA等)起始脂肪酸的合成。研究認(rèn)為，PA3286是銅綠假單胞菌中連接脂肪酸分解代謝和合成代謝的橋梁［16］。

茄科雷爾氏菌基因組中除編碼大腸埃希菌FabH同源蛋白R(shí)sFabH之外，還編碼新型3-酮脂酰ACP合成酶III——RsFabW。RsFabW是PA3286同源蛋白，但能利用中短鏈(C2～C10)脂酰-CoA起始脂肪酸合成。另外，RsFabW還能催化脂酰ACP(C4-ACP～C8-ACP)與丙二酸單酰-ACP縮合，合成新的脂肪酸鏈，推測(cè)RsFabW在茄科雷爾氏菌的脂肪酸合成中發(fā)揮特殊作用［17］。

2.3 烯脂酰ACP還原酶的多樣性

烯脂酰ACP還原酶催化反-2-烯脂酰ACP還原生成飽和脂肪酸，是脂肪酸合成循環(huán)的最后一步反應(yīng)，也是脂肪酸合成調(diào)節(jié)的關(guān)鍵步驟，因此該酶也是抗菌藥物篩選的重要靶點(diǎn)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的烯脂酰ACP還原酶有4種類型，不同類型的酶學(xué)特征存在差異，表現(xiàn)出較為復(fù)雜的多樣性(如表1)。

表1 不同類型的烯脂酰ACP還原酶比較Table 1Comparison of different types of enoyl-ACP reductase

2.3.1 烯脂酰ACP還原酶I(FabI)FabI是最早發(fā)現(xiàn)的烯脂酰ACP還原酶。許多細(xì)菌都編碼FabI，序列上有較高的相似性(＞40%)，都含有保守的Tyr-(Xaa)6-Lys催化活性中心序列。FabI催化活性依賴于輔因子NADH，受到三氯生等抑制。流產(chǎn)布氏桿菌基因組中有2個(gè)fabI同源基因，所編碼蛋白都具有催化活性中心Tyr-(Xaa)6-Lys序列，體內(nèi)、體外酶學(xué)分析都表現(xiàn)出烯脂酰ACP還原酶活性，參與細(xì)菌脂肪酸合成［18］。

2.3.2 烯脂酰ACP還原酶II(FabK)FabK是在肺炎鏈球菌(Streptococcus pneumoniae)中發(fā)現(xiàn)的。FabK與大腸埃希菌FabI沒(méi)有序列同源性，是包含F(xiàn)AD的NADH依賴的烯脂酰ACP還原酶，活性不被三氯生抑制［19］。糞腸球菌同時(shí)編碼FabI和FabK，但fabK基因缺陷株能正常生長(zhǎng)，說(shuō)明FabK在脂肪酸合成過(guò)程作用不大，主要用于調(diào)節(jié)脂肪酸的組成，同時(shí)FabK也不是糞腸球菌對(duì)三氯生耐受的原因［19］。

2.3.3 烯脂酰ACP還原酶III(FabL)枯草芽胞桿菌不僅編碼FabI，還編碼另一種烯脂酰ACP還原酶FabL，其序列與大腸埃希菌FabI相似度較低，但具有相同的催化活性中心Tyr-(Xaa)6-Lys。FabL對(duì)三氯生耐受(＞2 000 μg/mL)，催化反應(yīng)以NADPH為輔因子［20］。

2.3.4 烯脂酰ACP還原酶IV(FabV)第4種烯脂酰ACP還原酶FabV是從霍亂弧菌中發(fā)現(xiàn)的［21］。FabV與FabI、FabL類似，都屬于短鏈脫氫酶(SDR)家族，以NADH為催化輔因子。但FabV與FabI、FabL序列相似性很低，催化活性中心也不同(Tyr-(Xaa)8-Lys)［22］。銅綠假單胞菌基因組編碼FabI和FabV，而FabV是其對(duì)三氯生高度耐受(＞2 000 μg/mL)的原因［23］。同時(shí)銅綠假單胞菌FabV影響QS信號(hào)分子的合成，與細(xì)胞黏附、致病力等緊密相關(guān)，認(rèn)為是控制銅綠假單胞菌感染的重要靶點(diǎn)［24］。

2.43 -酮脂酰ACP還原酶的多樣性

3-酮脂酰ACP還原酶(FabG)催化酮脂酰ACP還原為3-羥脂酰ACP，是脂肪酸合成的關(guān)鍵還原反應(yīng)。細(xì)菌中FabG高度保守，認(rèn)為是重要的藥物作用靶點(diǎn)，但3-酮脂酰ACP還原酶的多樣性報(bào)道較少。在中華苜蓿根瘤菌中，與節(jié)瘤相關(guān)的基因簇中nodG基因與大腸埃希菌fabG同源，體外活性研究顯示其編碼產(chǎn)物具有FabG活性，但體內(nèi)需過(guò)表達(dá)nodG才能代替fabG(未發(fā)表數(shù)據(jù))。同源性分析發(fā)現(xiàn)，茄科雷爾氏菌基因組中含有多個(gè)fabG同源基因，體外酶活測(cè)定結(jié)果顯示其編碼產(chǎn)物都具有酮脂酰ACP還原酶活性，但只有FabG1參與菌體脂肪酸的合成，其他基因的生物功能還不清楚。野油菜黃單胞菌中也有多個(gè)大腸埃希菌fabG的同源基因，異體遺傳互補(bǔ)和體外活性檢測(cè)結(jié)果顯示，其編碼產(chǎn)物具有3-酮脂酰ACP還原酶活性，但在脂肪酸合成中的具體功能還有待研究。

3 不飽和脂肪酸合成的多樣性

不飽和脂肪酸(UFA)具有較低的熔點(diǎn)，其相對(duì)含量直接影響細(xì)胞膜的物理性質(zhì)，是細(xì)菌細(xì)胞調(diào)節(jié)膜流動(dòng)性的重要分子。不同細(xì)菌也采用不同的方式合成不飽和脂肪酸，主要分為厭氧途徑和需氧途徑。

3.1 不飽和脂肪酸合成的厭氧途徑

大腸埃希菌采用厭氧途徑合成不飽和脂肪酸，由3-羥基癸脂酰ACP脫水異構(gòu)酶(FabA)和3-酮脂酰ACP聚合酶I(FabB)2個(gè)關(guān)鍵酶參與。脂肪酸合成循環(huán)反應(yīng)中3-羥基癸脂酰ACP被FabA脫水異構(gòu)生成順-3-癸烯脂酰ACP，該產(chǎn)物不能被FabI催化，從而跳過(guò)還原步驟，直接在FabB催化下進(jìn)入下個(gè)循環(huán)反應(yīng)，最終保留雙鍵形成棕櫚油酸(C16:1)或順型異油酸(C18:1) (如圖2)。

但FabA-FabB途徑僅存在于變形桿菌(Proteobacteria)α和γ類群中，而在革蘭陽(yáng)性菌如鏈球菌、梭菌基因組中沒(méi)有fabA-fabB同源基因。在乳酸乳球菌中，F(xiàn)abZ1類似于大腸埃希菌FabA，具有脫水異構(gòu)功能，是不飽和脂肪酸合成的關(guān)鍵酶，而FabZ2類似于FabZ只有脫水功能［25］。在糞腸球菌中，F(xiàn)abZ1類似于FabZ，但具有3-羥基癸脂酰ACP脫水酶和異構(gòu)酶的雙重活性，F(xiàn)abF1則將順-3-癸烯酰ACP延伸，合成不飽和脂肪酸(如圖2)。肺炎鏈球菌編碼的反-2-順-3-烯酰ACP異構(gòu)酶FabM，能將由FabZ催化脫水產(chǎn)生的反-2-癸烯酰ACP異構(gòu)化，生成順-3-癸烯酰ACP，進(jìn)一步在FabF催化下延伸合成不飽和脂肪酸(如圖2)。

圖2 大腸埃希菌、肺炎鏈球菌、糞腸球菌不飽和脂肪酸合成的多樣性Fig.2The variations of UFA synthesis in E.coli，S.pneumoniae and E.faecalis

綠淺氣球菌(Aerococcus viridans)中只有一個(gè)fabA/fabZ的同源基因fabQ，在不飽和脂肪酸合成中FabQ還具有異構(gòu)化功能。體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)都證明，在FabQ和FabF共同作用下，順-3-月桂烯酰ACP被進(jìn)一步延伸，最終合成不飽和脂肪酸。當(dāng)合成過(guò)程中3-羥基脂酰ACP再次在FabQ作用下脫水、異構(gòu)，并在大腸埃希菌FabB催化下聚合延伸，從而生產(chǎn)多不飽和脂肪酸，提供了一種在細(xì)菌中合成多不飽和脂肪的途徑［26］。

3.2 不飽和脂肪酸合成的需氧途徑

細(xì)菌中不飽和脂肪酸合成的需氧途徑最早是在枯草芽胞桿菌中報(bào)道的。通過(guò)冷誘導(dǎo)枯草芽胞桿菌的脫飽和酶基因desA表達(dá)，使膜磷脂中棕櫚酸Δ5位脫飽和，生成順-5-十六烯酸，提高不飽和脂肪酸含量。銅綠假單胞菌有2條不飽和脂肪酸合成的需氧途徑——DesA和DesB，其中DesA能催化膜磷脂中2位脂肪酸發(fā)生脫飽和(Δ9)，生成不飽和脂肪酸;DesB是一個(gè)誘導(dǎo)型的脂酰-CoA脫飽和酶(Δ9)，其表達(dá)受到DesT的調(diào)節(jié)抑制［27］。

蠟樣芽胞桿菌(Bacillus cereus)合成Δ5、Δ10不飽和脂肪酸，以及Δ5Δ10雙不飽和脂肪酸，編碼兩種脂酰-酯脫飽和酶DesA(BC2983，Δ5)和DesB(BC0400，Δ10)。其中DesA以鐵氧化蛋白和黃素氧化蛋白(Fld)為電子供體，而DesB以Fld為電子供體，低溫處理誘導(dǎo)desA和desB基因的表達(dá)，可提高不飽和脂肪酸含量［28］。苜蓿中華根瘤菌編碼脫飽和酶SmDesA，能將飽和脂肪酸脫飽和，但SmDesA參與的脫飽和途徑可能是苜蓿中華根瘤菌不飽和脂肪酸合成的補(bǔ)償途徑，但在應(yīng)對(duì)逆境脅迫和共生結(jié)瘤中具有重要的生物學(xué)功能［29］。

4 支鏈脂肪酸合成的多樣性

支鏈脂肪酸含有末端甲基，影響磷脂堆積，降低分子間范德華力及細(xì)胞膜相變溫度，因此改變細(xì)胞膜中支鏈脂肪酸含量是一些細(xì)菌應(yīng)對(duì)低溫等逆境的常用方式。

研究表明，細(xì)菌能否合成支鏈脂肪酸，與其脂肪酸合成系統(tǒng)中3-酮脂酰ACP合成酶III(FabH)的底物專一性有關(guān)。大腸埃希菌FabH對(duì)乙酰-CoA具有很高的活性，而對(duì)支鏈脂酰-CoA沒(méi)有活性，最終只合成直鏈脂肪酸而不合成支鏈脂肪酸(如圖3)。但枯草芽胞桿菌FabH對(duì)乙酰-CoA活性不高，而對(duì)支鏈脂酰-CoA前體(包括異丁酰-CoA、異戊酰-CoA和2-甲基丁酰-CoA)活性高，最終合成大量的支鏈脂肪酸，而直鏈脂肪酸含量很低(如圖3)。革蘭陽(yáng)性細(xì)菌如天藍(lán)色鏈霉菌、金黃色葡萄球菌以及單增李斯特菌的FabHs也都具有類似的底物選擇性，因此最終主要合成支鏈脂肪酸［30］。

圖3 支鏈脂肪酸與直鏈脂肪酸合成前體的差別Fig.3Different primers for branched and straight-chain fatty acids biosynthesis

支鏈脂肪酸的合成還與支鏈脂酰-CoA前體的產(chǎn)生有關(guān)。支鏈氨基酸(纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸)在支鏈氨基酸氨基轉(zhuǎn)移酶催化下，生成相應(yīng)的α-酮基支鏈羧酸，進(jìn)一步在脫氫酶催化下生成支鏈脂酰-CoA，用于支鏈脂肪酸的合成。變異鏈球菌(Streptococcus mutans)中氨基轉(zhuǎn)移酶失活后，影響菌體的生長(zhǎng)和支鏈脂肪酸的合成［31］。

5 問(wèn)題與展望

經(jīng)過(guò)幾十年的研究，細(xì)菌脂肪酸的合成機(jī)制已基本清晰。關(guān)于不同細(xì)菌間脂肪酸合成代謝多樣性的報(bào)道也越來(lái)越多，引起研究者的重視，尤其是致病性細(xì)菌的脂肪酸合成代謝多樣性已成為研究熱點(diǎn)。

細(xì)菌脂肪酸合成代謝調(diào)控也是未來(lái)重點(diǎn)研究的領(lǐng)域，目前報(bào)道較多的是關(guān)于FadR和FabR對(duì)細(xì)菌脂肪酸降解與合成的調(diào)控。FadR在大腸埃希菌脂代謝中發(fā)揮重要作用，抑制脂肪酸的降解代謝，同時(shí)活化脂肪酸合成的FabA-FabB途徑;而FabR是轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)，平衡不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸比例［32］。但細(xì)菌脂肪酸合成途徑中關(guān)鍵步驟是如何被調(diào)控的，脂肪酸合成代謝與其他基礎(chǔ)代謝是如何關(guān)聯(lián)與調(diào)控的，以及培養(yǎng)條件等因素是如何影響細(xì)菌脂肪酸代謝等問(wèn)題，都需進(jìn)一步深入研究。

細(xì)菌脂肪酸合成酶系與真核生物不同，以此作為潛在的藥物作用靶點(diǎn)，篩選出克服耐藥性、選擇性高、毒性低的靶點(diǎn)抑制劑，已成為抗菌藥物研發(fā)的熱點(diǎn)領(lǐng)域。細(xì)菌脂肪酸合成酶系中有多個(gè)靶點(diǎn)，包括乙酰輔酶A羧化酶、脂肪酸縮合酶、脂酰轉(zhuǎn)移酶、烯脂酰ACP還原酶等。盡管已有很多靶點(diǎn)抑制劑的研究報(bào)道，如FabI抑制劑異煙肼(isoniazid)是臨床治療結(jié)核病的常用藥物，但針對(duì)脂肪酸合成體系，開發(fā)出新的抗菌藥物仍具有廣闊前景［33］。細(xì)菌脂肪酸合成代謝機(jī)制高度保守，可研發(fā)出廣譜抗菌藥物;而細(xì)菌間催化個(gè)別反應(yīng)的酶也存在多樣性，又為開發(fā)特異性抗菌藥物提供了可能。

群體感應(yīng)是細(xì)菌間交流的一種重要方式。研究表明，革蘭陰性細(xì)菌的脂肪酸合成代謝為群體感應(yīng)信號(hào)分子的合成提供前體。但群體感應(yīng)信號(hào)分子的合成機(jī)制，以及與脂肪酸合成代謝之間的調(diào)控等問(wèn)題，還有待進(jìn)一步探索。另外，群體感應(yīng)對(duì)細(xì)菌的致病性有重要作用，篩選抑制群體感應(yīng)信號(hào)分子合成的化合物，也成為新型抗菌藥物的研究方向。

聚酮體合成途徑與脂肪酸合成途徑相似性很高，但兩者利用不同的催化酶體系。深入研究鏈霉菌的脂肪酸合成機(jī)制以及聚酮體合成途徑，將有利于通過(guò)基因改造的方法提高通過(guò)聚酮體途徑合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物(如大環(huán)內(nèi)酯類抗生素等)產(chǎn)量。

通過(guò)利用、改造細(xì)菌脂肪酸合成途徑，獲得具有商業(yè)價(jià)值的工程菌將是另一個(gè)研究方向。R-3-羥基脂肪酸含有一個(gè)手性中心和2個(gè)容易被修飾的功能基團(tuán)(-OH和-COOH)，可用作精細(xì)化工產(chǎn)品的前體，用于合成如抗生素、維生素、芳香劑等多種化學(xué)品，具有重要的價(jià)值，但化學(xué)合成R-3-羥基脂肪酸工藝復(fù)雜，成本高，生物合成克服了以上缺點(diǎn)。細(xì)菌脂肪酸代謝過(guò)程中產(chǎn)生大量的R-3-羥基脂肪酸中間產(chǎn)物，以胞外分泌物組分(如鼠李糖脂)和胞內(nèi)碳源(能量)的貯藏物質(zhì)(如聚羥基脂肪酸酯，簡(jiǎn)稱PHA)等形式存在。通過(guò)基因重組技術(shù)利用大腸埃希菌生產(chǎn)PHA等已有報(bào)道，但要獲得不同鏈長(zhǎng)的單一組分R-3-羥基脂肪酸還需要深入研究。

隨著化學(xué)能源的日益枯竭，生物燃料逐漸被重視。當(dāng)前，通過(guò)基因工程手段，改造大腸埃希菌脂肪酸代謝系統(tǒng)以及相關(guān)的分泌系統(tǒng)等，獲得能產(chǎn)生大量自由脂肪酸(FFA)及其衍生物的工程菌，為生產(chǎn)新一代生物材料提供了可能［34］。如何更優(yōu)化地改造脂肪酸代謝系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)控方法提高脂肪酸產(chǎn)量，利用更廉價(jià)的原料獲得更高的產(chǎn)出等問(wèn)題，將是生物能源領(lǐng)域未來(lái)研究的重點(diǎn)方向。

［1］Parsons J B，Rock C O.Bacterial lipids:metabolism and membrane homeostasis［J］.Prog Lipid Res，2013，52(3): 249-276.

［2］Song H，Ao G-Z，Li H-Q.Novel FabH inhibitors:an updated article literature review(July 2012 to June 2013)［J］.Expert opinion on therapeutic patents，2014，24(1):19-27.

［3］Cheng J，Ma J，Lin J，et al.Only One of the Five Ralstonia solanacearum Long-Chain 3-Ketoacyl-Acyl Carrier Protein Synthase Homologues Functions in Fatty Acid Synthesis［J］.Appl Environ Microb，2012，78(5):1563-1573.

［4］Zhang Y M，Rock C O.Membrane lipid homeostasis in bacteria［J］.Nat Rev Microbiol，2008，6(3):222-233.

［5］Wang X，Quinn P J.Lipopolysaccharide:Biosynthetic pathway and structure modification［J］.Prog Lipid Res，2010，49(2): 97-107.

［6］Geske G D，O＇Neill J C，Miller D M，et al.Comparative analyses of N-acylated homoserine lactones reveal unique structural features that dictate their ability to activate or inhibit quorum sensing［J］.Chembiochem，2008，9(3):389-400.

［7］Bi H，Christensen Q H，F(xiàn)eng Y，et al.The Burkholderia cenocepacia BDSF quorum sensing fatty acid is synthesized by a bifunctional crotonase homologue having both dehydratase and thioesterase activities［J］.Mol Microbiol，2012，83(4):840-855.

［8］Zhou L，Yu Y，Chen X，et al.The Multiple DSF-family QS Signals are Synthesized from Carbohydrate and Branched-chain Amino Acids via the FAS Elongation Cycle［J］.Scientific reports，2015，5:13294.

［9］Lin S，Cronan J E.Closing in on complete pathways of biotin biosynthesis［J］.Mol Biosyst，2011，7(6):1811-1821.

［10］Zhu K，Rock C O.RhlA converts beta-hydroxyacyl-acyl carrier protein intermediates in fatty acid synthesis to the beta-hydroxydecanoyl-beta-hydroxydecanoate component of rhamnolipids in Pseudomonas aeruginosa［J］.J Bacteriol，2008，190(9): 3147-3154.

［11］Joseph J.Fattening by deprivation:methyl balance and perinatal cardiomyopathy［J］.J Pathology，2011，225(3):315-317.

［12］董會(huì)娟，余永紅，王海洪，等.野油菜黃單胞菌中長(zhǎng)鏈3-酮脂酰ACP合成酶的鑒定［J］.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，36(2):49-54.

［13］Zhu L，Cheng J，Luo B，et al.Functions of the Clostridium acetobutylicium FabF and FabZ proteins in unsaturated fatty acid biosynthesis［J］.BMC Microbiol，2009，9:119-130.

［14］馬金成，鄧麗婷，童文華，等.五個(gè)3-酮脂酰ACP合成酶同源蛋白的功能鑒定［J］.生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，2014，41(9):887-895.

［15］Yuan Y，Sachdeva M，Leeds J A，et al.Fatty acid biosynthesis in Pseudomonas aeruginosa is initiated by the FabY class of beta-ketoacyl acyl carrier protein synthases［J］.J Bacteriol，2012，194(19):5171-5184.

［16］Yuan Y，Leeds J A，Meredith T C.Pseudomonas aeruginosa directly shunts beta-oxidation degradation intermediates into de novo fatty acid biosynthesis［J］.J Bacteriol，2012，194(19): 5185-5196.

［17］Ya-Hui Mao J-C M，F(xiàn)eng Li，et al.Ralstonia solanacearum RSp0194 Encodes a Novel 3-Keto-Acyl Carrier Protein Synthase III［J］.Plos One，2015，10(8):e0136261.

［18］雷鳴，馬金成，王海洪.流產(chǎn)布氏桿菌烯脂酰ACP還原酶的鑒定［J］.生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，2012，39(5): 464-471.

［19］Zhu L，Bi H，Ma J，et al.The Two Functional Enoyl-Acyl Carrier Protein Reductases of Enterococcus faecalis Do Not Mediate Triclosan Resistance［J］.mBio，2013，4(5):e00613-13.

［20］Kim K H，Ha B H，Kim S J，et al.Crystal structures of Enoyl-ACP reductases I(FabI)and III(FabL)from B.subtilis［J］.J Mol Biol，2011，406(3):403-415.

［21］Massengo-Tiasse R P，Cronan J E.Vibrio cholerae FabV defines a new class of enoyl-acyl carrier protein reductase［J］.J Biol Chem，2008，283(3):1308-1316.

［22］Li H，Zhang X，Bi L，et al.Determination of the crystal structure and active residues of FabV，the enoyl-ACP reductase from Xanthomonas oryzae［J］.PLoS One，2011，6(10):e26743.

［23］Zhu L，Lin J，Ma J，et al.Triclosan resistance of Pseudomonas aeruginosa PAO1 is due to FabV，a triclosan-resistant enoyl-acyl carrier protein reductase［J］.Antimicrob Agents Chemother，2010，54(2):689-698.

［24］Mou R，Bai F，Duan Q，et al.Mutation of pfm affects the adherence of Pseudomonas aeruginosa to host cells and the quorum sensing system［J］.FEMS microbiol lett，2011，324(2): 173-180.

［25］Bushby K，F(xiàn)inkel R，Wong B，et al.Ataluren treatment of patients with nonsense mutation dystrophinopathy［J］.Muscle＆nerve，2014，50(4):477-487.

［26］Bi H，Wang H，Cronan J E.FabQ，a dual-function dehydratase/isomerase，circumvents the last step of the classical fatty acid synthesis cycle［J］.Chem Biol，2013，20(9):1157-1167.

［27］Zhu K，Choi K H，Schweizer H P，et al.Two aerobic pathways for the formation of unsaturated fatty acids in Pseudomonas aeruginosa［J］.Mol Microbiol，2006，60(2):260-273.

［28］Chazarreta Cifre L，Alemany M，de Mendoza D，et al.Exploring the biosynthesis of unsaturated fatty acids in Bacillus cereus ATCC 14579 and functional characterization of novel acyl-lipid desaturases［J］.Appl Environ Microbiol，2013，79(20): 6271-6279.

［29］馬金成，周俊超，吳楚云，等.苜蓿中華根瘤菌desA基因功能的鑒定［J］.生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展，2015，42(8): 740-749.

［30］Singh A K，Zhang Y M，Zhu K，et al.FabH selectivity for anteiso branched-chain fatty acid precursors in low-temperature adaptation in Listeria monocytogenes［J］.FEMS Microbiol Lett，2009，301(2):188-192.

［31］Santiago B，Marek M，F(xiàn)austoferri R C，et al.The Streptococcus mutans aminotransferase encoded by ilvE is regulated by CodY and CcpA［J］.J Bacteriol，2013，195(16):3552-3562.

［32］Feng Y，Cronan J E.The Vibrio cholerae fatty acid regulatory protein，F(xiàn)adR，represses transcription of plsB，the gene encoding the first enzyme of membrane phospholipid biosynthesis［J］.Mol Microbiol，2011，81(4):1020-1033.

［33］Parsons J B，Rock C O.Is bacterial fatty acid synthesis a valid target for antibacterial drug discovery［J］.Curr Opin Microbiol，2011，14:1-6.

［34］Helge Jans Janen，Steinbüchel A.Fatty acid synthesis in Escherichia coli and its applications towards the production of fatty acid based biofuels［J］.Biotechnol for Biofuels，2014，7(7): 1-26.

Advances in Fatty Acid Biosynthetic Diversity in Bacteria

YU Yong-hong1，MA Jian-rong1，WANG Hai-hong2
(1.Guangdong Food＆Drug Vocational Coll.，Guangzhou 510520;2.Coll.of Life Sci.，S.China Agric.Uni./Guangdong Prov.Key Lab.of Protein Funct’n＆Regulat’n in Agric.Organisms，Guangzhou 510642)

Differ from mammalian and fungal system(FAS I)adopting type I fatty acid synthetic system，bacteria adopt type II fatty acid synthetic system，each step of the reactions is catalyzed by independent enzymes，therefore，the synthetic enzyme of bacterial fatty acid is a fine target to study antibiotic medicine.The studies have showed that fatty acid synthetic enzymes take part in different bacteria all have relatively high diversity，and different kinds of fatty acid，the synthetic forms are not fully the same.These respects were summarized in this paper.

fatty acids synthesis;diversity;unsaturated fatty acids;branched-chain fatty acids

Q93

A

1005－7021(2016)04－0076－08

10.3969/j.issn.1005－7021.2016.04.014

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目(2015CB150604);廣東省自然科學(xué)基金自由申請(qǐng)項(xiàng)目(1414050001652);廣東食品藥品職業(yè)學(xué)院院級(jí)課題(2015YZ006)

余永紅男，講師。研究方向?yàn)槲⑸锘蚬δ芘c調(diào)控。E-mail:yuyongh1228@163.com

*通訊作者。男，教授，博士生導(dǎo)師。研究方向?yàn)槲⑸镏舅岷铣上嚓P(guān)生理代謝。E-mail:wanghh36@scau.edu.cn

2015-09-06;

2015-09-28