来源：Adv Sci (Weinh) | 编译：DNA Lab Space
结核病至今仍是全球致死率最高的传染病之一。耐多药菌株的持续蔓延，让临床对全新作用机制抗生素的渴求愈发迫切。德国亥姆霍兹感染研究中心（HZI）的团队从黏细菌提取物库中筛出一枚“遗珠”——天然产物corramycin，它不仅对敏感和耐药结核分枝杆菌均显示强效杀菌活性，还通过一种前所未有的DNA旋转酶毒杀方式，绕过了氟喹诺酮类药物的经典耐药机制。冷冻电镜结构揭示，corramycin的结合位点与合成氟喹诺酮部分重叠，却以不同的空间构象将旋转酶锁死在失活状态，从而实现对耐药菌株的突破。这项研究以“The Natural Product Corramycin Acts as a DNA Gyrase Poison and Overcomes Fluoroquinolone Resistance in Mycobacterium tuberculosis”为题，发表于《Advanced Science》（DOI: 10.1002/advs.202502571）。
研究背景
结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis，Mtb）是导致结核病的元凶，2023年全球新发结核病例超过1080万，其中耐多药病例约40万。尽管贝达喹啉和普托马尼等新药相继问世，耐多药和广泛耐药菌株的治疗选择依然捉襟见肘。氟喹诺酮类药物（如莫西沙星、左氧氟沙星）是耐多药结核治疗方案的核心支柱，它们通过抑制DNA旋转酶（gyrase）和拓扑异构酶IV来阻断DNA复制。然而，gyrase A亚基（GyrA）第90位或91位氨基酸的突变，以及外排泵的过表达，已让大量临床菌株对氟喹诺酮失去响应。
天然产物历来是抗生素发现的富矿。黏细菌（myxobacteria）是一类革兰氏阴性土壤细菌，其次级代谢产物谱系丰富，已贡献了epothilone、sorangicin等知名活性分子。德国感染研究中心（DZIF）维护的黏细菌提取物库，正是本研究筛选的起点。Corramycin此前仅被报道为一种窄谱肽类抗生素，主要抑制大肠杆菌，对哺乳动物细胞系无细胞毒性。本研究意外发现它对Mtb具有强效杀菌活性，并深入解析了其作用机制。
研究方法
菌株与培养体系。 研究使用的微生物菌株来自德国微生物和细胞培养物保藏中心（DSMZ）、美国典型培养物保藏中心（ATCC）、大肠杆菌遗传保藏中心（Coli Genetic Stock Center）以及内部菌株库。金黄色葡萄球菌Newman菌株由萨尔大学医院M. Bischoff提供，大肠杆菌WO153由美国东北大学K. Lewis提供。所有涉及毒力Mtb菌株的实验均在BSL-3实验室中由受过培训的人员按照生物安全规定完成。人外周血细胞的分离和实验方案经吕贝克大学伦理委员会批准（编号AZ2023-450_1），所有志愿者均签署书面知情同意书。
最低抑菌浓度（MIC）测定。 Corramycin储备液以二甲基亚砜（DMSO）配制。MIC测定采用肉汤微量稀释法，遵循EUCAST指南（ISO 20776-1:2019）。具体操作：在无菌96孔板中，将corramycin进行连续二倍稀释，浓度范围为0.03125至64 µM，每孔加入75 µL阳离子调节的Mueller-Hinton肉汤（MHB2），随后加入等体积的细菌悬液，37°C孵育18小时。对于肺炎链球菌，使用MHF肉汤（MHB2中添加5%裂解马血和20 mg/L β-NAD），并在37°C、5% CO₂条件下孵育。MIC定义为完全抑制微生物可见生长的最低抗生素浓度。耻垢分枝杆菌（M. smegmatis）的MIC测定采用相同方法，但培养基更换为Middlebrook 7H9完全培养基。原文摘要未详述所有菌株的具体MIC测定细节，但上述参数已覆盖主要流程。
黏细菌提取物库筛选。 研究团队筛选了DZIF天然化合物库中2,552种黏细菌粗提物，以Mtb Erdman菌株为靶标，采用刃天青还原微量滴定法（REMA）进行初筛。初筛确认的阳性率为4.0%，即102种提取物显示出可重复的Mtb抑制活性。随后，所有阳性提取物通过高效液相色谱-高分辨质谱（HPLC/HRMS）分析，并利用内部数据库Myxobase进行去重复化（dereplication），排除了46种含有泛活性化合物（如saframycins）或已知抗Mtb天然产物（如sorangicins）的提取物。在剩余56个阳性提取物中，Corallococcus coralloides MCy10984菌株的粗提物尤为突出——它不仅抑制Mtb Erdman，还对异烟肼和利福平耐药菌株有效，且对HepG2细胞无毒性。通过分级分离粗提物并检测各组分对Mtb的活性，研究团队确认抗Mtb活性确实来源于corramycin。
冷冻电镜结构解析。 为揭示corramycin与Mtb旋转酶的结合模式，研究团队解析了Mtb旋转酶与corramycin复合物的冷冻电镜（cryo-EM）结构。原文摘要未详述具体的样品制备条件和电镜参数，但结构分辨率足以清晰分辨配体结合位点。
细菌摄入机制分析。 为探究corramycin如何进入细菌细胞，研究团队构建了多种转运系统缺陷突变株，比较了野生型与突变株对corramycin的敏感性差异。原文摘要未详述具体突变株清单和实验参数。
研究结果
筛选命中：从2,552种提取物到corramycin。 对2,552种黏细菌粗提物的REMA筛选，得到4.0%的确认阳性率，即102种提取物抑制Mtb Erdman。去重复化剔除46种含已知活性成分的提取物后，56种进入复筛。C. coralloides MCy10984的粗提物同时抑制Mtb Erdman、异烟肼耐药株和利福平耐药株，且对HepG2细胞无毒性。分级分离实验明确将抗Mtb活性归因于corramycin——纯化的corramycin对多种Mtb菌株的MIC值在原文结果部分有详细记载，但摘要未提供具体数值。
杀菌活性与耐药菌覆盖。 Corramycin对药物敏感和耐药Mtb均显示强效杀菌活性。原文摘要明确其“对药物敏感和耐药结核分枝杆菌均具有强效杀菌活性”，但未在摘要中列出具体MIC数值。值得注意的是，corramycin对Mtb的活性显著强于其对其他细菌的窄谱活性——此前该化合物仅被认为主要抑制大肠杆菌。
多转运系统介导的细菌摄入。 Corramycin并非通过被动扩散进入Mtb，而是利用多种细菌转运系统主动进入细胞。原文摘要指出“corramycin通过利用多种转运系统进入细菌细胞”，这意味着抑制单个转运蛋白可能不足以阻断其摄入，也部分解释了其对耐药菌株的广谱活性。
新型DNA旋转酶毒杀机制。 Corramycin诱导Mtb DNA双链断裂，但其方式与经典氟喹诺酮不同。冷冻电镜结构显示，corramycin结合在Mtb旋转酶的一个位点，该位点与合成氟喹诺酮的结合位点部分重叠。然而，corramycin的结合方式独特——它将旋转酶锁定在失活构象，阻止DNA的重新连接（re-ligation），从而造成不可逆的DNA损伤。这一机制在分子层面上解释了为何corramycin能够克服氟喹诺酮耐药——耐药菌株的GyrA突变恰恰破坏了氟喹诺酮的结合，而corramycin与旋转酶的结合模式不受这些突变影响。
克服氟喹诺酮耐药。 原文摘要强调，corramycin独特的结合模式使其“能够克服氟喹诺酮耐药”。这意味着，即便临床分离株携带GyrA第90位或91位突变（如S90V、D94A等），corramycin依然能有效抑制旋转酶活性。这一特性在现有氟喹诺酮类药物中极为罕见，也让corramycin成为极具潜力的抗耐药结核药物先导化合物。
讨论与展望
Corramycin的发现，为抗结核药物研发提供了一个全新的化学骨架。与氟喹诺酮类不同，它不依赖与GyrA第90位或91位残基的直接相互作用，而是通过一种空间上部分重叠但结合模式迥异的方式锁定旋转酶。这解释了为何GyrA突变导致的氟喹诺酮耐药，对corramycin几乎无效——耐药突变破坏了氟喹诺酮的结合界面，却未影响corramycin的对接。
从药物开发角度看，corramycin的多转运系统摄入机制是一把双刃剑。一方面，它降低了细菌通过单点突变产生耐药的概率；另一方面，也意味着其药代动力学特性可能较为复杂。此外，该化合物对哺乳动物细胞系无细胞毒性，这是其作为抗结核药物先导物的有利条件。
当然，从天然产物到临床药物仍有漫漫长路。Corramycin的体内药效、毒性谱、水溶性、代谢稳定性等关键参数均需系统评估。其肽类结构也提示了潜在的优化空间——通过化学修饰增强抗菌活性、改善药代性质，或将corramycin与现有抗结核药物联用，都是值得探索的方向。这项研究不仅扩展了我们对DNA旋转酶毒杀机制的理解，也为应对全球结核病耐药危机提供了一条新路径。
参考来源
Fries F, Herrmann J, Dal Molin M, et al. The Natural Product Corramycin Acts as a DNA Gyrase Poison and Overcomes Fluoroquinolone Resistance in Mycobacterium tuberculosis. Advanced Science, 2025. DOI: 10.1002/advs.202502571. PMID: 42573571.
PMID: 42573571