【金研动态】JACS||氢氘交换质谱揭示金属β-内酰胺酶耐药性突变的调控机制

金属β-内酰胺酶（MBL）介导的抗生素耐药性是全球抗感染治疗的重大挑战，其中新德里金属β-内酰胺酶（NDM）凭借其广泛传播性和强水解能力，对碳青霉烯类等新一代抗生素表现出显著耐药性，成为全球抗微生物耐药性（AMR）危机中的核心威胁。此外，NDM的快速进化产生耐药突变体。超过50%的含M154L突变体通过增强锌离子亲和力和热稳定性，在锌离子匮乏环境下仍能维持高活性，同时对锌螯合类抑制剂（如曲霉明A，AMA）产生显著耐受，而其分子机制尚未明确。

浙江大学金华研究院黄丽文博士联合香港理工大学和香港大学研究团队通过整合氢氘交换质谱（HDX-MS）、分子动力学（MD）模拟及功能实验，系统解析了NDM及其M154L突变体的动态构象与耐药性关联。相较于传统X射线晶体学仅能捕捉静态结构的局限，HDX-MS可灵敏反映生理条件下蛋白构象的柔性变化，为解析动态构象与功能研究提供关键手段。

研究发现，不同机制的抑制剂（L/D卡托普利、依布硒、AMA）与NDM结合时，均会诱导α3-L8-β8区域发生显著的动态扰动，揭示该区域可能是此前未被识别的隐性变构位点。有趣的是，M154L突变位点正好落在此区域。进一步研究表明，该突变可使α3-L8及活性位点环（ASL）区域的氘代保护增强，从而有利于在锌离子匮乏环境下维持酶的活性构象。该研究还发现重塑α3-L8区域的构象柔性并不显著改变卡托普利结合引起的构象变化，但对锌离子相关抑制剂（如AMA和依布硒）呈现出截然相反的构象差异。结合计算机模拟和功能实验，研究结果确证了M154L突变与改变NDM对锌离子依赖具有直接关联，并揭示了E152位点氢键网络的关键作用。

附图1. 不同抑制剂与NDM及其变异体结合模式的PCA图

附图2. M154L突变诱导锌离子耐受的构象动态机制示意图

综上所述，该研究解析了三种不同抑制模式下金属β-内酰胺酶的动态构象，发现了金属β-内酰胺酶进化过程中与抗生素耐药与锌离子耐受相关的潜在位点，阐释了该酶在进化过程中产生耐药性的调控机制，为克服细菌耐药性提供了新的药物设计思路。

这一成果近期发表在化学领域TOP期刊Journal of the American Chemical Society上，文章的第一兼共同通讯作者是浙江大学金华研究院黄丽文博士，最后通讯作者是香港理工大学应用生物与化学技术系姚钟平教授，这也是该研究团队继2020年揭示A型β-内酰胺酶变构机制 （J. Am. Chem. Soc. 2020, 124, 13756-13767）后的又一重要研究成果。

文章信息：

1.Huang, L. W.;* Wong, T. F.; Cheng, Q. P; So, P. K.; Liu, M.; Li, X. C.; Chen, S.;* Yao, Z. P.* Inhibitor-Dependent Tolerance of New Delhi Metallo-β-lactamase Driven by Single Mutation-induced Conformational Changes, J. Am. Chem. Soc. 2025, https://doi.org/10.1021/jacs.5c05669.

黄丽文博士简介

2015年毕业于浙江大学药学院，2020年获得香港理工大学哲学博士学位。2022年底全职加入浙江大学金华研究院转化药学创制中心，是浙江大学与浙江大学金华研究院联合培养的博士后。获国家博士后海外引才专项、浙江省海外引进高层次青年人才、金华市“双龙”领军人才等项目资助。主持国家自然科学（青年）基金一项。2023年3月创办金华质科生物技术有限责任公司，专注于氢氘交换质谱技术的研发和产业化。研究方向包括蛋白质氢氘交换质谱及其在蛋白质相互作用、药物发现和质量评价等方面的应用。以第一作者身份在JACS、JBC、RCM等杂志发表研究论文。