第一作者：黄丽文

通讯作者：姚钟平/陈声/黄丽文

通讯单位：香港理工大学/ 浙江大学

论文DOI：10.1021/jacs.5c05669

近期，香港理工大学姚钟平团队联合浙江大学黄丽文博士（原香港理工大学姚钟平团队博士生）、香港理工大学陈声团队、香港大学李学臣团队通过氢氘交换质谱（HDX-MS）、分子动力学模拟（MD）和功能实验，系统研究了NDM及其M154L突变体的构象动态与耐药机制。研究揭示了该突变通过调控α3–L8–β9区域的构象灵活性增强酶在锌稀缺环境下的稳定性，还首次提出该区域作为变构调控中心的重要角色，为克服耐药性问题提供了新的靶点和设计思路。

新德里金属β-内酰胺酶（NDM）的广泛传播性和强水解能力使其对碳青霉烯类等新一代抗生素表现出显著耐药性，成为全球抗感染治疗的严重威胁。由于NDM活跃的基因水平转移能力和快速进化特性，其变异株在全球范围内扩散，如临床检出率超过50% 的 M154L 突变体。该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耐药性，且对现有锌螯合类抑制剂（如曲霉明A，AMA）产生显著耐受，而其分子机制尚未明确。

a）多维技术联用：整合HDX-MS、分子动力学模拟和功能实验，在溶液环境中捕捉NDM及其突变体的构象动态。

b）发现隐藏变构区域：揭示α3–L8–β9区域作为构象调控枢纽，响应不同抑制剂并引导全局结构变化。

c）突变体机制阐释：阐明M154L突变通过提高区域柔性、优化锌离子结合，实现在低锌环境下的功能维持。

d）提出靶向策略：指出该区域可作为新型抑制剂的理想靶点，推动构象导向的药物设计。

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。

图1. 不同抑制剂与NDM及其变异体结合模式的PCA图

值得注意的是，M154L突变位点正落在此区域。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。

图 | M154L突变诱导锌离子耐受的构象动态机制示意图

综上所述，本研究综合采用氢氘交换质谱、分子动力学模拟及功能实验，分析了三种不同抑制模式下金属β-内酰胺酶的动态构象，发现了其在进化过程中与抗生素耐药与锌离子耐受相关的潜在位点。该突破挑战了“突变仅优化活性中心”的传统认知，揭示“构象选择”是耐药性进化的重要机制，也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。

黄丽文，男，浙江大学金华研究院项目经理，金华质科生物技术有限责任公司创始人。2015年毕业于浙江大学药学院，2020年在香港理工大学获得博士学位。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。