肺结核(tuberculosis)是目前世界上致病率与致死率最高的传染病之一，根据世界卫生组织的报告仅2012年中全球患病人数达到了800万人，其中100万以上死亡。随着肺结核的致病菌-结核杆菌（Mycobacterium tuberculosis，Mtb）近年来抗药性越来越强，许多结核病患者没有得到有效的药物治疗。结核杆菌在长年的进化选择下，能够寄生在宿主的巨噬细胞内部，并能有效避免免疫系统的感知与清除。因而，寻找合适的靶点分子进行药物设计是清除结合杆菌的关键所在。
PtpA是结合杆菌分泌的一类去磷酸化酶（phosphotase： for protein dephosphorylation）。由于其可以分泌到细菌外部，即巨噬细胞胞浆中，所以是最容易设计的药物靶点。然而，目前针对其活性区域的抑制剂特异性不高，导致此类药物副作用太大。最近，中国科学院微生物所刘翠华博士课题组在《nature immunology》杂志在线发表了她们对于结核杆菌分泌的ptpA的致病机制的研究，并希望可以通过此研究成果针对ptpA或者其底物分子设计相关的药物。
首先，作者利用HEK293T以及HELA报告基因模型检测了ptpA对于外界刺激引起的下游转录因子激活的调节作用。研究发现，ptpA可以有效抑制由TNF-a，IL-1b引起的NF-kB激活，而且可以抑制由小G蛋白ras引起的AP-1的激活。作者进一步通过野生型Mtb以及ptpA缺失突变体进行体外巨噬细胞感染。生化检测发现：ptpA可以有效抑制感染过程中NF-kB的激活以及JNK，p38的磷酸化，但是对于ERK蛋白的磷酸化没有明显影响。说明ptpA可以通过某种方式抑制MEK信号通路与NF-kB信号通路的传递。
之后，作者检测了结核杆菌感染巨噬细胞后，细胞内TNF-a，IL-1b的表达水平以及上清中的释放情况，结果显示：缺失ptpA后，结核杆菌能够引起更多的IL-1b以及TNF的产生，在人为地向突变体中转入ptpA后，两种细胞因子的产量收到了抑制。另一方面，如果结核杆菌中过量表达ptpA，那么TNF-a与IL-1b的产量将会受到进一步的抑制。接下来，作者通过腹腔注射的方式向小鼠体内感染结核杆菌，得到了与体外相似的结果，同时，结核杆菌的增殖水平以及组织遭受感染的严重程度也与之相符。以上说明ptpA缺失可以抑制下游细胞因子的表达，从而保护自身不受免疫系统清除。
那么ptpA是如何起作用的呢？作者发现，ptpA的功能受到其去磷酸化活性的影响：当人为地将其催化活性位点突变（D126A）之后， ptpA抑制JNK以及p38的能力均受到了影响，而NF-kB的抑制效应则不受到此影响。之后，作者通过酵母双杂的实验鉴定出泛素蛋白（Ubiquitin）是可能与ptpA相互作用的靶向分子。 通过分子模拟以及突变后的各种生化分析，作者发现ptpA里面有一段a-helix与泛素蛋白存在直接的相互作用。下游的功能检测也证明：ptpA表面a-helix的突变与去磷酸化活性位点的突变均对ptpA的抑制能力产生影响。 体内实验也证实了这一观点。
但是ptpA对NF-kB信号的抑制通并不依赖于ptpA的去磷酸化活性。作者仍旧通过酵母双杂交的方法鉴定出TAB3蛋白与ptpA也存在相互作用。TAB3是TAB家族的成员，在TRAF下游介导NF-kB的激活。作者通过免疫共沉淀技术证明ptpA与TAB3确实存在相互作用，同时发现ptpA能够抑制TRAF2，TRAF6，TAB3等引起的NF-kB的影响，但并不抑制TAK1与TAB1引起的NF-kB的激活。之后，作者发现在有ptpA存在的情况下，TAB3的K-63泛素化受到了抑制，说明ptpA通过抑制TAB3的K-63泛素化来抑制其正常激活NF-kB的功能，TAB3的RNA干扰实验也证实了这一说法。
综上，作者利用一系列生化的手段证明了结核杆菌ptpA抑制巨噬细胞AP-1，NF-kB激活的两种不同的分子机制。也许在临床上我们能够利用这一发现设计更加特异性针对ptpA功能的药物用于治疗结核病患者。
信息来源：Mycobacterium tuberculosis suppresses innate immunity by coopting the host ubiquitin system.Nat Immunol. 2015 Mar;16(3):237-245. doi: 10.1038/ni.3096. Epub 2015 Feb 2.
