PNAS：复旦大学范小勇等发现抗结核治疗新靶点：靶向TagA阻断Mtb在亚硝化应激下的DNA修复

活化后，巨噬细胞会产生大量活性氮物种，这些物质可诱导胞内结核分枝杆菌（Mtb）DNA发生烷基化损伤，从而限制细菌复制。然而，Mtb修复此类DNA损伤的分子机制尚不明确。

2026年6月23日，复旦大学范小勇和Ruiqing Ma共同通讯在PNAS在线发表题为“A guardian role of TagA in protecting Mycobacterium tuberculosis from nitrosative killing”的研究论文。该研究利用转座子插入测序技术，鉴定了Mtb在不同巨噬细胞亚群中存活所必需的基因。其中，tagA在M1极化巨噬细胞以及感染后4周（此时巨噬细胞偏向M1极化状态）的小鼠体内，对Mtb存活发挥特殊作用。

机制上，TagA通过其3-甲基腺嘌呤（3-MA）切除活性赋予细菌对DNA烷基化剂甲磺酸甲酯的抗性，其中Glu48是底物结合的关键催化残基。重要的是，TagA被发现可保护Mtb基因组免受亚硝化应激（M1极化巨噬细胞微环境的一个标志）引起的烷基化损伤。此外，在小鼠中使用S-甲基异硫脲硫酸盐药理学抑制诱导型一氧化氮合酶（iNOS），或在斑马鱼中基因敲除nos2a，均能显著恢复ΔtagA的存活缺陷。综上所述，这些发现揭示了一个此前未被认识的机制：DNA修复酶TagA通过保护Mtb在亚硝化应激下免受3-MA DNA损伤，从而促进细菌在M1极化巨噬细胞和体内感染期间的细菌存活。

结核分枝杆菌（Mtb）与人类共存已逾千年，至今仍是全球健康的重大威胁。根据世界卫生组织（WHO）《2025年全球结核病报告》，2024年全球约有1070万人罹患结核病（TB），其中123万人死亡。结核病发病机制的核心特征在于Mtb能够在多种髓系细胞类型的多样化细胞内微环境中持续存活。

巨噬细胞是Mtb在宿主体内存活的主要细胞微环境。感染过程中，携带Mtb的巨噬细胞群发生显著变化，并伴随炎症状态和代谢程序的明显改变。在初始感染部位，Mtb首先被肺泡巨噬细胞（AMs）吞噬。AMs通常呈现M2样抗炎表型，主要依赖氧化磷酸化，因此对结核感染的控制能力有限。感染后约3周，携带活Mtb的AMs迁移至肺实质，并将细菌传播至其他巨噬细胞群，如间质巨噬细胞（IMs）和单核细胞源性巨噬细胞（MDMs）。在此阶段，Mtb感染的巨噬细胞偏向M1极化、促炎状态，其特征为糖酵解代谢和更具限制性的细菌生长环境。感染至6周时，微环境再次发生转变，CD11c+巨噬细胞成为Mtb的主要储库，并恢复为更有利于细菌生存的环境。因此，在整个感染过程中，Mtb面临动态变化的细胞内环境，必须采用不同的策略在不同极化状态的巨噬细胞中存活。

图1.M1极化巨噬细胞中Taga介导的抗亚硝化应激的示意图模型（摘自PNAS ）

炎症性巨噬细胞高表达诱导型一氧化氮合酶（iNOS），从而促进活性氮簇（RNS）的产生。在酸性吞噬体中，由RNS衍生的化学物质可生成三氧化二氮（N₂O₃），即亚硝酸的酸酐。作为一种强效亚硝化剂，N₂O₃可修饰胺类和酰胺类物质，产生DNA烷化中间产物，进而损伤细菌基因组。为维持基因组稳定性，Mtb已进化出高效的防御机制，包括参与修复烷化损伤的酶。其中，N-甲基嘌呤DNA糖苷酶（Mpg）主要参与脱氨基损伤的修复，而哺乳动物的MPG则主要负责切除烷基化嘌呤损伤。值得注意的是，尽管ogt和alkA基因的突变增加了Mtb对甲基化剂的敏感性，但它们并未损害细菌在小鼠体内的存活能力。因此，目前尚未发现任何DNA修复酶能通过修复RNS诱导的烷化损伤来促进Mtb在体内的存活。

多种遗传筛选方法已被用于鉴定Mtb的毒力决定因子及细胞内生存所必需的基因。其中，转座子插入测序（Tn-seq）已成为在特定条件下定义条件必需基因的主要策略。日益增多的Tn-seq数据集也推动了结核分枝杆菌转座子测序数据库（MtbTnDB）的建立。该数据库是一个重要的功能基因组学资源，整合了已发表的Tn-seq研究，并能够跨不同情境系统比较条件性基因必需性。尽管有此资源可用，但尚未建立针对不同极化巨噬细胞亚群中Mtb适应性决定因子的系统性比较，这限制了对宿主细胞特异性细菌适应的更全面理解。
在本研究中，作者利用Tn-seq筛选技术，系统性地鉴定了多种极化巨噬细胞亚群中Mtb存活所必需的基因。在先前未表征的基因中，tagA被发现对于Mtb在M1极化巨噬细胞中的存活尤为重要。作者进一步证明，tagA通过修复3-甲基腺嘌呤（3-MA）DNA损伤，是抵抗巨噬细胞施加的亚硝化应激所必需的。这些发现揭示了一种宿主环境特异性的DNA修复机制，该机制使Mtb能够抵御亚硝化应激，并在感染期间于M1极化巨噬细胞中持续存活。

参考消息：https://doi.org/10.1073/pnas.2613344123