近日，四川大学生命科学学院宋旭课题组在 Cell Research 发表了题为 Coagulation factors VII, IX and X are antibacterial proteins against drug-resistant Gram-negative Bacteria 的论文，表明凝血因子 FVII、FIX、FX 不但具有凝血功能，还是机体内天然的抗细菌蛋白。
病原菌耐药性的日益增强使它们成为全球最紧迫的健康威胁之一 [1-2]。与革兰氏阳性菌相比，革兰氏阴性菌由于外膜（主要成分为 LPS（脂多糖，又称为内毒素））的存在而更难杀灭 [3-4]。2017 年，世界卫生组织（WHO）列出了 12 种对人类健康构成最大威胁的细菌，其中鲍曼不动杆菌、铜绿假单胞菌和肠杆菌这三种碳青霉烯类耐药革兰氏阴性菌被列为「危急」级别 [5]。然而，自 1987 年以后，已经 30 余年没有新型抗生素面世，现在每年死于耐药菌感染的有 70 万人，如果没有更好的解决办法，2050 年起每年死亡的人数将会是 1000 万。为解决这一卫生保健问题，科学家们采用了多种途径来寻找新型抗生素，但人体内是否存在抗菌分子却一直被忽视了。
凝血因子 VII (FVII) 是一种在血液中循环的单链丝氨酸蛋白酶原，能高效并特异地与受体组织因子 (TF) 结合。当机体受损出血时，血管壁 TF 暴露出来并与 FVII 结合，形成 TF-FVIIa 复合物，进而激活因子 IX (FIX) 和因子 X (FX)，导致凝血酶生成并最终凝血 [6]。凝血因子在凝血过程中活化为两条链，即轻链（LC）和重链（HC）。HC 具有丝氨酸蛋白酶活性，负责凝血功能。LC 由谷氨酸结构域（Gla）和两个表皮生长因子结构域（EGF1、EGF2）组成，负责与靶标的识别 [7-8]。凝血因子在机体中是否发挥其他生物学功能尚未被报道。
在该课题组的前期研究中，研究人员意外发现 lFVII 对大肠杆菌具有抑菌活性，这预示着 FVII 以及凝血因子家族其他成员可能不仅仅作用于凝血，而是多功能蛋白。在确定 lFVII 抑菌活性的基础上，课题组研究了 lFVII 杀灭细菌的分子靶点和作用机制。现有的抗生素主要通过控制细菌代谢，而抗菌肽主要通过细胞膜打孔的方式杀菌。研究结果显示 lFVII 的作用靶点与已知的抗生素和抗菌肽均不同，lFVII 是通过水解革兰氏阴性菌外膜的主要成分 LPS 杀菌的。
为了进一步研究 lFVII 的抗菌活性，课题组评估了 lFVII 对包括广泛耐药（XDR）临床分离株在内的一系列革兰氏阴性菌的体外活性，研究数据显示 lFVII 对所有被检测的细菌都有效，最低杀菌浓度均在 nM 级别，这与 LPS 对革兰氏阴性菌生存至关重要的观点一致。在小鼠体内实验中，500 µg/kg 的 lFVII 即可救活致死剂量 XDR 铜绿假单胞菌感染的小鼠，降低腹腔、肝脏、脾脏中病原菌浓度。对 XDR 鲍曼不动杆菌感染小鼠的治疗效果类似。
对 lFVII 的功能域分析，发现 lFVII 的最小抗菌功能域是 EGF1 和 EGF2 结构域。通过核磁以及逐一点突变分析发现， S8、P9、G14 这 3 个氨基酸对 EGF1 的抗菌活性至关重要。此外，课题组还将发现延伸到另外两个在凝血的过程中起到重要作用的凝血因子 FIX 和 FX。该论文报道了凝血因子 FVII、FIX 和 FX 的抗菌活性及作用机制，表明这 3 种因子均具有凝血和杀菌的双重功能，该发现有助于进一步揭示凝血系统在宿主防御系统中的作用。
凝血功能障碍与诸如败血症和脑梗等多种疾病相关。因此，该研究成果提示凝血因子的凝血和杀菌双重功能可能与这些疾病的发病机制有关。
四川大学生命科学学院宋旭教授为本文通讯作者，陈金武副教授、李晓杰博士、李灵副教授、张婷、张青副教授为本文的共同第一作者。
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供稿者：四川大学生命科学学院宋旭
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