微生物学报

大肠杆菌β-桶组装机械复合物功能性结构单元的研究进展

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王清 ¹ , 韩文宇 ¹ , 李清蓉 ² , 赵乐怡 ² , 张涵清 ² , 郭昀丽 ¹ , 秦有才 ² , 梁鑫鑫 ¹ , 范恩国 ¹^,² , 储引娣 ²^,^*

微生物学报 | 综述 2025,65(12): 5244-5256

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微生物学报 | 综述 2025, 65(12): 5244-5256

大肠杆菌β-桶组装机械复合物功能性结构单元的研究进展

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王清¹, 韩文宇¹, 李清蓉², 赵乐怡², 张涵清², 郭昀丽¹, 秦有才², 梁鑫鑫¹, 范恩国¹^,², 储引娣²^,^*

作者信息

^1.临沂大学生命科学学院，山东临沂

^2.中国医学科学院基础医学研究所，北京协和医学院基础学院，北京

Recent advancements in the functional forms of the β-barrel assembly machinery in Escherichia coli

Qing WANG¹, Wenyu HAN¹, Qingrong LI², Leyi ZHAO², Hanqing ZHANG², Yunli GUO¹, Youcai QIN², Xinxin LIANG¹, Enguo FAN¹^,², Yindi CHU²^,^*

Affiliations

^1.College of Life Sciences, Linyi University, Linyi, Shandong, China

^2.Institute of Basic Medical Sciences Chinese Academy of Medical Sciences, School of Basic Medicine Peking Union Medical College, Beijing, China

出版时间: 2025-12-04 doi: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250428

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摘要

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β-桶组装机器(β-barrel assembly machinery, BAM)复合物是革兰氏阴性菌中负责β-桶状外膜蛋白(outer membrane proteins, OMPs)在外膜中组装的重要装置，其功能缺陷可导致细菌死亡，因而成为抗菌药物研发的新型靶点。不同来源细菌中BAM复合物的亚基组成存在差异，大肠杆菌BAM复合物由核心亚基BamA及辅助脂蛋白BamB-E组成，其中BamA作为Omp85家族成员通过其β-桶结构的动态构象变化，并在脂蛋白的辅助下介导底物OMPs的折叠与释放。本文综述了大肠杆菌中BAM复合物最小功能单元、完整功能单元以及其他功能单元的研究进展，并总结了靶向BAM复合物的相关药物筛选情况，为克服革兰氏阴性菌耐药性提供了新策略。

关键词

BAM复合物 / 外膜蛋白 / 功能性单元 / BamADE

Abstract

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The β-barrel assembly machinery (BAM) complex is an essential apparatus that is responsible for the assembly of β-barrel outer membrane proteins (OMPs) into the outer membrane of Gram-negative bacteria. Its functional defects can lead to bacterial death, and thus it is established as a new target for antibacterial drug development. The subunit composition of the BAM complex varies across different bacterial species and in Escherichia coli, it is composed of a core subunit BamA and auxiliary lipoproteins BamB-E. BamA, as a member of the Omp85 family, mediates the folding and release of substrate OMPs through the dynamic conformational changes of its β-barrel structure that are regulated by lipoproteins. In the present review, we summarized recent progress in distinguishing the minimal functional unit, complete functional unit, and other functional units of the BAM complex in E. coli. Moreover, by reviewing the drug screening studies targeting the BAM complex, we provided an overview of new strategies to combat the drug resistance of Gram-negative bacteria.

Key words

BAM complex / outer membrane protein / functional forms / BamADE

引用本文

王清, 韩文宇, 李清蓉, 赵乐怡, 张涵清, 郭昀丽, 秦有才, 梁鑫鑫, 范恩国, 储引娣. 大肠杆菌β-桶组装机械复合物功能性结构单元的研究进展. 微生物学报, 2025 , 65 (12) : 5244 -5256 . DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250428

Qing WANG, Wenyu HAN, Qingrong LI, Leyi ZHAO, Hanqing ZHANG, Yunli GUO, Youcai QIN, Xinxin LIANG, Enguo FAN, Yindi CHU. Recent advancements in the functional forms of the β-barrel assembly machinery in Escherichia coli[J]. Acta Microbiologica Sinica, 2025 , 65 (12) : 5244 -5256 . DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250428

正文

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细菌的耐药性问题是严重威胁人类健康的重大公共卫生问题之一。相较于革兰氏阳性菌，革兰氏阴性菌拥有独特的双层细胞膜结构^[1]。阴性菌的外膜(outer membrane, OM)是非对称的膜结构，作为抵御宿主免疫和抗生素的关键屏障主要由脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)和磷脂组成，而参与多种生理功能的外膜蛋白(outer membrane proteins, OMPs)则镶嵌其中^[2]。大部分OMPs具有β-桶状结构，该结构在物质转运、膜稳定性维持及致病性中发挥核心作用^[3]。OMPs首先在阴性菌的细胞质中合成，经通用分泌途径(general secretory pathway, Sec)跨内膜后在周质空间中SurA等伴侣蛋白的帮助下，通过β-桶组装机器(β-barrel assembly machinery, BAM)复合物在外膜上进行折叠和组装(图1)^[4-6]。BAM复合物的功能在阴性菌中高度保守，一般以外膜桶状蛋白BamA作为核心蛋白，但其他亚基组成变化多样^[7]。在γ-变形菌如大肠杆菌(Escherichia coli)中，BAM复合物由BamA以及BamB、BamC、BamD和BamE这4个脂蛋白组成；在β-变形菌如脑膜炎奈瑟氏球菌中，BAM复合物缺少BamB；在α-变形菌中，BAM复合物则缺少BamC^[8-9]。在莱姆病的病原体布氏疏螺旋体(Borrelia burgdorferi)中BAM复合物仅由BamA、BamB和BamD组成^[10]。在嗜热栖热菌(Thermus thermophilus)中BAM复合物目前仅鉴定出一个与大肠杆菌核心蛋白BamA同源的组分TtOmp85，且体外实验证明仅TtOmp85单个蛋白便能完成类似由BamABCDE构成的大肠杆菌BAM复合物对OmpA和BamA的插膜功能^[11-12]。

上述研究表明，BAM复合物在不同阴性菌中的功能单元不同，BAM复合物中除BamA之外的其他脂蛋白组分可能是冗余的。本文将聚焦大肠杆菌BAM复合物的功能性结构单元研究进展，以进一步了解其作用机制，并展望其在新型抗生素研发中的应用前景。

1 Escherichia coli中BAM复合物的最简功能单元BamADE

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1.1 BamA、BamD和BamE结构和功能

1.1.1 BamA是BAM复合物的核心成分

目前，大肠杆菌BAM复合物的晶体结构已成功被解析(图2)，其核心且必需亚基为BamA蛋白^[7,13-15]。BamA隶属于Omp85家族，不仅是BAM复合物中唯一包含β-桶状结构域的跨膜蛋白组分，而且其功能在所有革兰氏阴性菌以及源自内共生细菌的真核生物细胞器(即线粒体和叶绿体)的OM中均高度保守^[16]。

遗传实验表明，大肠杆菌中BamA的条件性敲除会导致大量未折叠的OMPs中间体在周质空间中聚集，从而对细胞产生毒性^[17]。有研究发现，在所有脂蛋白敲除的菌株里单独的BamA突变体虽然能完成对OMPs的组装，但其组装效率很低^[18]。

第一个全长BamA的晶体结构于2013年被解析，大肠杆菌BamA由C端的16链β-桶状结构域和位于周质空间的N端5个多肽转运相关(polypeptide transport-associated, POTRA)结构域组成^[19-20]。POTRA结构域形成类似脚手架的结构，与其他脂蛋白相互作用。研究发现BamA的β-桶状结构域中连接β-桶的第1条β链和最后1条β链之间的氢键极不稳定，有假说认为该区域可以横向打开，从而为传入的OMPs底物的折叠和插入提供切入位点^[21-26]。由于其在外膜蛋白组装中发挥不可或缺的功能，且位于细胞外侧，极易被外来物质接触，BamA成为新型抗生素研发的热门靶点，近年发现的抗生素darobactin的作用靶点就是BamA^[10]。

1.1.2 BamD的结构与功能

大肠杆菌BamD与BamC部分N端结构的晶体结构于2011年首次被解析，二者N端非结构区域形成氢键和盐桥以稳定结构^[2]。单独的BamD晶体结构表明其由10个α螺旋结构域组成，形成了4个三十四肽重复(tetratricopeptide repeats, TPR)基序，BamD既与BamA-POTRA5结合，又能与BamC和BamE形成复合物^[7]。遗传和结构证据表明，BamA和BamD之间的相互作用是通过BamA周质结构域中保守的天冬氨酸残基和BamD中保守的精氨酸之间的静电相互作用发生的^[15]。

研究表明，脂蛋白BamD对于细菌活力至关重要，同时也是BAM复合物中进化最保守的脂蛋白，其同源蛋白几乎存在于所有的革兰氏阴性菌中^[27]。虽然BamD对于大肠杆菌的生存是必需的，含BamA的突变体BamA^E470K的菌株可以存活，但突变株的生长以及体内OMPs的组装存在显著缺陷，因而推测BamD在OMPs的组装过程中很可能承担调控作用^[18]。最近有研究者使用光交联技术发现BamD不仅与OmpC的C端β信号结合，还与β-桶第5至最后一个β链中的内部基序结合^[17]。上述结果表明，BamD可能在周质中与新合成的OMPs早期结合发挥重要作用。

1.1.3 BamE能稳定BamA/BamD之间的相互作用

BamE是一个较小的脂蛋白，在早期BAM复合物纯化过程中难以被检测到，因此它是BAM复合物中最后一个被鉴定出的组分^[28-29]。由于ΔbamE菌株缺乏显著表型，因此对BamE的研究进展较少。BamE位于周质空间，是一个富含α螺旋的蛋白，通过特定的疏水或电荷相互作用与BamA结合^[30]。BAM复合物的整体结构显示，BamE处于特定位置，起到连接BamA和其他亚基的桥梁作用，并且直接参与底物的传递^[31-32]。

通过遗传和生化分析发现，BamE既能与BamA直接互作，也能与BamD互作，且2种互作均具有功能重要性。BamE并非简单充当“分子桥梁”，而是通过调控BamA和BamD的构象来实现这一功能^[30]。BamE能稳定BamA/BamD之间的相互作用，可阻止底物蛋白RcsF与BamA之间形成异常的、非正常途径的终末复合体；这种异常复合体会隔离BamA，使其无法参与外膜蛋白的组装过程^[15,33]。当BamA/BamD相互作用界面被破坏时，BamE的功能变得至关重要。BamE参与调控BAM复合物的构象变化，当底物蛋白被转运时BamE通过与BamA的相互作用进行调节，使BamA的β-桶结构域打开以允许底物插入^[34]。因此，有研究推测BamE对于组装具有挑战性的底物尤为重要^[35-36]。

1.2 BamADE是BAM复合物的最小功能单元

在不同来源的革兰氏阴性菌中，BAM复合物的核心组分BamA高度保守，但是其辅助脂蛋白的组成却千变万化。因此，探究BAM复合物的最小功能单元有助于阐明BAM复合物在OMPs组装过程中的重要亚基，对了解其详细分子机理以及挑选重要亚基作为致病性OMPs组装抑制剂的靶点都具有非常重要的意义。

有研究从遗传角度通过基因敲除的方法发现，E. coli中BamB、BamC和BamE等脂蛋白均可被单独敲除，但是当同时敲除bamB和bamE时会对大肠杆菌产生致死效应^[12]。Thewasano等^[37]为了研究脂蛋白BamB、BamC和BamE对BAM复合物组装OMPs的贡献，将ΔbamB、ΔbamC或ΔbamE的敲除菌株制备成外膜脂质体，分析其对不同类型OMPs的组装能力。研究发现，BamB对于具有16条或更多β链和同源三聚体的OMPs的有效组装是必需的；BamC缺失对底物影响较小，但BamE对于所有OMPs的正确组装是必需的^[37]。

上述研究均依托于体内敲除实验，并不能排除体内其他潜在因子的干扰。因此，Wang等^[12]使用了离体重组系统研究OMPs，在体外将E. coli中BAM复合物的单个蛋白BamA-E分别纯化出来，制备成含精准组分的蛋白脂质体，然后研究脂质体的插膜活性；研究发现单个的BamA-E蛋白以及两两蛋白组合制备的脂质体都不能对OmpA进行插膜，当BamA-E中的3个蛋白组合制备成脂质体后发现只有BamADE能对OmpA进行插膜，因此BamADE被确定为E. coli的BAM复合物的核心组分，是构成BAM复合物最小且有效的功能单元；此外，将OMPs底物由含8条β链的小型OmpA换成含16条β链的大型BamA后，发现BamADE对BamA的插膜也是最小功能单元，因此尽管该结论尚需更多OMPs蛋白的验证，但推测可能对OMPs的插膜机理具有普适性。

2 完整功能单元BamABCDE

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2.1 BAM复合物的膜整合机制

E. coli BAM由5个亚基组成，其完整功能单元为BamABCDE。针对BAM复合物介导OMPs组装的详细机制目前有3种假说模型(图3)。(1) “辅助”模型，即在整合到OM之前OMPs的β链就已开始紧密结合形成一个圆形的β-桶，在BAM复合物的作用下将形成的OMPs (部分)折叠中间体插入到OM中^[25,38]。在此过程中，BamA主要起支撑和辅助作用，可能通过引起附近的脂质双分子层变薄以破坏OM的稳态，进而促进OMPs的插膜过程^[39]。(2) “出芽”模型，该假说认为当OMPs底物进入BamA的β-桶状结构后，BamA的β-桶状结构中β1和β16之间连接较弱的氢键会发生断裂，导致β-桶的“侧门”被打开，并以此作为OMPs底物的折叠模板，由此形成BamA-底物OMPs嵌合中间体^[40]。当OMPs完成折叠时，BamA的β-桶的“侧门”被关闭，OMPs脱离BamA并成功插入OM^[6,38]。(3) “摆动”模型，现有证据表明周质中未折叠的OMPs被分子伴侣或辅助蛋白识别，并在OM处传递给BamA。OMPs形成部分折叠的状态，BamA的N端随着β折叠的整合而发生摆动，形成完整的杂化桶状中间体结构。OMPs和BamA之间形成的氢键与OMPs的缝内形成的氢键进行交换，以促进完全折叠的OMPs的闭合和释放。最近还有研究发现，BAM可以利用外膜的弹性加速β-桶的折叠^[41]。

2.2 BamB、BamC在体外组装蛋白过程中的调节作用

BamADE作为最小功能形式在体外组装蛋白过程中发挥核心作用，在蛋白的组装和转运过程中BamB和BamC 2个亚基虽然不是必需的，但起辅助调节作用^[25]。

BamB是一种WD40蛋白，具有β螺旋桨结构，中心为疏水通道，表面分布着极性氨基酸残基，其螺旋底部与BamA的POTRA3结构域通过氢键和疏水作用结合，促进BamA的β-桶侧向开口^[42]。分子动力学模拟表明，BamB的结合使POTRA 3-4的铰链区柔性降低，间接促进POTRA5的位移，从而触发BamA的β-桶侧向开口^[43-44]。

表面等离子共振(surface plasmon resonance, SPR)显示，BamB缺失时外膜蛋白OmpF的结合效率下降，BamB的WD40凹槽特异性结合未折叠OMPs的β链间环区，实现底物选择性捕获，体外脂质体重组实验显示，BamB的加入显著增强了OmpA的插入速率^[21]。单分子荧光共振能量转移(fluorescence resonance energy transfer, FRET)实验显示，BamB存在时底物从SurA传递至BamA的时间减少，BamB通过固定OMPs的N端或中间区域使其C端β信号更易被BamD捕获，缩短底物传递路径，实现底物预定向^[22]。

BamC在BAM复合物中同样起辅助作用，帮助外膜蛋白正确折叠并插入到细菌外膜中，促进外膜蛋白的组装。BamC蛋白由多个结构域组成，包括N端和C端结构域，其核心结构通常包含多个α螺旋和β折叠，形成一个稳定的三维结构；BamC的结构组成包含N端α-螺旋结构域和C端结构域^[45]。由于BamC和BamA之间无稳定的相互作用，因此推测BamC的结构为动态结构，研究表明BamC也会暴露在外膜的外表面，但尚需进一步研究^[46]。

高速原子力显微镜(high-speed atomic force microscope, HS-AFM)观察到BamC存在时，BamD的构象从“闭合”态(TPR结构域紧缩)切换至“开放”态(TPR结构域舒展)，BamC通过固定BamD的TPR结构域提高其底物结合亲和力，增强BamD的功能；同时，BamC可能通过机械耦合促进BamD与底物的C端解离，减少底物在BamA通道的滞留时间，进而使底物加速释放^[23]。BamC的存在能处理复杂底物，通过增强BamD的刚性实现多聚体OMPs组装^[47]。

BamB和BamC共存时，OMPs组装速率比单独使用BamADE时高^[45]。BamB作为“效率增强器”加速底物识别与传递；BamC作为“结构稳定器”确保构象信号的精确传递与复杂底物的处理，二者共同扩展了BAM复合物的功能范围，使其在多变环境中维持高效的外膜屏障功能，这一机制为针对辅助亚基的抗菌药物设计提供了理论依据^[46]。

3 其他功能单元BamABCD、BamABCE、BamABDE和BamACDE

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在无核心蛋白BamA且任意3种BAM蛋白组分组合的情况下(即BamBCD、BamBCE、BamBDE或BamCDE)几乎未检测到OmpA被组装^[12]。然而这些脂蛋白中至少有1个必须存在才能使BamD和BamA产生有效的协同作用；对条件性致死ΔbamBΔbamE双突变体中蛋白质组的变化进行定量分析发现，同时缺乏BamB和BamE的细胞具有全局性OMPs缺陷^[48]。

将脂蛋白BamB和BamC分别加入到最小功能单元形式中(即BamADEB和BamADEC)直接分析比较其对底物蛋白OmpA组装效率的影响，发现BamADEC的组装效率高于BamADEB，表明脂蛋白BamC相对于BamB对底物蛋白OmpA的组装有更好的促进作用；同时，经过脂蛋白对BamA的动力学和结构分析，单独的BamB结合并不能引起BamA任何明显的变化，而BamCDE结合诱导了BamA的构象^[49]。因此，BamADEC的组装效率高于BamADEB。此外，BAM复合体(BamABCDE)对OmpA的组装效率低于BamADEC^[12]，表明在BamADE最小功能单元的基础上脂蛋白BamB和BamC对底物蛋白OmpA的组装具有冗余功能。

BAM复合物其他4种蛋白组分组合(即BamABCD和BamABCE)的研究表明，在缺失脂蛋白BamE (即BamABCD)和BamD (即BamABCE)的情况下仍然能发挥组装OmpA的功能^[12]。推测BamBC一起形成了一个有效的功能单元，相互协作以替代BamE的功能(图4)。

4 SurA等分子伴侣参与的功能单元

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OMPs经革兰氏阴性菌内膜上的Sec系统到达周质空间后需与SurA、Skp等分子伴侣结合，然后才递送给BAM复合物^[50]。在被BAM复合物识别之前普遍认为OMPs与分子伴侣结合，并保持折叠感受态的状态。在大肠杆菌体内及体外实验中均发现SurA与BAM复合物存在相互作用，因而SurA被认为是负责将OMPs递送至BAM并参与外膜生物合成的主要分子伴侣^[51]。然而，未折叠的OMPs从周质中与SurA结合的状态过渡到BAM的β1结构域的机制仍不明确。

近来有研究通过冷冻电镜结构成功解析了BAM-SurA-OMP复合物的瞬时中间态结构，结合二硫键交联技术分析发现，SurA蛋白通过β增强相互作用的机制与BAM复合物结合；其中，SurA蛋白N端23-28位氨基酸残基与BamA的POTRA1相互作用，触发BAM的构象变化，进而将未折叠的OMPs底物传递至BAM的侧门进行外膜插入^[52]，最终揭示了SurA如何协同BAM实现OMPs的定向折叠与外膜插入机制^[26]，为靶向BAM复合物的新型抗生素设计提供了结构基础，例如针对SurA-BAM互作界面的抑制剂可能具有窄谱抗菌潜力。

5 靶向BAM复合物相关药物的筛选

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OMPs在细菌营养摄取、黏附、信号传导以及介导毒力因子传播等关键生理过程中发挥重要作用，其生物合成由BAM复合物介导并定位于外膜。BAM复合物位于细胞的外膜，具有外膜定位的靶向可及性，更易被药物接触，而且其在所有革兰氏阴性菌中均具有保守性和必需性^[20]。因此，BAM复合物成为近年来新型抗菌药物研发的备受关注的靶点^[53]。

BamA和BamD是BAM复合物发挥正常功能所必需的核心组分，目前研究的靶向BAM复合物的药物靶点主要集中在BamA和BamD，仅发现一个靶点是BamB、BamE的小分子，尚未发现靶向BamC的药物^[54-55]。靶向BAM复合物的药物类型主要有多肽、小分子和抗体等。

比较有代表性的多肽有darobactin A、JB-95以及多种模拟肽等。Darobactin A从线虫共生体发光杆细菌的浓缩上清液中提取获得，这是过去60年来首次发现的一种能在革兰氏阴性菌上发挥作用的新抗生素，对耐药大肠杆菌和肺炎克雷伯氏菌的最小抑菌浓度(minimal inhibitory concentration, MIC)为2 µg/mL，其与OMPs竞争结合BamA，从而阻止新生OMPs的插膜，引起细菌的死亡^[56]。后续发现了darobactin A的同源类似物dynobactin A，同样以BamA为靶点能表现出更强的抑菌活性^[57]。JB-95是一种β发夹大环肽，对标准大肠杆菌的MIC为0.15 µg/mL，其抑菌机制仍需要进一步研究，推测是通过与BamA和LptD发生相互作用来发挥抑菌效果^[58]。有研究利用mRNA展示技术筛选出能与BamA高亲和力结合的环状肽，其可阻断OMPs的组装，抑制BAM缺陷型E. coli菌株的生长^[59]。利用功能蛋白质组学方法发现从非洲爪蟾体内分离的经典抗菌肽Maganin-2与BamA可形成稳定复合物，且两者具有高亲和力，经Maganin-2处理后OMPs合成量随时间推移逐步下降^[60]。近期，有研究构建了一种体外大环化合物筛选平台，通过使用不同膜模拟制剂成功筛选出能将BAM复合物捕获在极端构象状态的杀菌肽PTB1和PTB2，PTB1将BamA锁定于闭合侧向门构象，PTB2靶向管腔内结合位点使BamA陷入开放侧向门构象。PTB1对野生型E. coli的MIC为25 μmol/L，对野生型肺炎克雷伯氏菌及阴沟肠杆菌的MIC介于25-100 μmol/L，PTB1对野生型E. coli的MIC为2 μmol/L^[61]。

能抑制BAM复合物功能的小分子主要有硝唑尼特(nitazoxanide, NTZ)、MRL-494和IMB-H4等。NTZ是合成硝基噻唑水杨酰胺化合物，通过与BamB、BamD、BamE相互作用从而抑制BAM复合物转运FimD和PapC 2种usher蛋白，影响纤毛生成并最终干扰细菌黏附宿主细胞从而达到抑菌效果^[55]。MRL-494可以抑制多种细菌生长，对E. coli的MIC为25 µmol/L，MRL-494以BamA为靶点能够抑制OMPs的组装，从而造成未折叠的底物蛋白在周质空间堆积，引发sigmaE应激反应，使能正常发挥功能的OMPs含量降低，外膜完整性被破坏，从而抑制阴性菌的生长；IMB-H4是5-硝基呋喃衍生物，对于E. coli ATCC25922、鲍氏不动杆菌和铜绿假单胞菌的MIC为4 µg/mL，对肺炎克雷伯氏菌的MIC为32 µg/mL^[62]。IMB-H4能够破坏BamA与BamD的相互作用，从而影响BamA的折叠以实现其抗菌活性。IMB-H4处理后用溴化乙锭检测发现膜通透性增加，表明膜结构被破坏^[54]。Wei等^[63]前期使用亲和超滤联合高效液相色谱筛选以BamA和BamD为靶标的小分子化合物时发现，甘草查尔酮A对BamA和BamD具有良好的亲和力，可以抑制含有BAM复合物体外对OmpA的插膜能力，当甘草查尔酮A浓度为128 µg/mL时其抑制效率可以达到80%。遗憾的是，后续的抗生素敏感实验未发现其对细菌生长的抑制作用。虽然甘草查尔酮A无明显的抑菌活性，但其可以破坏细胞膜完整性这一特点为其与其他抗生素的联合及充当增敏剂辅助其他药物发挥作用提供了一定基础，而且所建立的亲和超滤联合高效液相筛选新型抗生素的方法证实是可行的。

靶向BAM复合物的抗体主要集中在BamA靶点。研究者在1 500多种针对BamA的抗体库中筛选出了7种能够抑制ΔwaaD大肠杆菌生长的抗体^[64]。单克隆抗体MAB1能够与BamA的胞外环L4结合，诱导sigmaE应激反应，下调OMPs的表达水平。MAB1的抑菌效果与膜流动性有较强的相关性，膜流动性较差时MAB1的抗生素活性会显著降低，其对于野生型大肠杆菌不具备抗菌活性，可与其他抗生素联合使用^[64]。除单克隆抗体外，纳米抗体Nano E6和Nano E7也具有抗菌活性。Nano E6能够结合BamA的L4、Nano E7结合BamA的L3和L6使BamA保持向内打开的构象，从而大大削弱BAM复合物的功能，破坏细菌的外膜结构从而引起细菌死亡^[65]。

以BamA为靶点进行疫苗的研发也成为应对抗生素耐药危机的一种途径。研究者开发了包含BamA、FimD和Rhs这3个肽表位的嵌合蛋白的疫苗，能够预防耐替加环素的鲍氏不动杆菌的感染^[66]。此外，将纯化的鲍氏不动杆菌的BamA蛋白注射进小鼠体内能够触发强烈的免疫反应，BamA免疫的小鼠血清能够体外杀死多重耐药的鲍氏不动杆菌^[67]。将BamA桶状结构域纯化后免疫小鼠，发现小鼠中性粒细胞对大肠杆菌的杀伤力增加，BamA免疫小鼠在接受致死量大肠杆菌感染时其存活率能达到80%，而对照组仅为20%；该研究表明，重组BamA疫苗预防致病性大肠杆菌感染效果理想^[68]。

6 总结与展望

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当前对BAM复合物的研究主要集中于大肠杆菌，近期研究表明仅BamADE即可实现OMPs如OmpA和BamA的组装功能，E. coli最小功能单元的发现为未来开发新型抗生素的靶点研究提供了简化的思路。然而，对于辅助亚基BamB和BamC是如何协助最小功能单元BamADE完成OMPs的折叠与膜整合目前尚缺乏高时空分辨的动态模型。未来的研究可分别对BAM不同组合的功能单元的结构进行解析，以进一步探究这些亚基在底物选择、复合物稳定性以及OMPs插膜中的功能，为针对辅助亚基的小分子抑制剂提供思路。

由于不同革兰氏阴性菌的BAM复合物亚基组成存在显著差异，从大肠杆菌研究中揭示的OMPs的组装与组织原则是否广泛适用于其他革兰氏阴性菌的OMPs尚未得知。引发莱姆病的致病性螺旋体B. burgdorferi，其BAM复合物仅由BamA、BamB和BamD亚基组成，同时，该菌中还存在易位和组装模块(translocation and assembly module, TAM)，TAM包含BamA的同源蛋白TamA以及内膜蛋白TamB；研究发现B. burgdorferi的BamA与TamB之间存在相互作用，这些发现揭示了双层膜细菌中OMPs组装机制的复杂^[69]。因此，系统地比较不同细菌中BAM复合物的核心功能单元与辅助亚基的作用模式有助于揭示其进化保守性与物种特异性，为开发窄谱抗菌药物提供理论依据。

作者贡献声明

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王清：撰写论文，收集数据，完成呈现；韩文宇：提出概念，撰写论文，进一步对文章润色；李清蓉：对论文撰写提供思路；赵乐怡：图片编辑；张涵清：收集数据，整合文献；郭昀丽：审核图片信息和文献内容；秦有才：审阅论文，并提供修改意见；梁鑫鑫：修改论文格式，英文润色；范恩国：对论文撰写提供了思路及指导，并对论文修改提供了建议；储引娣：对论文撰写提供了思路及指导，审阅论文。

作者利益冲突公开声明

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作者声明不存在任何可能会影响本文所报告工作的已知经济利益或个人关系。

基金

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国家自然科学基金(32200153)

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

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2025年第65卷第12期

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文章信息

doi: 10.13343/j.cnki.wsxb.20250428

接收时间：2025-06-03
首发时间：2025-12-08
出版时间：2025-12-04

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出版历史

收稿日期：2025-06-03
录用日期：2025-07-11

基金

National Natural Science Foundation of China(32200153)

国家自然科学基金(32200153)

作者信息

^1.临沂大学生命科学学院，山东临沂

^2.中国医学科学院基础医学研究所，北京协和医学院基础学院，北京

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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