rpsL

概述

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    结核杆菌(TB)是人类历史上最“悠久”，对人类威胁最大的病原体之一。结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)可引起结核病，累及全身多个器官，但以肺结核最为常见。据世界卫生组织报道，全球有活动性肺结核病人约2,000万，每年新发结核病人约800-1,000万，约有300万人死于结核病。虽然有大量抗结核药物已用于临床，但是大量出现的耐药菌株、甚至多耐药菌株对结核病的治疗提出了挑战。因此，能够及时诊断出耐药菌株的检测手段已成为迫切需要。

    硫酸链霉素是一种氨基糖苷类抗生素，与异烟肼、利福平、乙胺丁醇同为抗结核的一线药物，已广泛应用于临床治疗。链霉素(SM)对结核分枝杆菌有强大抗菌作用，其最低抑菌浓度一般为0.5mg/L，细菌与其接触后极易产生耐药性，从而严重削弱其抗菌效果。SM主要与细菌核糖体30S亚单位上S12蛋白结合，抑制细菌蛋白质的合成。编码S12蛋白的是rpsL基因，有研究显示该基因突变会使SM无法正常结合，与菌株的耐药性有关。



基因结构

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    核糖体30S亚单位S12蛋白由rpsL基因编码，位于细菌染色体上的结构基因处，全长375bp，编码247个氨基酸残基组成的蛋白。在TB标准敏感菌株——H37Rv的基因组中，它位于781,558-781,932bp处。

基因分子生物学功能

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    核糖体30S亚单位S12蛋白位于核糖体30S和50S亚基的交界处，主要功能为稳定16S rRNA的碱基，维持16S rRNA与mRNA相互作用。

    16S rRNA的530环是整个16S rRNA上最保守的序列，它参与A2位tRNA核糖体的译码过程，在RNA转译中起重要作用。它的这种作用与530区域发夹环上的514～ 516位的碱基和毗邻510区域凸出环上的495-497位的碱基配对所产生的假节结构有关。

Finken等人[1]发现结核分支杆菌SM敏感株16S rRNA 495-497位的碱基序列为5’-GGC，514-516位为5’-GCC，该结构位于RNA的重要功能区，是许多功能的辅助信号，如mRNA表达的自动调节、移码译读和终止密码的阅读通过等。化学保护试验表明核糖体蛋白S12保护530干和环上的特异碱基，并使假节结构稳定。若S12蛋白突变，假节结构改变，在碱基514/497和515/496之间产生G-U变偶配对即会产生SM耐药。

基因与药物的关系

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    链霉素(SM)的杀菌机制是SM能够不可逆地与细菌核糖体30S亚基上的一个位点（位于30S亚基和50S亚基交界面附近）结合，导致氨酰tRNA位点（A位点）的破坏，阻止了氨酰tRNA的正确定位，尤其是妨碍了氨酰tRNA与30S亚基的结合，从而抑制了翻译的起始[2]。体外实验中，这种破坏诱导了tRNA与mRNA三联密码子的错误匹配，进而合成了结构或功能异常的蛋白质，最终导致细菌新陈代谢等生命活动的障碍，起到杀菌作用[3]。在发挥这些作用机制中，SM首先要与结构正常的核糖体蛋白S12结合，并且在核糖体蛋白S12的介导下，SM与16S rRNA特定位点紧密结合[4]，从而发挥其药理作用。任何导致核糖体蛋白S12结构异常的原因，都可以降低SM与之进行结合的亲和力，使SM失去药物作用的靶部位，其结果就是表现为细菌对SM的耐药。在导致核糖体蛋白S12 结构异常的诸多原因中，其编码基因的碱基突变是其最主要的原因[5, 6]。编码药物作用靶蛋白的基因如发生了缺失或突变，往往引起编码蛋白的合成障碍、功能结构改变或过度表达，使药物失去作用位点而失效。