重磅研究刷新认知：壁磷壁酸是阳离子抗菌肽的直接作用靶点

传统认知存在偏差：抗菌肽并非只作用于细胞膜

抗菌肽（AMPs）被认为是应对多重耐药细菌问题的重要候选分子。长期以来，大多人都认为阳离子抗菌肽主要是通过“破坏细菌细胞膜”来发挥其抗菌作用。

但这一认知并不能完全解释实际实验现象。研究人员发现，一些在人工脂质膜体系中表现出高效活性的抗菌肽，作用于完整革兰氏阳性活细菌时，往往需要提高数倍甚至上百倍浓度，才能达到相近的杀菌效果。这一差异提示，除细胞膜外，细菌细胞壁组分很可能也深度参与了抗菌肽的识别与作用过程。

近日，发表于《Journal of the American Chemical Society》的一项研究，利用固态核磁共振等技术，对这一问题进行了系统解析，并揭示了壁磷壁酸在阳离子抗菌肽作用机制中的关键角色。

核心发现：壁磷壁酸是阳离子抗菌肽的直接分子靶点

革兰氏阳性细菌具有厚而多层的细胞壁结构，包含肽聚糖骨架、壁磷壁酸（wall teichoic acid，WTA）等。WTA是一类带负电荷的聚合大分子，通常与肽聚糖通过共价键连接，维持细菌细胞壁的结构稳定、表面电荷。

研究证实，壁磷壁酸是阳离子抗菌肽的直接分子靶点。抗菌肽会先与细胞壁中的壁磷壁酸发生相互作用，再进一步影响细胞膜完整性。

研究团队选取 aurein 1.2、caerin 1.1 和 DMS-DA6 三种两栖动物源阳离子抗菌肽作为代表分子，并以枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌作为模式菌株。通过 ¹³C 和 ³¹P 固态核磁共振、圆二色谱、浊度实验等方法实验验证发现，抗菌肽主要结合的是壁磷壁酸中的磷酸基团和糖基结构，而非肽聚糖骨架。

进一步分析显示，肽与壁磷壁酸之间的结合主要依赖静电吸引，同时也受到多肽疏水性和氨基酸序列等因素影响。也就是说不同抗菌肽，其与细胞壁组分的相互作用强度和作用方式会存在明显差异。

图1 细胞壁提取物的固体核磁共振图谱^[1]

分子层面变化：结合后引发结构与动力学响应

当阳离子抗菌肽与壁磷壁酸结合后，细胞壁组分会发生一系列的分子变化。

从微观角度看，核磁共振弛豫数据说明，壁磷壁酸里磷原子和糖单元的运动状态有了明显改变，也抗菌肽的结合会影响WTA的分子动力学特征。有些抗菌肽在结合过程中，自己的二级结构也会跟着变。比如aurein 1.2和壁磷壁酸作用后，就能被诱导形成α-螺旋结构。

从宏观角度看，肽-WTA复合物会促使细胞壁组分发生聚集，这一点通过浊度实验就能直接看出来。不同抗菌肽的表现也不一样：疏水性较强的caerin 1.1聚集效应相对弱一些，而DA6和aurein 1.2更容易让体系发生聚集。

实验还发现，如果把钾离子浓度调高，用静电屏蔽的方式干扰结合，抗菌肽和壁磷壁酸之间的结合效应就会明显减弱。这也进一步说明，静电相互作用是两者结合过程中关键的驱动力。

作用模型更新：阳离子抗菌肽杀菌是多步骤过程

根据前面的实验证据，研究团队把阳离子抗菌肽的杀菌过程拼出了一个更完整的模型。

在这个模型里，抗菌肽通过以下步骤发挥作用：

（1）细胞壁里带负电的壁磷壁酸把阳离子抗菌肽抓住；

（2）一部分抗菌肽在结合过程中构象发生变化；

（3）富集在细胞壁区域的抗菌肽通过接触细胞质膜成孔或者“地毯式”作用把膜结构破坏掉，造成细菌死亡。

这个模型也解释了为什么不同革兰氏阳性菌对抗菌肽的敏感程度不一样。壁磷壁酸的化学修饰状态会直接影响它结合抗菌肽的能力。比如细菌可以用D-丙氨酸修饰壁磷壁酸，把细胞壁表面的负电荷降下来，阳离子抗菌肽就没那么容易吸附和富集上去了。这也是革兰氏阳性菌对抗菌肽产生耐受性的重要机制之一。

完整细菌细胞壁的存在，特别是壁磷壁酸结构和修饰上的差异，可能会明显改变抗菌肽的实际活性。

研究启示：新型抗菌肽开发需纳入细胞壁因素

研究重点强调了细菌细胞壁组分在抗菌肽活性调控中的关键作用。未来可以通过判断革兰氏阳性菌菌株壁磷壁酸的组成、结构和修饰状态，来预判候选分子的活性表现。

在抗菌肽的筛选和评价环节，实验材料也是十分重要的。广东省科学院微生物研究所下属的环凯微生物公司，其微生物检测产品线覆盖了从菌株培养到菌落计数的全过程。比如预制瓶装固体培养基（TSA、SDA、R2A等）采用“加热复熔，一步即用”的设计，可减少培养基制备过程中的批次差异；全自动菌落计数仪Smartcounter配合4K高清摄像和智能识别算法，能在1～5秒内完成平皿计数，并自动保存图像和数据记录，方便溯源。对于需要系统评价抗菌肽对完整菌体作用效果的研究，这类标准化的培养和计数工具也是十分重要的。

参考文献：[1] Sandeep A, Zaatouf L, Arnold A A, et al. Wall Teichoic Acids Are Direct Molecular Targets of Antimicrobial Peptides in Gram-Positive Bacteria [J]. Journal of the American Chemical Society, 2026.