这篇文档是发表在《Engineering Microbiology》期刊2023年第3期上的一篇综述文章（review article），题为《The lasso structure, biosynthesis, bioactivities and potential applications of microcin J25: a novel antibacterial agent with unique mechanisms》。作者团队来自南京工业大学（Nanjing Tech University）生物技术与制药工程学院及附属医院，包括Qingchun Ji、Bixia Zhou、Tong Shen等，通讯作者为Cheng Cheng和Bingfang He。

主题与背景

文章聚焦于一种新型抗菌肽——microcin J25（MccJ25）的独特结构、生物合成机制、抗菌活性及潜在应用。由于传统抗生素的滥用导致耐药性加剧，抗菌肽（antimicrobial peptides, AMPs）作为替代方案备受关注。MccJ25因其对沙门氏菌（Salmonella）、志贺氏菌（Shigella）和大肠杆菌（Escherichia coli）等革兰阴性菌的强效抑制作用和独特的“套索结构”（lasso structure）成为研究热点。

主要观点与论据

1. MccJ25的独特结构与稳定性

MccJ25是一种由21个氨基酸组成的核糖体合成并经翻译后修饰的肽（RiPPs），其结构特征为：
- 套索拓扑：N端的8个氨基酸通过Gly1与Glu8的酰胺键形成环状结构，C端尾部穿过环状区域形成机械互锁（rotaxane），由Phe19和Tyr20固定。
- 极端稳定性：耐受121°C高温、pH 2–9范围及多种蛋白酶（如胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶），但易被弹性蛋白酶降解。
- 支持证据：通过X射线晶体学（PDB ID:1Q71）和核磁共振解析结构，实验证实其在胃肠道环境中保持活性，但在十二指肠中易水解。

2. 抗菌机制的多重性

MccJ25通过三种途径发挥抗菌作用：
- RNA聚合酶抑制：结合RNAP（RNA polymerase）的次级通道，阻断核苷酸底物进入催化核心（图2）。实验显示，其抑制转录的MIC（最小抑菌浓度）低至0.01 μg/mL（如对Salmonella Newport）。
- 呼吸链破坏：靶向细胞色素bd-I和bo3，增加超氧化物（ROS）生成，导致线粒体膜电位崩溃（图3）。突变实验表明，缺失细胞色素bo3的菌株对MccJ25敏感性降低。
- 膜完整性破坏：插入磷脂单层（如卵磷脂），增加膜通透性。体外实验显示其引起沙门氏菌细胞质泄漏。

3. 生物合成与异源表达策略

• 基因簇：由mcjA（编码前体肽）、mcjB/mcjC（催化环化）和mcjD（免疫蛋白兼转运体）组成（图1）。mcjC催化Gly1-Glu8酰胺键形成，mcjD依赖TolC蛋白外排MccJ25。
  
• 异源表达优化：通过启动子工程（如T5启动子）和培养基优化（如M9培养基），产量从4 mg/L提升至3 g/L（表1）。例如，Ding等通过组成型启动子克服铁离子抑制，发酵产量达2.4 g/L。
  

4. 应用潜力

• 抗感染治疗：在鼠模型中，MccJ25有效对抗多重耐药（MDR）大肠杆菌，且无溶血性或细胞毒性。与壳聚糖纳米颗粒（CNS）结合后，抗菌谱扩展至革兰阳性菌。
  
• 肿瘤治疗：衍生物MccJ25-GA通过抑制线粒体RNA聚合酶诱导癌细胞凋亡（如COS-7细胞），ROS过量生成是关键机制。
  
• 食品防腐：重组MccJ25在牛奶和蛋黄中抑制沙门氏菌，但其肠道残留活性可能影响菌群平衡。
  

5. 未来挑战

尽管MccJ25结构稳定且功能多样，但其口服生物利用度受限（十二指肠降解），且需进一步验证抗肿瘤活性的体内效果。

论文价值与意义

本文系统梳理了MccJ25的结构-功能关系，为其临床转化提供了理论依据。亮点包括：
1. 机制创新：首次阐明套索肽通过双重靶点（RNAP和呼吸链）发挥抗菌作用。
2. 生物工程突破：异源表达产量达工业级水平，为规模化生产奠定基础。
3. 应用拓展：从抗菌剂到抗肿瘤候选药物的潜在转化，展现了多功能的分子支架潜力。

MccJ25作为一种结构独特、机制新颖的抗菌肽，在抗感染和肿瘤治疗领域具有重要开发价值，未来需通过结构修饰和递送系统优化提升其临床应用可行性。