海鮮引致的食物中毒問題廣受關注，學界不斷研究其根本原因。我們的團隊發現，一種由腸炎弧菌產生、名為RhsP的毒素在海鮮引致的食物中毒上發揮了關鍵作用。我們研究了這種毒素如何釋放毒性，藉此揭示它如何協助細菌在人類腸道內為生存而戰和誘發腸胃炎。這些發現讓我們更深入地了解食物中毒的原因，或會有助日後開發新的藥物和療法。
RhsP：腸炎弧菌的武器
腸炎弧菌常見於沿海水域和海產，尤其是扇貝、生蠔和牡蠣等有殼海產，在夏季和秋季最為活躍。這種細菌很容易經海產和海水進入人體腸道，在腸道內繁殖和攻擊周圍的微生物。
腸道有大量微生物，包括種類繁多的細菌。這些微生物統稱腸道菌群，其生態平衡一旦打破，往往會導致各種健康問題，包括消化能力下降、免疫系統減弱和慢性病風險增加。
進入腸道後，腸炎弧菌如何攻擊其它微生物？在腸炎弧菌的基因組中，我們發現了一種名為RhsP的蛋白質毒素。它擁有一個具1,381個氨基酸大結構，分子量為157kDa（千道爾頓，一個經常用於表示蛋白質等生物大分子的分子量的單位），是一種多態性毒素，能通過改變自身結構來釋放毒性。作為一種武器，RhsP能為腸炎弧菌創造出有利於在腸道內繁殖的條件，也會導致腸道黏膜的炎症和損傷，引起腹瀉和嘔吐等症狀。
自水解、二聚化和攻擊
我們的研究結果顯示，RhsP必須先經一個名為「自體蛋白質水解」（簡稱「自水解」） 的過程自我分解為碎片，再經一個名為「二聚化」的過程，兩個為一組地結合起來，成為「二聚體」RhsP。這些二聚體有助於釋放C端毒素（稱為「RhsPC」）。RhsPC是一種核酸酶，能夠降解腸道內的其它細菌的DNA，以此殺滅這些細菌。
那麼，這種毒素又是如何被傳遞到其它細菌？我們的研究結果顯示，腸道弧菌通過其6型分泌系統（T6SS）傳遞RhsP毒素。該系統由多個蛋白質組成，它們共同發揮功能，擁有一個針狀結構。為了通過T6SS傳遞到目標，C端毒素RhsPC會與T6SS的其中一部分、一種名為VgrG2的蛋白質結合。如果腸炎弧菌是一支軍隊，T6SS就是它的炮台，RhsP則是炮彈。
腸炎弧菌如何自我保護
腸炎弧菌為了防止自殺，它本身會產生一種名為RhsPI的免疫蛋白，免受其產生的毒素所害。這種蛋白質會與RhsPC結合，形成「RhsPC-RhsPI毒素–免疫蛋白複合體」，通過與RhsPC核酸酶的活性位點發揮相互作用，中和毒素的毒性。
揭示新的蛋白質結構
憑藉全球領先的第三代同步輻射光源裝置「中國科學院上海同步輻射光源」的支持，我們利用X射線晶體學技術揭示了「RhsPC-RhsPI毒素–免疫蛋白複合體」的原子結構，並且詳細了解RhsPI免疫蛋白如何保護腸炎弧菌抵禦RhsPC的毒性。這是首次在澳門利用X射線晶體學揭示新的蛋白複合體結構。
此外，我們與中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院研究員何俊博士的團隊合作，一同利用先進的冷凍電子顯微鏡技術，揭示RhsP在自水解前後的分子結構變化，以及這些變化所促成的二聚化。這也是首次有澳門的研究機構使用冷凍電子顯微鏡揭示新型蛋白質結構。這成果已於學術期刊《細胞報告》發表。
揭示RhsP毒素傳遞機制的路徑
我們發現了二聚化是RhsP發揮毒性使腸炎弧菌得以攻擊鄰菌的重要一步，但仍未了解背後原因，有待開展進一步研究，分析RhsP二聚化到底是在腸炎弧菌內發生，還是經T6SS傳遞至目標內時才發生。
作者：
周昶行是澳大健康科學學院副教授，擁有牛津大學生物化學本科/碩士學位、倫敦癌症研究院哲學博士學位。他運用結構生物學技術來研究基本的生物學過程，聚焦領域包括細胞分裂、染色質結構和表觀遺傳學。
文、圖 / 周昶行
中文翻譯 / 葉浩男、校園記者梁鎮鴻
來源：《澳大新語》第27期
