結構生物化學/AB5 毒素
AB5 毒素是幾種細菌病原體的關鍵毒力因子。AB 5 毒素是主要細菌病原體部署的眾多毒力因子之一，這些病原體每年共同殺死超過一百萬人。AB5 毒素由於 AB5 毒素作用導致的廣泛且嚴重的細菌感染，近年來在疾病發病機制方面引起了人們的關注。
AB5 毒素是一組多肽鏈，也稱為蛋白質複合物，病原菌分泌以幫助接管宿主。蛋白質複合物由六個組分組成；五個“B”亞基（與宿主細胞上的聚糖受體結合）和一個“A”亞基（破壞宿主功能的毒性子部分）。蛋白質複合物的 B 亞基形成一個環，A 亞基附著在環上。透過這樣做，蛋白質複合物可以發揮作用；B 亞基附著在細胞上，而 A 亞基則發揮其毒性。
這種毒素很重要，因為它存在於許多常見或重要的病原體中，包括但不限於
- 大腸桿菌的各種形式；熱不穩定腸毒素（腹瀉）
- 百日咳博德氏菌；百日咳毒素（引起百日咳）
- 痢疾志賀氏菌；志賀毒素（痢疾）
- 霍亂弧菌；霍亂毒素（霍亂）
- 空腸彎曲桿菌；空腸彎曲桿菌腸毒素
對這種毒素的研究很有趣，因為它為研究人員提供了寶貴的見解，瞭解細菌和細胞是如何運作的。事實上，研究人員正在研究將這種毒素背後的概念納入不同疾病治療的方法。
在過去的二十年裡，已經繪製了近 30 個 AB5 晶體結構。這些描述已被證明為全毒素的生物學功能和催化活性提供了重要的結構見解。根據序列同源性和催化活性，AB5 毒素已被分為四個不同的家族。雖然這些毒素具有相似的結構方面，但它們在宿主細胞表面受體特異性、催化活性以及細胞內運輸方面仍然存在差異。
每年有數百萬人死於細菌感染。許多感染是由人類經常接觸的細菌釋放的 AB5 毒素引起的。例如
大腸桿菌：居住在發展中國家或訪問發展中國家的人，容易接觸到導致大腸桿菌及其引起症狀的風險很高。
霍亂弧菌：世界各地爆發霍亂流行，導致數十人到數千人死亡。
痢疾志賀氏菌：與大腸桿菌類似，痢疾會導致胃腸道問題，有時會導致危及生命的疾病，如全身性後遺症和溶血性尿毒綜合徵。令人驚訝的是，由痢疾引起的溶血性尿毒綜合徵在成人中的死亡率高於兒童。
AB5 毒素的 A 亞基是實際對靶細胞進行攻擊的部分。亞基本身進一步分解為兩個部分，透過形成多肽的二硫鍵連線在一起。
A1：A 亞基的第一部分是實際包含破壞宿主細胞活動的毒素的部分
A2：A 亞基的第二部分將 A1 部分與 B 亞基連線起來，將所有部分連線在一起，使其作為一個完整的單元發揮作用。
此外，該亞基根據其催化活性及其同源性被分為不同的家族。每個家族都包含相同毒素的不同形式。這些不同形式與同一個家族中的其他形式具有非常相似的氨基酸組成；來自不同家族的毒素在氨基酸組成方面可能有一些相似之處，但百分比明顯較低。一些毒素即使來自不同的家族，也利用相似的攻擊方法。例如，霍亂和百日咳的毒素都會破壞“G 蛋白訊號轉導通路”，導致細胞離子轉運系統失靈。雖然它們導致相似的失敗，但這兩種毒素最終會導致不同的症狀表現。痢疾產生的 STX 家族毒素透過破壞細胞合成蛋白質的方式攻擊細胞。它透過導致這些細胞中 rRNA 的核苷酸序列異常來做到這一點。透過這樣做，它透過剝奪細胞合成蛋白質的能力來導致細胞死亡。最後一種 AB5 毒素家族被歸類為 SubAB 毒素，因為它們具有類似枯草桿菌蛋白酶的細胞毒素。這種 AB5 毒素家族靶向結合免疫球蛋白蛋白（BiP），並作為一種蛋白酶分解 BiP。這會破壞細胞中的蛋白質摺疊過程，因此最終會導致細胞死亡。
該亞基由五個排列成五聚體結構的單體組成。B 亞基的任務是識別宿主細胞並將有毒的 A 亞基運輸到細胞中並進入細胞。因此，識別正確的細胞對於毒素來說非常重要。CTX、STX 和 SubAB 家族具有相似的結構，而 PTX 家族的組成不同。然而，每個家族對不同的聚糖細胞受體有反應並尋找它們。它們在 B 亞基每個單體上的結合位點數量也不同；從 SubAB 和 CTX 家族的每個單體上的一個到 STX 家族的每個單體上的三個不等。這些毒素會尋找與細胞表面的不同糖脂和糖蛋白結合，有時甚至會利用血液中存在的抗原作為受體。利用血液作為宿主細胞的毒素可能會識別某些型別的血細胞優於其他型別的血細胞，導致某些血型的人更容易受到霍亂和大腸桿菌的攻擊。一個有趣的案例是人類無法合成唾液酸 Neu5Gc。人類仍然產生 Neu5Ac，一種類似的唾液酸；然而，據信人類停止產生 Neu5Gc 作為避免 AB5 毒素感染的一種方法。
AB5 毒素已被用於專門操縱細胞中相關的訊號通路。研究 AB5 毒素的 B 亞基幫助科學家更好地理解受體通路，使他們能夠觀察毒素採取的步驟。AB5 毒素 B 亞基已被用於幫助對抗某些過敏原。從本質上講，透過僅分離 AB5 毒素的無毒部分，可以以可能有利的方式利用它們。一個例子是 CTX 家族的 B 亞基，它已在小鼠中被用來抑制某些過敏反應。此外，STX 家族的 B 亞基可能為抗腫瘤疫苗提供基礎。CTX 家族和 SubAB 家族都可能對細胞的炎症反應產生很大影響；它們具有作為免疫調節劑的潛力。
除了作為免疫調節劑的潛在用途外，AB5 毒素還可以用作治療多種疾病的治療劑。AB5 毒素研究在抗癌鬥爭中非常有希望。這些毒素的 B 亞基可以與許多癌細胞和腫瘤細胞表現出的糖基化位點結合。A 亞基具有透過阻斷其蛋白質合成能力來殺死癌細胞的能力。其中一個問題是如何只靶向癌細胞，因為毒素確實表現出靶向正常細胞以及癌細胞的趨勢。亞-AB 顯示出最大的希望，因為它更喜歡與人類無法合成（但透過飲食吸收）的糖基化物結合。