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由香港中文大學（中大）生命科學學院區詠娥教授領導的國際研究團隊，破解幽門螺旋桿菌（Helicobacter pylori）如何逐步組裝形如「微型注射器」的致病裝置，增加胃癌風險。研究結果有助科學家探索在裝置完成前干擾其關鍵組裝步驟，或有望限制細菌向胃部細胞輸送致癌蛋白，為研發新型非抗生素抗致病策略奠定基礎。這類策略旨在解除病原菌的「武裝」，而非直接將其殺死，或有望減少抗藥性形成的壓力。相關研究成果已發表於《自然通訊》（Nature Communications）。

胃癌乃全球最常見且致命的癌症之一，持續感染幽門螺旋桿菌是胃癌的主要風險因素之一。這種細菌會利用一套名為Cag第四型分泌系統（CagT4SS）的複雜納米級分子機器，形如針筒，將致癌蛋白CagA注入宿主的胃上皮細胞，干擾細胞正常運作，增加癌變風險。

CagT4SS的核心結構稱為「中柱體」（central cylinder），由多個CagM、CagX及CagY蛋白亞基組成。蛋白亞基可理解為建造分子機器的「零件」。然而，由於科學家無法直接從活體細菌中分離出正在組裝的中間體，這些「零件」究竟如何按特定順序自發組裝成複雜的功能性結構，一直未有定論。

為應對此挑戰，研究團隊把經純化的Cag蛋白放在可控的實驗環境中，首次在細菌體外分階段重構CagT4SS核心部分的早期組裝過程。這種方法就像把一部複雜機器拆分成不同零件，再逐步重組，以觀察每一個裝嵌步驟。團隊利用三項互相配合的技術，從不同角度觀察組裝過程：

• 單顆粒冷凍電子顯微鏡（cryo-EM）：拍攝蛋白複合體的精細三維結構；
• 氫－氘交換質譜（HDX-MS）：分析蛋白可能的相互作用區域，以及結合時的構象變化；
• 高速原子力顯微鏡（HS-AFM）：實時觀察單個分子如何逐步連接和組裝。

區教授表示：「結合這些先進結構生物學技術，我們得以將這套分子機器的組裝過程『視覺化』。我們亦成功識別出CagT4SS核心模組在形成時，不同蛋白組件並非各自獨立工作，而是透過協同相互作用，逐步建立核心結構。」

深化國際科研合作  培育世界級研究人才

是次研究由朱凱宜博士及莫展如博士開展，兩人均為區教授實驗室的博士畢業生，並列為論文共同第一作者。團隊亦與中國科學院深圳先進技術研究院張華威教授及日本名古屋大學內橋貴之教授合作。是次研究充分展現跨地域、跨院校協作對推動科研突破方面的重要價值，亦彰顯中大致力培育具備國際視野的新一代優秀科研人才。

透過與深圳先進技術研究院張華威教授合作，團隊以冷凍電鏡技術解析了兩個關鍵組裝中間體的結構：CagM–CagX雙環結構及CagX–CagY周質環複合體（PRC）。這些體外重構的中間體，在尺寸及分子排列上重現了天然CagT4SS的關鍵結構特徵。團隊進一步利用氫－氘交換質譜，分析複合體形成時的蛋白相互作用區域及相構象變化，結果支持這些體外重構的中間體與天然致病裝置的關鍵組裝特徵相似，進一步闡明 CagM 蛋白的寡聚化機制。另外，由名古屋大學內橋貴之教授團隊進行的高速原子力顯微鏡實驗，更在單分子層面實時捕捉了組裝過程，揭示每一個步驟發生的時間和位置。

綜合而言，研究結果界定了CagT4SS的早期組裝順序：

1. CagX蛋白先自我聚合成環狀結構；
2. CagY蛋白其後加入並形成穩定的周質環複合體；
3. CagM透過二聚體的多聚化與CagX結合；
4. CagY的預耦合增強CagM結合的穩定性及協同性，推動完整中柱體逐步形成。

研究揭示，CagM與CagX的結合具有明顯的協同作用。換言之，一個蛋白零件接上後，會令旁邊的位置更容易接上下一個零件；CagY則會進一步增強這種協同作用，並提升複合體的穩定性。

干擾關鍵組裝步驟有望解除細菌「武裝」

現時治療幽門螺旋桿菌感染，通常需要配合多種抗生素及抑制胃酸藥物。然而，隨著病原菌抗藥性問題日益嚴重，可能影響療效。研究結果提供一個可供未來探索的方向：如果能在「微型注射器」完成組裝前阻止關鍵蛋白互相結合，或有望限制細菌輸送致病蛋白的能力。

區教授補充道：「過往藥物研發多針對已形成的分子機器，我們的研究顯示，直接干擾組裝過程本身，或可成為削弱幽門螺旋桿菌致病能力的新策略；如果未來能找到方法，在裝置完成前干擾關鍵組裝步驟，便有望解除細菌的『武裝』，並為減少對傳統廣譜抗生素的依賴提供新方向。」

這種「抗致病力」（anti-virulence）策略並非直接殺死細菌，而是削弱其引發疾病的能力。研究結果為日後探索及篩選具潛力干擾CagT4SS組裝的化合物，提供重要的機制基礎。