近日，我院生物医学前沿交叉中心张四才教授团队在Nature Communications在线发表了题为“Structure and functional divergence of the non-canonical BoNT-like toxin PG1 and PG2”的研究论文。该研究系统解析了两种新型类肉毒毒素PG1和PG2在结构与功能上不同于经典肉毒素的独特特征，为新型生物杀虫剂开发和神经科学研究提供了新的分子工具。
肉毒杆菌神经毒素（BoNTs）是自然界中最致命的细菌毒素之一，经典肉毒素通过双受体介导机制进入运动神经元，切割SNARE蛋白，阻断神经递质释放，导致神经麻痹。近年来，BoNT/X、BoNT/En、PMP1等非经典BoNT样毒素的发现，显著拓展了对BoNT家族进化多样性的认识。PG1和PG2是近期在Paeniclostridium ghonii中鉴定出的新型BoNT样毒素，其轻链和重链由两个相邻基因分别编码，与经典肉毒素的单一前体蛋白加工方式显著不同，但其酶学活性及分子组装机制尚不清楚。
该研究通过系统的生化分析发现，PG1和PG2的轻链均能高效切割果蝇SNAP-25，但切割位点不同：PG1切割N196-E197位点，PG2切割R191-K193位点。PG1的催化活性显著高于PG2，且PG2的活性受pH和离子强度调控。两种轻链均可通过网格蛋白介导的内吞进入SF9昆虫细胞。值得注意的是，PG1轻链在不依赖重链的情况下即可对果蝇和东方粘虫表现出毒性，而PG2轻链的毒性则需重链增强。冷冻电镜结构解析显示，PG1采用一种独特的紧凑双链构象，具有“门铰链”式带状结构，其通过广泛的非共价相互作用维持双链组装，且无需依赖经典型肉毒毒素的链间二硫键。
该研究揭示了一种类肉毒毒素的全新分子机制，拓展了对肉毒毒素家族结构多样性和功能进化的认识，为开发基于PG毒素的新型生物杀虫剂和神经科学研究工具提供了重要理论依据。
西北农林科技大学已毕业硕士研究生杨锦波为论文共同第一作者，西北农林科技大学张四才教授与武汉大学陈朋教授为论文共同通讯作者。西北农林科技大学吴华教授参与了部分研究，广东工业大学曾骥教授提出了宝贵建议。此外，西北农林科技大学李朝飞教授和陈红英教授提供了部分实验材料，武汉大学科研公共服务平台李丹阳、李香凝两位老师在数据收集方面给予了重要帮助。
本研究得到陕西省自然科学基金、陕西省科技厅秦创原项目、武汉市自然科学基金、湖北省自然科学基金、武汉大学泰康生命医学中心、武汉大学启动经费及西北农林科技大学启动资金等项目的资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-77991-2