编辑推荐：
肉毒杆菌神经毒素（BoNTs）及其类似蛋白的基因克隆和功能研究表明，它们属于更广泛的SNARE切割酶超家族（SNACLEs），包含高毒性的Clostridium毒素和低毒性非产毒菌毒素，后者可能定植于昆虫等非脊椎动物宿主。
Sabine Pellett
威斯康星大学麦迪逊分校，细菌学系，1550 Linden Dr., Madison, WI, 53706, 美国
摘要
肉毒杆菌神经毒素（BoNTs）是一种细菌蛋白毒素，可导致人类和脊椎动物出现严重的、可能致命的神经麻痹疾病——肉毒中毒。与破伤风毒素（TeNT）一起，BoNTs属于梭菌神经毒素（CNTs）这一大类。在结构上，CNTs具有一些保守的特征：一个50 kDa的锌依赖性轻链内肽酶，该内肽酶含有HExxH基序，并通过二硫键与一个100 kDa的重链相连；重链具有负责转运和受体结合的独特结构域，这些结构域决定了其对神经细胞的特异性。在过去的十年中，基因组分析在非梭菌物种中发现了类似BoNT的基因，包括Weissella oryzae、Enterococcus faecium、Paeniclostridium ghonii、Chryseobacterium piperi、Paraclostridium bifermentans和Bacillus toyonensis。这些基因编码的蛋白质具有SNARE切割活性，并与BoNTs具有相似的结构特征，但研究表明它们在脊椎动物体内的毒性极低，且属于不同的进化支系，这暗示了它们可能具有其他生态功能。越来越多的证据表明昆虫可能是这类蛋白质的作用目标。具有保守结构和酶活性的类似BoNT的蛋白质不断被发现，这支持将BoNTs归类为SNARE切割内肽酶这一更大超家族中的一个独立亚家族。我们建议将这一蛋白质超家族命名为SNACLEs（SNARE-Cleaving-Endopeptidases），并将CNTs和类似BoNT的蛋白质视为不同的家族。
引言
肉毒杆菌神经毒素（BoNTs）由厌氧菌属Clostridium中的多种菌株产生，是导致脊椎动物出现严重且持久的神经麻痹疾病——肉毒中毒的致病因子1, 2, 3, 4, 5。与密切相关的破伤风毒素（TeNT）一起，BoNTs构成了梭菌神经毒素（CNTs）家族[5]。历史上，CNTs及其产生菌株是通过它们与人类和其他脊椎动物所患的毁灭性疾病的关联而被发现的。
在过去的二十年里，基因组学、分子生物学和生物信息学领域的进展使得能够直接从环境样本中鉴定出许多微生物及其潜在的毒力因子。在过去的十年中，基于生物信息学分析，人们发现了多个与CNTs远缘相关的同源物，但这些同源物与任何疾病无关6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16。这些假定的神经毒素的命名并不一致——有些同源物被标记为BoNT/后跟一个物种标识符，而另一些则根据产生它们的微生物被赋予了全新的名称。
最近对类似BoNT的蛋白质的研究表明，它们具有与CNTs相似的酶活性，能够切割可溶性的N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体（SNARE）蛋白，但在脊椎动物或人类神经细胞培养物中几乎没有或完全没有毒性6, 11, 13, 17, 18, 19。考虑到CNTs与这些远缘同源物在基因组、结构和功能上的相似性，同时承认它们不同的进化谱系以及缺乏或仅有微弱的脊椎动物毒性，我们提出了一种统一的、描述性的命名方式。具体来说，我们将这一不断扩大的蛋白质群体定义为SNARE切割内肽酶超家族（SNACLEs），其中CNTs和类似BoNT的蛋白质被视为不同的家族。
BoNT命名历史
“botulinum”一词源自拉丁语“botulus”，意为“香肠”，这一名称反映了其与“香肠中毒”的关联——这一现象由Justinus Kerner在18世纪末和19世纪初多次重大食源性肉毒中毒事件后首次描述20, 21, 22。尽管与痢疾或流感等疾病相比，这类疾病相对罕见，但由于其极高的死亡率（接近50%），这些早期疫情引起了广泛关注：
梭菌神经毒素家族
TeNTs和BoNTs共同构成了CNTs家族。虽然观察到的TeNT亚型变体很少，并且TeNT仅由一种梭菌——Clostridium tetani产生，但BoNTs包含七个免疫学上不同的血清型，每个血清型下又有多个亚型9, 10, 24。此外，多种梭菌也能产生BoNTs，包括I-IV组的C. botulinum，以及一些原本无毒的菌株，如C. sporogenes、C. butyricum和C. baratii 1, 2
类似BoNT的蛋白质
与CNTs较为远缘的类似BoNT的蛋白质在结构和功能上有一些共同点，但在初级氨基酸序列上的相似性较低（图1）。2015年，通过对Weissella oryzae SG25基因组的生物信息学分析，首次发现了类似BoNT的蛋白质，该蛋白质中的轻链（LC）被证明能够催化神经SNARE蛋白VAMP2的切割6, 12。为了表明其与BoNTs的关联，这种蛋白质被命名为BoNT/Wo，但并未进一步明确其分类
SNARE切割内肽酶超家族（SNACLEs）
尽管对类似BoNT的蛋白质的功能研究仍在进行中，但对其初级氨基酸序列的系统发育分析显示，这些蛋白质与梭菌神经毒素（CNTs）一起形成了一个更大的SNARE切割内肽酶超家族（SNACLEs）中的两个独立亚群（图2）[14]。这一进化框架突出了它们共同的机制特征——SNARE蛋白的切割作用——以及它们在生物生态位上的差异。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
利益冲突声明
? 作者声明以下财务利益/个人关系可能被视为潜在的利益冲突：Sabine Pellett的资助来自威斯康星大学麦迪逊分校。Sabine Pellett与WisperBio存在关联，包括持有该公司的股权或股票。如果还有其他作者，他们也声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了美国国立卫生研究院（NIAID R01AI139306）以及威斯康星大学食品研究所的资助。作者感谢加拿大安大略省滑铁卢大学生物系的Andrew Doxey博士对手稿的仔细审阅和反馈。
