综述：真菌中的谷氨酸脱氢酶：从生物学到生物技术

《Fungal Biology and Biotechnology》：Glutamate dehydrogenases in fungi: From biology to biotechnology

　　摘要
谷氨酸脱氢酶（GDH；EC 1.4.1.2 和 EC 1.4.1.4）在真菌的氮代谢中起着关键作用，通过催化2-酮戊二酸可逆转化为L-谷氨酸。在真菌中，依赖NAD和NADP的GDH酶在氨同化和谷氨酸分解代谢的交界处发挥作用，促进生长、分化和形态发生。真菌适应并占据各种生态位的进化与GDH酶功能的多样性、定位及其生化特性密切相关。本综述探讨了关于真菌GDH酶的生化、分子和结构研究，强调了它们的催化多样性、辅酶特异性以及调控机制，包括磷酸化、硫醇调节和别构控制。来自黑曲霉（Aspergillus niger）、土曲霉（Aspergillus terreus）和白色念珠菌（Candida albicans）的NADP-GDH酶的结构解析为辅因子结合、底物识别和抑制剂相互作用提供了新的见解。分子分析揭示了不同真菌类群中NAD-和NADP-GDH酶的独特进化轨迹，GDH介导的转变与酵母向菌丝（Y-H）转变等形态发生过程相关，表明GDH酶是很有前景的抗真菌药物靶点。本文对真菌GDH酶的全面调查强调了它们的生化多功能性、进化意义以及在农业、生物传感器开发和工业中的应用潜力。同时，也指出了我们对真菌GDH酶理解上的不足之处及进一步研究的潜在领域。

引言
谷氨酸脱氢酶（GDH）存在于古菌、原生动物和真核生物中。这些酶在维持生命系统中的碳和氮代谢平衡中起着重要作用。根据辅酶特异性，GDH酶可分为三类：（1）NADP-GDH酶，使用NADPH作为辅因子，参与还原性氨基化反应，将2-酮戊二酸转化为L-谷氨酸；（2）NAD-GDH酶，使用NAD作为辅因子，催化氧化性脱氨基反应，将谷氨酸转化为2-酮戊二酸；（3）具有双重特异性的GDH酶，可以同时使用NADH和NADPH作为辅因子。第三类GDH酶存在于古菌和脊椎动物中[1]。在动物中，氨同化酶的表达具有组织特异性[2]。高等植物和细菌中的氨同化过程有所不同。1974年，在高等植物中发现了谷氨酸合成酶，随后NAD-GDH被认为是高等植物和酵母中氨同化的主要途径。后来研究表明，谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶（GS/GOGAT）系统可能是高等植物中氨同化的唯一途径。GS/GOGAT途径在细菌中也起着重要作用[3]。
真菌的碳和氮代谢通过氨同化相互关联。参与其中的酶包括依赖NAD（EC 1.4.1.2）和NADP（EC 1.4.1.4）的谷氨酸脱氢酶（GDH）、谷氨酸合成酶（GOGAT；EC 1.4.1.13）和谷氨酰胺合成酶（GS；EC 6.3.1.2）。这些调节真菌氨同化的酶之间的相互关系如图S1所示。NAD-和NADP-GDH途径对氨同化的显著贡献已在酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）、枝孢霉（Mucor racemosus）、波氏贝贾米尼埃拉（Benjaminiella poitrasii）、博丁念珠菌（Candida boidinii）、利用念珠菌（Candida utilis）以及黑曲霉和巢曲霉（Aspergillus niger和Aspergillus nidulans）等真菌中得到证实[4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]。

图1
该图的替代文本可能是通过AI生成的。
该图展示了真菌中氨同化途径的相互连接：谷氨酰胺合成酶（GS）利用铵将L-谷氨酸转化为L-谷氨酰胺；谷氨酸合成酶（GOGAT）从L-谷氨酰胺和2-酮戊二酸再生L-谷氨酸；NADP依赖的谷氨酸脱氢酶（NADP-GDH）催化2-酮戊二酸的还原性氨基化生成L-谷氨酸；NAD依赖的谷氨酸脱氢酶（NAD-GDH）介导L-谷氨酸的氧化性脱氨基生成2-酮戊二酸。在真菌中，这些相互关联的反应共同调节氨同化并维持2-酮戊二酸、L-谷氨酸和L-谷氨酰胺之间的代谢流动。

在本综述中，我们重点关注真菌中的NAD-和NADP依赖的GDH酶。这些酶催化图1下方部分及补充图S1中所示的可逆反应。由于这一反应对真菌的碳和氮代谢至关重要，我们认为控制这些酶可以改变真菌的细胞功能，不仅在医学应用方面有帮助，还能用于农业和工业中的真菌细胞工厂开发。为了支持这一观点，我们首先探讨了GDH酶在氮同化之外的多种生理作用，提供了它们在氧化还原稳态、次级代谢和形态发生中的证据。接着，我们研究了真菌GDH酶的进化及其在真菌细胞中的定位情况，并指出特定GDH酶的定位与其生化特性之间的关联。我们总结了关于GDH酶的动力学、分子和结构研究以及其抑制和调控机制的现有文献。我们强调了GDH酶在真菌从酵母（Y）形态向菌丝（H）形态可逆转变中的作用。由于Y-H转变与动物和植物的病原性相关，我们进一步探讨了GDH酶作为抗真菌药物靶点的潜力，并讨论了它们在农业和工业中的潜在用途。这一关于真菌谷氨酸脱氢酶的全面概述揭示了我们在理解上的不足之处，指出了需要进一步研究的领域。

真菌谷氨酸脱氢酶（GDH；EC 1.4.1.2 和 EC 1.4.1.4）在真菌的氮代谢中起着关键作用，通过催化2-酮戊二酸可逆转化为L-谷氨酸。在真菌中，依赖NAD和NADP的GDH酶在氨同化和谷氨酸分解代谢的交界处发挥作用，促进生长、分化和形态发生。真菌适应并占据各种生态位的进化与GDH酶功能的多样性、定位及其生化特性密切相关。本综述探讨了关于真菌GDH酶的生化、分子和结构研究，强调了它们的催化多样性、辅酶特异性以及调控机制，包括磷酸化、硫醇调节和别构控制。来自黑曲霉、土曲霉和白色念珠菌的NADP-GDH酶的结构解析为辅因子结合、底物识别和抑制剂相互作用提供了新的见解。分子分析揭示了不同真菌类群中NAD-和NADP-GDH酶的独特进化轨迹，GDH介导的转变与酵母向菌丝（Y-H）转变等形态发生过程相关，表明GDH酶是很有前景的抗真菌药物靶点。本文对真菌GDH酶的全面调查强调了它们的生化多功能性、进化意义以及在农业、生物传感器开发和工业中的应用潜力。同时，也指出了我们对真菌GDH酶理解上的不足之处及进一步研究的潜在领域。这棵树是通过使用大肠杆菌（E. coli）中的gdh1序列作为外群来构建的。所得到的拓扑结构显示，基于辅因子特异性存在主要的分化，真菌根据gdh2和gdh1序列形成了两个不同的簇（见补充图S3）。在这些组内，真菌进一步根据各自的分类群进行聚类，包括子囊菌（Ascomycetes）、担子菌（Basidiomycetes）和接合菌（Zygomycetes）（见补充图S3）。这种模式表明，基于辅因子特异性的分化是真菌GDHs的主要进化特征，随后在真菌分类群内部发生了特定的多样化。总体而言，该分析突出了GDHs在真菌中的功能性和分类学上的多样化。

真菌谷氨酸脱氢酶的定位
谷氨酸脱氢酶的进化多样性反映在酶在真菌细胞内的定位上。据报道，真菌中的谷氨酸脱氢酶位于细胞质、细胞核或线粒体中。Le John（1971）[29]指出，在壶菌纲（Chytridiomycetes）、Blastocladiella和Achlya以及腐生菌（Saprolegnia）中，大多数GDH活性位于线粒体中。在子囊菌中，如Neurospora [33]和Candida [34]中，已报道细胞质中的GDH活性。在接合菌B. poitrasii中，NAD-和NADP-GDH的主要活性观察到了细胞质中[22]。模式酵母S. cerevisiae含有三种GDH：一种使用NADH作为辅因子（GDH2），两种使用NADPH作为辅因子（GDH1和GDH3）。S. cerevisiae的GDH1位于细胞核和细胞质中，而GDH3位于线粒体和细胞核中[35, 36]。

由于GDH的定位影响其生化活性和生理意义，需要进一步研究以了解GDH在真菌细胞内的多样性和分布的进化关系。然而，真菌脱氢酶的生化特性提供了关于其定位的线索，下一节将对此进行探讨。

真菌谷氨酸脱氢酶的生化特性
在大多数真菌中，NAD-GDHs被报道可以催化谷氨酸的氧化脱氨基反应，最佳pH值为8–10，而还原氨基化的最佳pH值为7.0–7.5 [26, 27]。从接合菌B. poitrasii中纯化的NAD-GDH显示，氧化脱氨基的最佳pH值为8.5，2-酮戊二酸还原氨基化的最佳pH值为8.0 [27]。另一方面，S. cerevisiae的NADP-GDH异构酶的最佳pH值为6.8，但在pH 4.5–9.5范围内均具有活性 [25]。然而，来自A. niger、A. terreus、A. bisporus和Schizosaccharomyces pombe的NADP-GDHs在pH 7.5–8.5时最有效地催化2-酮戊二酸的还原氨基化，而L-谷氨酸的氧化脱氨基则在略碱性的pH值（9.0–9.75）下最有效 [10, 11, 37, 38]。对B. poitrasii粗提物中的NADP-GDH异构酶进行的初步生化表征显示，两种异构酶在pH 7.0时活性最高 [22]。然而，纯化的BpNADPGDH I和II分别在pH 7.0和8.0时最有效地催化2-酮戊二酸的还原氨基化，而氧化脱氨基的最佳pH值分别为7.5和8.5。BpNADPGDH I在pH 6.0–9.0范围内保持稳定，而纯化的BpNADPGDH II在pH 7.0–9.5范围内保持稳定 [28]。在S. cerevisiae中，GDH1和GDH3在pH 6.8–7.0附近最有效地催化2-酮戊二酸的还原氨基化，而GDH2在碱性pH值（8.5–9.0）下最有效地催化氧化脱氨基 [25, 39]。这些异构酶的不同pH最佳值反映了它们在细胞内的代谢作用：细胞质中的NADP-GDH在中性条件下起作用，而线粒体中的NAD-GDH则在碱性或氮限制条件下优先起作用，以支持分解代谢过程。因此，不同真菌中GDH的最佳pH值差异可能反映了它们所处细胞内微环境的多样性。略微碱性的线粒体基质和接近中性的细胞质可能分别有利于脱氨基和氨基化反应，这将GDH的活性与亚细胞区室化和代谢状态联系起来。这一解释与S. cerevisiae的体内测量结果一致，后者显示细胞质（约7.2）和线粒体（约7.5）的pH值及其对营养可用性和生长条件的响应 [40]。然而，关于GDHs动态重新定位或线粒体靶向异构体差异表达的直接证据仍然有限。为了加强这一观察，需要进一步研究GDH的定位及其pH调节作用。

关于各种真菌GDHs的温度最佳值的数据显示出相似的变化。大多数真菌NAD-和NADP-GDHs在25 °C-35 °C的温度范围内表现出最大活性 [10, 11, 37]。然而，来自S. pombe的NADP-GDH在56 °C时最有效地催化2-酮戊二酸的还原氨基化 [38]。B. poitrasii纯化的NAD-GDH催化2-酮戊二酸还原氨基化的最佳温度为30 °C，而氧化脱氨基的最佳温度为25 °C [27]。相比之下，NADP-GDHs的温度最佳值存在差异：酵母形式的最佳温度为32 °C，而菌丝形式的最佳温度为28 °C [22, 28]。

为了解释这些酶的温度最佳值变化，我们可能需要考虑它们功能的差异。2-酮戊二酸还原为谷氨酸是一个放热过程（朝向氧化方向），但在合成方向上则可能是吸热过程。谷氨酸脱氢酶催化的反应是可逆的，可以根据生物体的需要朝任一方向进行。因此，温度最佳值可能反映了酶在真菌细胞内的纳米级局部温度条件以及真菌生长环境提供的微米级局部温度条件。

真菌GDHs的动力学研究
尽管已经研究了来自许多来源的谷氨酸脱氢酶，但只有少数几种的动力学特性得到了详细表征 [1, 41, 42]。在Blastocladiella emersonii中，NAD-GDH对L-谷氨酸和NAD+的Km显著低于对2-酮戊二酸和NADH的Km [43]。来自N. crassa和A. bisporus等真菌的NAD-GDH对2-酮戊二酸的Km值分别为4.6 mM和3.5 mM，而对谷氨酸的Km值分别为5.5 mM和37.1 mM。另一方面，来自多种来源（酵母和丝状真菌）的NADP-GDHs对2-酮戊二酸（Km，2–6 mM）和NADPH（Km，0.011–0.074 mM）的亲和力大于对L-谷氨酸（Km，6.36–34.6 mM）和NADP+（Km，0.01–0.11 mM）的亲和力 [10, 11, 37, 38, 44, 45, 46]。Walvekar等人（2014）观察到，从大肠杆菌异源表达并纯化的A. niger NADP-GDH的Km和Vmax值略有增加 [46]。

当我们考虑到GDHs可以朝两个方向起作用时，即它们可以使用2-酮戊二酸和L-谷氨酸，就可以理解这些动力学的变化。NADP特异性的GDH是一种合成酶，而NAD-GDH则具有分解代谢功能。根据Smith等人（1975）的研究，来自不同来源的酶对2-酮戊二酸、NADP+和NADPH的Km值往往相似 [1]，而对L-谷氨酸、氨和NAD(P)H的Km值可能差异很大 [26]。从热力学的角度来看，探索动力学数据与GDHs的温度最佳值变化之间是否存在相关性将是有趣且必要的。

在研究了GDHs的生理作用、生化特性和动力学之后，让我们探讨这些酶是如何编码、结构化和调节的，以便在真菌中发挥其关键作用。

真菌GDHs的分子研究
真菌GDH基因遵循典型的真菌外显子-内含子组织结构，内含子主要存在于属于子囊菌和担子菌类的丝状真菌中，而酵母通常具有无内含子的基因。基于比较基因组和蛋白质序列分析，我们观察到真菌NAD-GDH基因通常较大（2.5–3.5 kb），通常包含2–6个内含子，而真菌NADP-GDH基因相对较短（1.4–1.6 kb），含有0–2个内含子 [20]。NAD-GDHs具有N端Rossman折叠结构，其中包含一个富含甘氨酸的基序（VIGLGPGXG）和一个对NAD?结合至关重要的保守Lys残基 [47, 48]。另一方面，NADP-GDHs包含三个保守的基序：PSVNL、KFLGFEQ和RPEATGY/F，以及一个特征性的NADP结合区域（GSGNVAQYAALKVIELG）。位于110和120位之间的Lys残基在真菌NADP-GDH中起催化作用 [20, 49]。

基因序列翻译产生约1000个氨基酸的NAD-GDH和约450个氨基酸的NADP-GDH。这两种酶都保持了高效转化L-谷氨酸和2-酮戊二酸所需的保守结构、催化和寡聚化元素。图3总结了真菌NAD-和NADP-GDH基因序列及其转录的mRNA和翻译的多肽的图形表示。

图3
此图像的替代文本可能是使用AI生成的。

真菌NAD依赖型（A）和NADP依赖型（B）谷氨酸脱氢酶基因、mRNA和蛋白质的通用分子结构。基因结构、辅因子结合位点、保守域和催化关键氨基酸被突出显示。括号中的数字表示暂定的氨基酸位置。

对真菌氮代谢的分子研究表明，谷氨酸脱氢酶（GDHs）在铵同化和谷氨酸生物合成中具有多方面的作用。在S. cerevisiae中，有三条不同的途径参与谷氨酸的形成：由GDH1编码的NADP-GDH、依赖谷氨酸合成酶（GLT1）的GS-GOGAT途径，以及涉及GDH3的第三条途径，后者编码一个与GDH1功能相关的同工酶 [4, 20, 25, 50, 51]。

在Kluyveromyces lactis中，通过空突变证实了NADP-GDH和GS-GOGAT的活性 [52, 53]。在Neurospora crassa中，分子分析明确了NADP-GDH的合成代谢功能和NAD-GDH的分解代谢功能，其中编码NADP-GDH的am基因在生化和遗传水平上得到了广泛研究 [54, 55]。此外，N. crassa中的NAD-和NADP-GDH基因受到抑制-解除抑制机制的协同调控。在存在谷氨酸的情况下，NADP-GDH被抑制，而NAD-GDH同时被解除抑制 [54, 55]。

在Aspergillus nidulans中，NADP-GDH（由gdhA编码）在氮代谢和调节中起关键作用 [56]。该酶在葡萄糖和无机氮存在下强烈表达，反映了其在铵同化中的重要性 [57]。缺乏gdhA的突变体生长缓慢且不稳定，而gltA–gdhA双突变体无法利用铵，这证实了GDH在氮同化中的不可或缺的作用 [58]。在Aspergillus awamori中，gdhA的转录调控受到氮源可用性的强烈影响，这与其在细胞外蛋白质分泌中的作用一致 [59]。在Penicillium chrysogenum中，NADP-GDH基因的破坏影响了青霉素的生物合成和细胞形态 [18]。

在B. poitrasii中，NAD-和NADP依赖型GDHs与酵母-菌丝转变密切相关 [22]。分子研究表明存在一种NAD-GDH（BpNADGDH）和两种NADP-GDH基因（BpNADPGDH I和II） [20]。BpNADPGDH I是酵母形式特有的，而BpNADPGDH II是菌丝形式特有的。在B. poitrasii中，BpNAD-和BpNADP-GDH基因的表达受到葡萄糖、温度、甘油和血清等二态性触发因素的影响 [20, 60]。在37 °C下，葡萄糖和甘油的存在会诱导BpNADPGDH I的表达，而在类似条件下，BpNADPGDH II被抑制。另一方面，血清会诱导BpNADGDH和BpNADPGDH II的表达，并抑制BpNADPGDH I的水平 [60]。

总体而言，这些发现确立了GDHs作为真菌中氮代谢、代谢适应和形态发生的核心调节因子。

真菌GDHs的结构研究
真菌谷氨酸脱氢酶是多聚蛋白。NAD-GDHs通常被报道为同源四聚体，而NADP-GDHs为同源六聚体。来自Agaricus bisporus、B. poitrasii、C. utilis、N. crassa、S. cerevisiae的NAD-GDHs的天然分子量约为350–500 kDa，亚基分子量为90–120 kDa [25, 27, 34, 61, 62, 63]。然而，据报道Phycomyces中的NAD-GDH亚基分子量异常低，为54 kDa，且为二聚体，天然分子量为98 kDa。这种与典型四聚体组织的偏差突显了我们对GDHs结构多样性的理解不足。

同源六聚体NADP-GHDs在（A）niger、（B）poitrasii、P. chrysogenum、S. cerevisiae和Tuber borchii中的天然分子量为270–350 kDa，亚基分子量为46–58 kDa [10, 12, 24, 25, 28]。然而，尽管这两种酶催化的基本化学反应相同，但NAD-和NADP-GDHs之间的亚基分子量差异仍然不清楚。这种未解释的差异表明可能存在根本的结构或进化分歧。

根据来自有限物种的结构模型，四聚体NAD-GDHs和六聚体NADP-GDHs的每个亚基都有一个辅因子结合位点和一个底物结合位点。首个高分辨率的真菌NADP依赖型谷氨酸脱氢酶（NADP-GDH）晶体结构来自A. niger [49]。阿斯珀格illus terreus的NADP-谷氨酸脱氢酶（PDB ID：5XVI；分辨率2.8 ?）以及与2-酮戊二酸和NADPH形成的三元复合物（PDB ID：5XVX；分辨率1.8 ?）显示了一种由六个三聚体组成的“二聚体”结构，每个亚基包含两个结构域：结构域I用于底物识别，结构域II用于辅酶结合。催化残基Lys78、Gln99、Lys102、Lys114、Asp154、Arg193和Asn346直接与2-酮戊二酸相互作用，而Ser253、Lys277和Gln282则稳定NADPH的2'-磷酸基团。2-酮戊二酸的羰基碳与NADPH的氢供体碳之间的2.8 ?距离支持了高效的氢转移反应。这些观察结果主要证实了已知的催化机制，而非提供新的机制见解。三个开放亚基和三个部分闭合亚基的不对称排列表明了一种符合Monod–Wyman–Changeux（MWC）模型的别构协调催化机制。然而，直接实验验证这种提出的别构机制在真菌GDH中的情况仍然有限。

A. terreus的NADP-GDH（PDB ID：7ECR、7ECS、7ECT）与NADPH及二羧酸抑制剂（如琥珀酸、苹果酸和酒石酸）复合物的高分辨率结构显示了几乎相同的构象[64]。每个亚基包含16个α螺旋和13个β链，它们通过一个类似铰链的螺旋连接成两个主要结构域，从而在催化过程中促进亚基间的运动。AtGDH的结构与A. niger的NADP-GDH非常相似（RMSD相差0.34 ?），这加强了丝状真菌GDH之间的结构保守性。这种高度的结构保守性表明可能存在功能冗余，但这一点尚未得到严格评估。

基于这些晶体学见解，最近对A. niger和A. terreus NADP-GDH的冷冻电镜（Cryo-EM）结构分析揭示了与酶协同作用相关的不同构象状态[65]。协同作用的A. niger NADP-GDH在活性位点的开口宽度（约21 ?）比非协同作用的A. terreus GDH（约17 ?）在开放构象时更大，这表明结构灵活性控制着催化行为。结构域II中的R246S替换被证明可以调节这种灵活性，使A. terreus NADP-GDH转变为类似于A. niger NADP-GDH的协同酶。尽管这些发现揭示了构象灵活性在酶协同作用中的作用，但这种调节的分子基础仍不清楚，需要进一步研究长程结构动态。总体而言，这些发现为真菌NADP-GDH的别构调控和结构决定因素提供了见解。

同样，Candida albicans的NADP-GDH同工酶CaGdh3[66]也表现出类似的六聚体结构，其结构域II相对于AnGDH旋转了约10°，表明存在构象灵活性和可能的别构调控。2-酮戊二酸和NADPH在亚基间的裂隙中的结合会诱导催化位点的闭合，表明底物驱动的构象转变。这种构象灵活性对酶的催化行为至关重要。然而，这些转变在体内的具体触发因素（超出简单的配体结合）仍需进一步探索。

为了研究真菌NADP-GDH的结构折叠和配体结合位点，我们从RCSB蛋白质数据库（PDB ID：5XVX [49]、7ECR [64]、7F79 [66]）获取了可用的晶体结构，并进行了叠加（图4）。底物和辅因子结合位的体积约为504.67 ?3。辅因子NADP(H)周围有几个极性残基通过氢键相互作用来稳定它（图4）。NADP(H)腺嘌呤部分上的磷酸基团通过Lys274NZ和Lys121NZ的氢键相互作用得到稳定，其距离分别为约2.96 ?和2.56 ?。此外，底物（2-酮戊二酸）通过一个羧基末端的Lys114和Lys102以及另一个羧基末端的Lys78和Arg193形成盐桥相互作用（图4）。

这些结构数据为密切相关的曲霉菌属物种和酵母C. albicans中的NADP-GDH反应机制提供了宝贵的见解。这些发现为理解真菌NADP-GDH调控的结构基础提供了基础。然而，现有的结构信息仍然有限，特别是在酶的别构通讯和长程构象动态方面——这是一个需要尽快填补的研究空白。

图4显示了真菌NADP-谷氨酸脱氢酶（NADP-GDHs）的结构排列。叠加的晶体结构分别来自A. niger、A. terreus和C. albicans的NADP-GDHs，PDB ID分别为5XVX（绿色）、7ECR（青色）和7F79（品红色）。活性位点和辅因子结合残基以青色显示。底物（2-酮戊二酸）和辅因子（NADP）以绿色显示。黄色虚线表示氢键相互作用。

由于缺乏真菌NAD-GDH的结构数据，我们使用AlphaFold 3对Candida albicans的NAD-GDH四聚体结构进行了建模（Uniprot ID：XP_716032.2）（图5）。四种不同的颜色代表四聚体蛋白的四个不同链。每个亚基包含两个主要结构域，活性位点（底物和辅酶结合的位置）位于这两个结构域之间的裂隙中。结构域I主要参与结合谷氨酸底物并促进亚基组装成四聚体结构。结构域II在结构上类似于保守的二核苷酸结合折叠，专门设计用于结合辅酶（NADH）。辅酶在裂隙中的结合将烟酰胺部分定位在活性位点的深处，从而在催化循环中促进立体特异性的氢转移。

尽管AlphaFold 3显示出显著的准确性，但建议对NAD-GDH的结构进行实验验证。

图5显示了Candida albicans的apo-NAD-谷氨酸脱氢酶（GDH2）的建模四聚体结构。每个链用不同的颜色表示。通常，真菌的四聚体NAD-GDH比相应的NADP-GDH更大。因此，为了进一步探讨辅因子特异性，我们比较了C. albicans的NADP-和NAD-GDHs之间的结构关系，以及哺乳动物GDH（使用NADP和NAD作为辅因子）与真菌NADP-GDHs之间的结构关系。为此，将相应的结构进行了叠加，以便直接比较保守和不同的特征。如图6A所示，NAD-GDH中观察到一个额外的臂状结构域，连接手掌域和手指域。手掌域和手指域形成了一个深裂隙，用于底物和辅酶的结合，其特征是存在Rossman折叠，在所有真菌GDH中都是保守的。

图6显示了Candida albicans的NAD-GDH（紫色）单体模型与其单体NAD-PGDH（品红色）晶体结构（PDB ID：7F79）的叠加。B显示了A. niger、A. terreus和C. albicans的真菌NAD-PGDHs（PDB ID：5XVX（绿色）、7ECR（青色）、7F79（品红色）与人类GDH1（PDB ID：8KGY（橙色）的叠加，展示了核心折叠的保守性以及哺乳动物GDH中特有的天线结构域的存在。

这些观察结果表明，虽然整体催化架构是保守的，但NAD-GDH中的额外臂状结构域可能有助于功能特异性、辅因子偏好和调控相互作用。这表明臂状结构域的进化可能与辅因子特异性有关，但需要通过实验研究来验证这一假设。如前所述，获得真菌NAD-GDH的结构数据对于充分阐明这种结构域变异的进化和功能意义至关重要。

在人类GDH中，观察到辅酶结合区域有一个独特的“天线”结构域（螺旋-无规卷曲结构）（图6B）。这个天线从每个亚基延伸出来，对于亚基间的通讯和别构调控至关重要，使六聚体能够协调其对抑制剂（如GTP）的反应。然而，如前所述，真菌GDH缺乏哺乳动物GDH中复杂的天线介导的别构机制，因为它们的调控主要是转录调控和通过结构域相互作用实现的。

我们将首先描述真菌GDH的催化位点，并总结有关其激活剂和抑制剂的现有信息，然后研究真菌GDH的调控。

许多生物体的GDH中，赖氨酸被认为是最重要的催化残基。例如，在牛肉肝酶中为K126[67]，在N. crassa的NADP特异性GDH中为K113[68]，在脑GDH同源蛋白中为K113[69]，以及在Clostridium symbiosum的NAD-GDH中为K128[70]。除了赖氨酸外，组氨酸也被报道在大肠杆菌GDH的磷酸化调控中起重要作用[71]。在B. poitrasii中，关于组氨酸和赖氨酸的化学修饰数据表明它们参与了纯化NAD-GDH的活性[27]。A. niger NAD-PGDH中位于141位的半胱氨酸残基对其共价修饰很重要，这种修饰将合成酶转化为分解酶[49]。尽管它不被认为是催化必需的，但它可能对酶的调控很重要，如本综述的“硫醇介导的调控”部分所建议的。

不同真菌物种中的NAD-PGDH活性受到特定环境和营养分子的影响。在N. crassa中，铵和硝酸盐强烈激活NADP-GDH的合成[72]。A. nidulans的NAD-PGDH在谷氨酸和葡萄糖缺乏时被激活[73]。在T. borchii中，谷氨酸显著激活NAD-PGDH的活性和gdh表达，而尿素、硝酸盐和丙氨酸的活性比铵高10-12倍[12]。在M. oryzae中，NAD-PGDH在感染期间被谷氨酸激活以释放氨[17]。渗透压胁迫（高NaCl）在D. hansenii中激活NAD-PGDH[44]，而葡萄糖和甘油激活酵母特异性的NAD-PGDH，B. poitrasii中的NAD-PGDH在血清作用下被激活[60]。

在Coprinus cinereus中，NAD-PGDH在氮限制条件下通过特定碳源（如丙酮酸、葡萄糖、醋酸）被激活，乙酰辅酶A作为关键的细胞内代谢信号[74]。来自乙酰辅酶A合成酶突变体的证据表明，乙酰辅酶A的合成对于GDH的激活是必需的，这将碳代谢与氮同化联系起来[74]。

抑制真菌GDH是理解它们在真菌生长相关生理过程中的作用的有效策略，一些研究已经证明了这一点[27, 28, 75, 76, 77]。这些研究中使用的大多数抑制剂是2-酮戊二酸和L-谷氨酸的竞争性抑制剂或类似物。异酞酸是最常报道的NAD-PGDH[62, 77, 78]和NADP-GDH[79, 80]抑制剂。

Rogers（1971）报告了L-谷氨酸的结构类似物（如戊二酸、硫代二甘醇酸、氧二甘醇酸和亚氨基二乙酸）对牛GDH的抑制作用[81]。2-酮戊二酸的类似物，如2-甲基戊二酸、2,4-吡啶二羧酸和3,5-吡唑二羧酸，被筛选用于抑制A. niger的NAD-PGDH[10]。纯化的A. niger NAD-PGDH被异酞酸、2-甲基戊二酸和2,4-吡啶二羧酸强烈抑制[10]。两个羧基的存在和分子的平面性是有效GDH抑制剂的共同特征。Haberland等人（1980）报告了在10^-3 M浓度的核苷酸（三磷酸鸟苷（GTP）、一磷酸鸟苷（GMP）和一磷酸肌苷（IMP）下完全抑制了N. crassa的NAD-PGDH[82]。此外，在Fusarium sp.中，乙二胺四乙酸（EDTA）被发现可以抑制NAD-PGDH，但对NAD-GDH没有影响[83]。

最近，Godsora等人（2022）显示二元羧酸（富马酸、马来酸、苹果酸、琥珀酸和酒石酸）在不同程度上抑制了A. terreus的NAD-PGDH（AtGDH）[64]。结构研究表明，这些二元羧酸部分占据了AtGDH的底物结合位点，并涉及多种极性相互作用[64]。如图7所示，苹果酸占据了六聚体A. terreus NAD-PGDH的活性位点，并与关键的协调残基形成了保守的氢键相互作用，显示出竞争性抑制模式。同样，对氯汞苯甲酸（PCMB）也抑制了NAD-PGDH，而NAD-PGDH未受抑制。这一观察反映了-SH基团在GDH活性中的作用。下一节将讨论这种抑制活性的结构方面。

图7显示了Aspergillus terreus的NAD-PGDH（PDB ID：7ECS；分辨率1.74 ?）与马来酸（竞争性抑制剂）复合物的结构。六聚体酶的三聚体面分别用A（青色）、B（灰色）和C（蓝色）表示。马来酸分子（黄色）占据活性位点，其中关键的协调残基以橙红色突出显示。绿色虚线表示马来酸与周围残基之间的氢键。插图A-C（黑色框）放大了每个单体的结合位点，展示了三聚体中保守的配体-残基相互作用。

真菌谷氨酸脱氢酶（GDHs）的调控紧密调节GDH基因表达和酶活性，以维持真菌细胞中的有效碳氮平衡。这项调控机制在转录水平（控制GDH基因表达以响应代谢信号）和翻译后水平（调节酶活性）都起作用。

**转录调控**
碳和氮代谢产物的抑制（CCR和NCR）协同调节谷氨酸脱氢酶（GDH），确保真菌中碳利用和氨同化的有效整合[84, 85]。这种调控反映了紧密相连的CCR-NCR网络，其中碳的可用性直接和间接影响氮代谢。在丝状真菌如A. nidulans、N. crassa和Trichoderma reesei中，CCR主要由CreA/Cre1介导，在葡萄糖丰富的条件下抑制利用替代碳源所需的基因[86, 87]。这种抑制依赖于CreA的核定位，并通过涉及CreD-HulA和CreB-CreC复合物的翻译后机制以及SnfA和cAMP-PKA等信号通路进行调控[88, 89]。通过与氮调节系统的相互作用，特别是GATA因子AreA，CCR间接抑制铵的同化和氨基酸代谢，从而抑制GDH活性；在碳限制条件下，这种抑制作用会解除[88]。在N. crassa中，CCR还直接调节GDH异构体。葡萄糖强烈抑制gdh2，在碳源耗尽时迅速解除抑制，促进谷氨酸的分解。相比之下，gdh1在碳丰富的条件下被诱导，支持氨的同化并维持代谢平衡[90]。在S. cerevisiae中，GDH的调控整合了NCR和CCR通路。早期研究表明，GDH1必须处于其催化活性构象才能介导NCR，作为氮充足性的传感器，独立于谷氨酸水平抑制替代氮代谢途径[91]。后续研究表明，GDH1通过GATA转录因子如Gln3和Gat1调节NCR信号，影响它们的核定位和下游基因表达[14]。此外，gdh2（NAD依赖性）主要由CCR控制，通过Cyc8-Ssn6/Tup1共抑制复合物介导，并表现出强烈的葡萄糖抑制作用，比非可发酵碳源情况下高约450倍[92]。调控还通过UASNTR元件进一步整合，在氮限制条件下GATA因子激活gdh基因表达，在氮丰富条件下被Ure2隔离[93]。此外，gdh转录还受到其他营养响应调节因子如Gcn4和Hap4的影响，将gdh基因表达与更广泛的代谢状态联系起来[94]。在二态真菌B. poitrasii中，报道了编码NADP-GDH同酶的基因与形态相关的表达。酵母形态特异性的BpNADPGDH I在葡萄糖存在下被诱导，而菌丝形态特异性的BpNADPGDH II在同一条件下被抑制[20]。其他触发二态性的因素，包括温度、甘油和血清，也调节BpNAD和BpNADPGDH基因的表达，突显了B. poitrasii中代谢和形态调节网络的整合[20, 60]。重要的是，这些差异表达模式与酶活性数据一致，其中BpNADPGDH I对2-酮戊二酸具有更高的亲和力，而BpNADPGDH II对L-谷氨酸具有更高的亲和力。这表明同酶具有功能特化，BpNADPGDH I在Y形态中倾向于还原性氨基化作用和氨同化，而BpNADPGDH II在H形态生长中倾向于氧化性脱氨基作用和氮的动员。

**翻译后调控**
已知真菌GDH的活性受到至少三种主要机制的影响：磷酸化-去磷酸化、硫醇介导的调控和别构调控，共同确保真菌的快速和协调代谢适应。

**磷酸化-去磷酸化**
蛋白质磷酸化和去磷酸化被认为是控制真核细胞中调节酶活性的关键机制[98]。酵母S. cerevisiae和C. utilis的NAD-GDH受到由蛋白激酶（E.C 2.7.1.37）和碱性磷酸酶（E.C 3.1.3.1）催化的磷酸化-去磷酸化系统的调控。在S. cerevisiae中，活性NAD-GDH向无活性形式的转化受到cAMP依赖性和非cAMP依赖性蛋白激酶的磷酸化调控[7, 61, 99]。Joshi等人（2013）描述了cAMP依赖性蛋白激酶在B. poitrasii粗提物中调节NAD-和NADP-GDH活性的作用。纯化的B. poitrasii NAD-GDH受到His残基的cAMP依赖性可逆磷酸化-去磷酸化的调控[27]。最近，我们观察到纯化的B. poitrasii NADP-GDH异构体也受到磷酸化-去磷酸化的调控，但通过不同的激酶。BpNADPGDH I通过cAMP依赖性激酶调控，而BpNADPGDH II通过Ca-CaM依赖性蛋白激酶调控[28]。

**硫醇介导的调控**
在A. niger中报道了NADP-GDH活性的硫醇介导的可逆调控[46]。然而，没有证据表明这种机制在体内起作用。有趣的是，这种二硫化物修饰的NADP-GDH仅减缓了正向活性（2-酮戊二酸到L-谷氨酸），而不影响反向活性。在A. niger中，导致NADP-GDH正向活性抑制的关键残基被确定为Cys141[46]。这可能解释了之前在讨论真菌GDH激活剂和抑制剂部分中提到的使用p-氯代汞苯甲酸盐抑制AnGDH的机制。

**别构调控**
别构作用是酶快速高效响应细胞内配体浓度变化的方式。在Yarrowia lipolytica中，两个不同的基因编码NADP依赖性（GDH1）和NAD依赖性（GDH2）酶[100]。NADP-GDH有助于铵的同化，而NAD-GDH对谷氨酸的分解至关重要。S. cerevisiae的Gdh1p和Gdh3p具有87%的氨基酸序列同一性，但在别构行为上有所不同[25]。两种酶在饱和2-酮戊二酸时都表现出轻微的底物抑制（约5%），其中Gdh1p更为敏感。在pH 7.2时，两种酶对2-酮戊二酸的Km值有显著差异：Gdh1p为0.29 mM，Gdh3p为1.27 mM。它们对2-酮戊二酸的响应呈S形曲线，Hill系数（nH）分别为1.3和1.5。Neurospora crassa的NADP-GDH已被广泛研究，并受到各种效应物的别构调控[101]。尽管A. niger（AnGDH）和A. terreus（AtGDH）的NADP-GDH具有88%的序列同一性，但表现出不同的动力学特性[10, 11]。AnGDH对2-酮戊二酸呈S形响应，而AtGDH显示典型的米氏动力学饱和曲线。两种酶都受到异佛尔酮酸的竞争性抑制，但程度不同。异佛尔酮酸的Ki值分别为AnGDH的6.9 μM和AtGDH的250 μM[76]。AnGDH在2-羟乙基二硫化物（2-HED）处理下选择性失去其还原性氨基化（正向）活性，同时保持完全的氧化性脱氨基（反向）活性[46]。AtGDH没有表现出这种特性，尽管相关残基（C141）在两种酶中都是保守的。随后，Agarwal等人（2019）表明A. niger NADP-GDH的2-酮戊二酸协同性和铵的双相性在结构上是耦合的[102]。在其他Aspergillus物种（A. nidulans、A. oryzae、A. awamori）中表征的GDH也显示出对2-酮戊二酸的S形动力学[10]。有趣的是，看看这些物种中2-酮戊二酸协同性是否也与铵的双相性相关联。

**谷氨酸脱氢酶在真菌形态发生中的作用**
谷氨酸脱氢酶（GDHs）在真菌的二态性中起关键作用，特别是在酵母-菌丝（Y–H）转变中。在M. racemosus中，鉴定出NAD-和NADP依赖性的GDHs，CO?/N?依赖性的菌丝-酵母转变与NAD-GDH活性降低相关[5, 103]。在B. poitrasii中，NADP-/NAD-GDH比率决定了形态发生[6]，并鉴定出三种异构酶，一种NAD-GDH和两种NADP-GDH[22]。在分子水平上，鉴定出BpNADGDH和两种NADP-GDH基因（BpNADPGDH I和BpNADPGDH II）[20]。BpNADPGDH I是酵母形态特异性的，而BpNADPGDH II是菌丝形态特异性的。破坏BpNADPGDH II会阻止菌丝发育，而在B. poitrasii的Y5突变体或C. glabrata中异源表达会诱导芽管形成，表明BpNADPGDH II是形态转变的关键决定因素[20, 60]。在S. cerevisiae中，GDH1和GDH3编码NADP-GDHs，GDH2编码NAD-GDH，其表达受碳源调控[25, 104]。在C. albicans中，CaGdh3在Y-H转变期间表达增加，而ΔCaGdh3或ΔCaGdh2突变体无法利用脯氨酸或精氨酸作为氮源[15]。这些发现牢固地确立了GDHs在真菌形态发生调控中的作用（图8）。

**涉及NAD-和NADP-GDH酶调控的信号通路**
已知真菌GDH的活性受到至少三种主要机制的影响：磷酸化-去磷酸化、硫醇介导的调控和别构调控，共同确保真菌的快速和协调代谢适应。

**NAD-GDH的活性受到以下三种机制的影响：**
1. **磷酸化-去磷酸化**：蛋白质磷酸化和去磷酸化被认为是控制真核细胞中调节酶活性的关键机制[98]。酵母S. cerevisiae和C. utilis的NAD-GDH受到由蛋白激酶（E.C 2.7.1.37）和碱性磷酸酶（E.C 3.1.3.1）催化的磷酸化-去磷酸化系统的调控。在S. cerevisiae中，活性NAD-GDH向无活性形式的转化受到cAMP依赖性和非cAMP依赖性蛋白激酶的磷酸化调控[7, 61, 99]。Joshi等人（2013）描述了cAMP依赖性蛋白激酶在B. poitrasii粗提物中调节NAD-和NADP-GDH活性的作用。纯化的B. poitrasii NAD-GDH受到His残基的cAMP依赖性可逆磷酸化-去磷酸化的调控[27]。最近，我们观察到纯化的B. poitrasii NADP-GDH异构体也受到磷酸化-去磷酸化的调控，但通过不同的激酶。BpNADPGDH I通过cAMP依赖性激酶调控，而BpNADPGDH II通过Ca-CaM依赖性蛋白激酶调控[28]。

**硫醇介导的调控**
在A. niger中报道了NADP-GDH活性的硫醇介导的可逆调控[46]。然而，没有证据表明这种机制在体内起作用。有趣的是，这种二硫化物修饰的NADP-GDH仅减缓了正向活性（2-酮戊二酸到L-谷氨酸），而不影响反向活性。在A. niger中，导致NADP-GDH正向活性抑制的关键残基被确定为Cys141[46]。这可能解释了之前在讨论真菌GDH激活剂和抑制剂部分中提到的使用p-氯代汞苯甲酸盐抑制AnGDH的机制。

**别构调控**
别构作用是酶快速高效响应细胞内配体浓度变化的方式。在Yarrowia lipolytica中，两个不同的基因编码NADP依赖性（GDH1）和NAD依赖性（GDH2）酶[100]。NADP-GDH有助于铵的同化，而NAD-GDH对谷氨酸的分解至关重要。S. cerevisiae的Gdh1p和Gdh3p具有87%的氨基酸序列同一性，但在别构行为上有所不同[25]。两种酶在饱和2-酮戊二酸时都表现出轻微的底物抑制（约5%），其中Gdh1p更为敏感。在pH 7.2时，两种酶对2-酮戊二酸的Km值有显著差异：Gdh1p为0.29 mM，Gdh3p为1.27 mM。它们对2-酮戊二酸的响应呈S形曲线，Hill系数（nH）分别为1.3和1.5。Neurospora crassa的NADP-GDH已被广泛研究，并受到各种效应物的别构调控[101]。尽管A. niger（AnGDH）和A. terreus（AtGDH）的NADP-GDH具有88%的序列同一性，但表现出不同的动力学特性[10, 11]。AnGDH对2-酮戊二酸呈S形响应，而AtGDH显示典型的米氏动力学饱和曲线。两种酶都受到异佛尔酮酸的竞争性抑制，但程度不同。异佛尔酮酸的Ki值分别为AnGDH的6.9 μM和AtGDH的250 μM[76]。AnGDH在2-羟乙基二硫化物（2-HED）处理下选择性失去其还原性氨基化（正向）活性，同时保持完全的氧化性脱氨基（反向）活性[46]。AtGDH没有表现出这种特性，尽管相关残基（C141）在两种酶中都是保守的。随后，Agarwal等人（2019）表明A. niger NADP-GDH的2-酮戊二酸协同性和铵的双相性在结构上是耦合的[102]。在其他Aspergillus物种（A. nidulans、A. oryzae、A. awamori）中表征的GDH也显示出对2-酮戊二酸的S形动力学[10]。有趣的是，看看这些物种中2-酮戊二酸协同性是否也与铵的双相性相关联。

**谷氨酸脱氢酶在真菌形态发生中的作用**
谷氨酸脱氢酶（GDHs）在真菌的二态性中起关键作用，特别是在酵母-菌丝（Y–H）转变中。在M. racemosus中，鉴定出NAD-和NADP依赖性的GDHs，CO?/N?依赖性的菌丝-酵母转变与NAD-GDH活性降低相关[5, 103]。在B. poitrasii中，NADP-/NAD-GDH比率决定了形态发生[6]，并鉴定出三种异构酶，一种NAD-GDH和两种NADP-GDH[22]。在分子水平上，鉴定出BpNADGDH和两种NADP-GDH基因（BpNADPGDH I和BpNADPGDH II）[20]。BpNADPGDH I是酵母形态特异性的，而BpNADPGDH II是菌丝形态特异性的。破坏BpNADPGDH II会阻止菌丝发育，而在B. poitrasii的Y5突变体或C. glabrata中异源表达会诱导芽管形成，表明BpNADPGDH II是形态转变的关键决定因素[20, 60]。在S. cerevisiae中，GDH1和GDH3编码NADP-GDHs，GDH2编码NAD-GDH，其表达受碳源调控[25, 104]。在C. albicans中，CaGdh3在Y-H转变期间表达增加，而ΔCaGdh3或ΔCaGdh2突变体无法利用脯氨酸或精氨酸作为氮源[15]。这些发现牢固地确立了GDHs在真菌形态发生调控中的作用（图8）。

**提出的信号通路**
涉及调控NAD-和NADP-GDH酶的信号通路，这些酶决定了真菌的形态结果。宿主环境信号，如葡萄糖、pH、血清、甘油和温度，引发一系列事件，最终通过可逆的磷酸化/去磷酸化机制激活/抑制GDH酶。这一机制直接调节向几丁质和甘露聚糖（细胞壁多糖）的转化，从而影响真菌的形态结果[20, 28, 60, 105, 106]。

**谷氨酸脱氢酶作为抗真菌药物靶点**
病原真菌改变形态以适应其生存和增殖，并克服宿主的细胞和生理防御。病原体的微环境触发不同的分子和生化过程，最终导致分化。这些从腐生/低毒力形式到致病形式的分子和生化变化是开发新型抗真菌剂的潜在靶点。由于NAD-和NADP-GDHs与酵母-菌丝转变具有生化和分子相关性[15, 20, 27]，它们可以作为抗真菌药物靶点进行探索。Joshi等人（2013）鉴定出1,2,3三唑连接的β-内酰胺-胆汁酸衍生物（B18, B20）是纯化NAD-GDH的强效抑制剂。这些抑制剂也影响了B. poitrasii和C. albicans菌株的Y-H转变[27]。Choudhury和Punekar（2007）报告说异佛尔酮酸和2-甲基戊二酸（2-酮戊二酸的结构类似物）是A. niger NADP-GDH的有效抑制剂[76]。Choudhury等人（2008）报告说异佛尔酮酸的二甲基酯（DMIP）在盘扩散试验中抑制了A. niger的生长[75]。根据这些发现，合成了二十种具有侧链修饰的DMIP衍生物并筛选了其对NADP-GDH的抑制作用[28]。含有酰胺侧链的DMIP化合物是最强的NADP-GDH抑制剂。这些化合物还抑制了B. poitrasii、C. albicans菌株和二态子囊菌Yarrowia liopolytica的Y-H转变[28]。领先的DMIP化合物在比目前使用的抗真菌药物（如氟康唑）更低的浓度下对大多数测试的人类致病酵母和丝状真菌具有抗真菌潜力[28]。因此，通过探索针对特定真菌GDHs的各种抑制剂衍生物，有可能开发出更有效和更安全的抗真菌药物。在考虑将GDHs作为抗真菌靶点时，必须考虑特异性和代谢灵活性。真菌使用多种铵同化途径，包括GDH和GS-GOGAT系统，后者在活跃生长期间通常占主导地位，而GDH在分化过程中更为重要。这使得针对GDH的策略可以集中在与致病性相关的过程上，例如Candida albicans的酵母到菌丝转变，而不是广泛抑制生长。在植物相关真菌中，包括许多菌根物种，GS-GOGAT途径占主导地位，表明GDH抑制对有益相互作用的影响有限。细菌和哺乳动物中的GDH在分布、辅因子特异性和调控特性上与真菌酶不同；值得注意的是，哺乳动物的GDH是双重辅因子特异性的并且在结构上有所不同。这些差异为选择性靶向提供了基础，研究表明真菌NADP-GDH抑制剂在低浓度下对真菌有效，但对人类细胞的影响很小[28]。尽管替代途径可能补偿GDH抑制，但在分化过程中靶向GDH仍可能阻碍致病性发展。这种形态发生转变的抑制与真菌中的类似凋亡的反应有关，为控制感染提供了一种潜在策略，同时最小化了对抗性的选择压力[60]。真菌谷氨酸脱氢酶的实用性除了作为开发抗真菌药物的靶点外，还在农业、医学、下游加工以及代谢产物的工业生产中具有重要的应用。微生物NADP依赖性谷氨酸脱氢酶（GDHs），特别是来自真菌的GDHs，对铵具有高亲和力，可以增加植物对氮的利用[107,108,109]。将真菌gdhA引入水稻后，通过增强氨化和脱氨活性提高了谷物产量、光合速率和耐盐性[110, 111]。Eurotium chevalieri和Trichurus spp.的GDHs在低氮条件下增加了水稻的氮同化和产量[112, 113]。Aspergillus candidus的gdhA表达增强了氨的吸收并减少了光呼吸[114,115,116]。在玉米、大豆和烟草中增强GDH的表达也促进了生物量的积累[115, 116]。Magnaporthe grisea的gdhA过表达赋予了抗旱性，并改善了缺水条件下的生存能力[108]。总体而言，这些结果展示了真菌GDHs在农业中的潜在用途。由于具有高底物特异性和辅酶依赖性的氧化还原活性，真菌GDHs可以用作生物传感器技术中的生物催化剂。生物传感器利用一个与目标分子相互作用的生物识别元件和一个将这种相互作用转换为可测量信号的转换器[117]。基于GDH的生物传感器已被开发用于检测食品和环境样品中的L-谷氨酸、铵及相关代谢物。GDH与L-谷氨酸氧化酶的共固定能够准确测定味精[118, 119]，而将其固定在溶胶-凝胶基质或碳糊电极上则提供了高灵敏度和重复性[120, 121]。将GDH与多壁碳纳米管或壳聚糖薄膜结合使用进一步增强了信号稳定性和选择性[122, 123]。嗜热GDH和稀土金属激活也提高了高温下的电化学性能并增强了电子转移效率[124]。真菌GDHs的内在稳定性和催化效率使它们成为开发下一代用于食品分析、临床诊断和环境监测的生物传感器的有希望的成分。更深入地了解GDHs对工业来说非常有用。GDHs可以用于简化发酵工业中的下游加工过程。NAD依赖性谷氨酸脱氢酶调节B. poitrasii的絮凝和细胞表面特性。通过底物或抑制剂调节GDH活性可以改变细胞壁组成和聚集行为[125]。多种GDH同酶的存在支持酵母在发酵过程中的氮同化和谷氨酸稳态[14]。果糖-6-磷酸作为甘露聚糖和几丁质生物合成的前体，通过谷氨酸和2-酮戊二酸的可逆转化提供了GDH活性与碳-氮代谢之间的代谢联系[28, 39, 126]。2-酮戊二酸和异酞酸增强絮凝作用，而谷氨酸则抑制絮凝作用，这与细胞内NAD-GDH水平相关[125]。因此，了解真菌GDHs对发酵工业非常有用。通过谷氨酸脱氢酶活性产生的氨是氨基酸、核苷酸和蛋白质的前体[127]。在工业上，氨广泛用于肥料生产、制冷和无碳化学原料[128]。谷氨酸是另一种关键的GDH产物，作为谷胱甘肽合成的底物，并商业上用作味精（MSG），一种鲜味增强剂[129, 130]。除了初级代谢外，谷氨酸还为非核糖体肽和聚酮类的生物合成提供前体单元，从而产生次级代谢产物，如大内酰胺和链霉菌素[131,132,133]。由于其在高还原氨化方向上的高催化活性、理想的动力学特性、操作稳定性和易于扩展性，真菌GDHs是生产氨和L-谷氨酸的理想候选者。这些结果表明真菌GDHs在化学工业中的潜在应用。真菌中的谷氨酸脱氢酶体现了代谢、调控和进化复杂性的独特融合。除了在氮代谢中的经典作用外，真菌GDHs还调节广泛的生理过程，包括形态发生、应激适应和次级代谢。分子和结构表征的进步阐明了其功能多样性的催化结构和辅因子相互作用。生化、遗传和结构数据的整合有助于识别对调控和抑制至关重要的保守残基，为抗真菌药物的发现提供了途径。真菌GDHs在作物改良、生物传感器开发和代谢工程中的转化应用强调了它们的生物技术重要性。尽管具有多方面的应用潜力，但正如本综述所强调的，我们对真菌GDHs的理解仍有许多空白。未来针对别构通讯、翻译后调控和与信号通路之间的相互作用的研究将进一步揭示真菌生物学和生物技术中GDHs的结构和功能。