2026年1月2日，北京化工大学冯越/张怡团队与中国科学技术大学生医部张凯铭团队合作在Nature Chemical Biology上发表题为Structural insights into type-I and type-II Lamassu antiphage systems的研究论文，报道了I型和II型Lamassu系统多种状态下的冷冻电镜高分辨率三维结构，结合体外生化和噬菌体防御实验揭示了其独特的组装方式，并阐明了这一“细胞自杀”开关是如何被精准控制的。这是冯越教授作为通讯作者在Nature Chemical Biology发表的第四篇论文。
在微观战场上，细菌与侵袭它们的病毒（噬菌体）之间正进行着一场永无休止的“军备竞赛”。为抵御噬菌体侵染，细菌演化出极其复杂的防御网络，其中就有一类被称为流产感染（Abortive infection, Abi）的极端防御策略。这是一种为了群体利益而牺牲个体的机制：当细菌被噬菌体感染后，会启动程序导致自身死亡或停止生长，从而与病毒同归于尽，防止其复制并扩散给周围的同伴。据统计，超过70%的原核生物都装备了这种防御策略。在众多的Abi机制中，一种名为 Lamassu的抗噬菌体系统于2018年首次被科学家鉴定。该系统存在两种变体（I型和II型），展现出了惊人的多样性，能够通过识别入侵者的特定DNA序列（如回文序列）来激活防御。然而，尽管科学家们已经对Lamassu系统的单个组件进行了功能预测，但这台精密的微观机器究竟是如何组装和运作的，依然是一个巨大的谜团。
在本研究中，联合团队首先发现Lamassu系统的核心是一个由SMC（Structural maintenance of chromosomes，染色体结构维持蛋白）家族蛋白LmuB组成的二聚体支架，构成一把巨大的“钳子”。在II型系统中，这把钳子还包含一个独特的LmuC组分，位于复合物的中心。在没有病毒入侵的“和平时期”（静息态），负责执行杀伤任务的核酸酶LmuA以单体的形式被紧紧“锁”在LmuB的螺旋结构域上。该构象将LmuA隔离并保持在非活性状态，相当于给武器上了“保险栓”，防止其误伤细菌自身的DNA。紧接着联合团队解析了两型Lamassu系统与DNA底物的复合物结构，结合体外DNA切割实验发现：与传统的SMC复合物利用头部环绕DNA不同，Lamassu系统通过直接结合双链DNA的“末端”来感知危险。这种DNA末端通常只在噬菌体大量复制或细菌基因组受损时才会大量出现。同时研究团队发现了一个有趣的现象：高浓度ATP（代表细胞健康状态）会抑制系统的核酸酶活性，而低浓度ATP（代表细胞遭噬菌体攻击导致能量耗竭）则会促进系统与DNA结合并切割DNA，揭示了一种DNA末端感知和能量水平监测的双重检查机制。联合团队还捕捉到了效应蛋白的释放与多聚化现象，即噬菌体DNA的结合导致原本被“囚禁”的LmuA释放出来，重获自由的LmuA单体会在细胞质中迅速发生形变，并组装成一个活性的四聚体结构。该四聚体就像一台全速运转的碎纸机，能够无差别地切割细胞内的所有DNA，最终导致受感染细菌的死亡（流产感染），从而牺牲小我，阻断了噬菌体在菌群中的进一步传播。
综上，本研究不仅展示了Lamassu系统从静息到激活的完整分子图像，还揭示了SMC家族蛋白在原核生物免疫中的全新功能——不仅是染色体的维护者，更是免疫系统的核心支架。通过解析LmuA从单体到四聚体的激活路径，为理解细菌如何利用多聚化机制控制免疫应答提供了新的理论框架。
图1 细菌Lamassu防御系统的工作模式图
中国科学技术大学博士研究生李明，博士后赵晓龙，北京化工大学博士研究生赵兴雨、李栋，熊伟佳为本论文的共同第一作者，北京化工大学生命科学与技术学院冯越教授、张怡副教授与中国科学技术大学生命科学与医学部的张凯铭教授为本文的共同通讯作者。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41589-025-02102-z
冯越教授简介：
冯越，北京化工大学教授，博士生导师。2013年博士毕业于清华大学，同年进入北京化工大学工作。冯越课题组多年来一直以生物化学与分子生物学、结构生物学、细胞生物学等为手段，对微生物与宿主免疫系统相互作用等领域相关蛋白质的结构与功能开展研究。共发表通讯作者（含共同）SCI论文36篇，分别发表在Nature（2018，2024）、Cell（2023，2025）、Mol Cell（2020，2022，2024）、Nat Chem Biol（2022，2024，2025a，2025b）、Nat Commun（2020，2022）、PNAS（2024）等期刊。曾获全国青年岗位能手（2020）、青年北京学者（2024）、霍英东教育基金会第十九届高等院校青年科学奖（2024）、北京市优秀青年人才（2020）、中华医学科技奖二等奖（2024）、中国十大新锐科技人物（2018）、北京市科技新星（2019）、北京高校青年教师教学基本功比赛优秀指导教师奖（2023）等。