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中山大学和吉林大学分别发现龙胆苦苷和荷叶碱改善糖脂代谢的作用靶点

中山大学和吉林大学分别发现龙胆苦苷和荷叶碱改善糖脂代谢的作用靶点

  • 分类:华盈视角
  • 作者:小高
  • 来源:达吉特公众号

【概要描述】糖脂代谢的异常会导致多种内分泌疾病的发生,如以肝脂蓄积和胰岛素抵抗为主要特征的脂肪肝病。此外,肥胖、糖尿病及相关疾病患者也常发生糖脂代谢紊乱和胰岛素抵抗。

中山大学和吉林大学分别发现龙胆苦苷和荷叶碱改善糖脂代谢的作用靶点

【概要描述】糖脂代谢的异常会导致多种内分泌疾病的发生,如以肝脂蓄积和胰岛素抵抗为主要特征的脂肪肝病。此外,肥胖、糖尿病及相关疾病患者也常发生糖脂代谢紊乱和胰岛素抵抗。

  • 分类:华盈视角
  • 作者:小高
  • 来源:达吉特公众号
  • 发布时间:2022-08-18 10:20
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糖脂代谢的异常会导致多种内分泌疾病的发生,如以肝脂蓄积和胰岛素抵抗为主要特征的脂肪肝病。此外,肥胖、糖尿病及相关疾病患者也常发生糖脂代谢紊乱和胰岛素抵抗。传统中医药是经历上千年实践的总结,在很多慢性疾病尤其是糖脂代谢紊乱性疾病的治疗上具有独特的优势。

近日,《药学学报》英文刊Acta Pharmaceutica Sinica B(IF=14.903)的2022年6期上发表了2篇文章,分别揭示了中药小分子龙胆苦苷和荷叶碱在改善糖脂代谢中的作用靶点及作用机制。

|   0龙胆苦苷靶向PAQR3激活PI3K/AKT通路改善糖脂代谢紊乱

条叶龙胆(Gentiana manshurica Kitag.)为龙胆科龙胆属多年生草本植物,以根及根茎入药,味苦性寒,有清热、泻火、健胃之功效。龙胆苦苷(Gentiopicroside)是条叶龙胆的主要活性物质,有研究发现龙胆苦苷可改善小鼠周围神经病变和视网膜病变糖尿病,且能改善血糖水平进而减轻肾脏微血管病变。然而,龙胆苦苷是否以及如何改善高脂饮食诱导的糖脂代谢异常仍然未知。

 

 

2022年6月,中山大学药学院黄河清教授团队在Acta Pharm Sin B发表题为“Gentiopicroside targets PAQR3 to activate the PI3K/AKT signaling pathway and ameliorate disordered glucose and lipid metabolism”的研究成果,发现龙胆苦苷靶向PAQR3激活PI3K/AKT通路改善糖脂代谢紊乱。

 

 

研究首先通过细胞实验发现龙胆苦苷通过激活棕榈酸(PA)诱导的HepG2细胞中的 PI3K/AKT通路,减少脂质合成并增加葡萄糖利用。而已有研究表明,PAQR3竞争性地束缚高尔基体中PI3K的催化亚基(p110α)以抑制p110α-p85α二聚体的形成,于是研究人员通过Co-IP发现龙胆苦苷以不依赖于抑制PAQR3表达的方式抑制PAQR3和P110α之间的互作进而激活PI3K/AKT通路(图1A),然而这种效应是否可以归因于龙胆苦苷和PAQR3的直接结合仍不清楚。于是研究人员通过表面等离子共振SPR(图1B)、微尺度热泳MST(图1C热位移测定TSA(图1DCETSA(图1F)、分子对接(图1E)等技术发现龙胆苦苷PAQR3 NH2末端的氨基酸包括Leu40Asp42Glu69Tyr125Ser129结合,并在空间上抑制PAQR3与PI3K催化亚基P110α之间的互作激活PI3K/AKT信号通路。

 

 

图1 龙胆苦苷与PAQR3直接结合抑制PAQR3和P110α之间的互作

总之,研究表明龙胆苦苷通过直接结合PAQR抑制PAQR与PI3K的催化亚基(p110α)结合,进而激活PI3K/AKT通路抑制胰岛素抵抗,改善糖脂代谢异常(图2)。

 

 

图2 龙胆苦苷改善糖脂代谢异常作用模式图

 

|   0荷叶碱激活TFE介导的自噬-溶酶体通路改善肝脂肪变性和胰岛素抵抗

荷叶是莲科莲属水生植物莲藕(Nelumbo nucifera)的干燥叶,中医认为荷叶性辛凉,味苦、微咸,具有升发清阳、止血利水、清暑利湿、清心去热等作用。《本草纲目》记载:“荷叶服之,令人瘦劣,单服可消阳气浮肿之气”。现代药理学认为,荷叶的主要活性成分荷叶碱(Nuciferine)能够改善肥胖及其相关的代谢紊乱性疾病,但荷叶碱的作用靶点及发挥作用的分子机制并不清楚。

 

 

2022年6月,吉林大学动物医学学院刘国文教授和李心慰教授团队在Acta Pharm Sin B发表题为“Nuciferine protects against high-fat diet-induced hepatic steatosis and insulin resistance via activating TFEB-mediated autophagy–lysosomal pathway”的研究成果,发现荷叶碱能够通过靶向HBXIP,激活TFEB介导的自噬溶酶体通路,缓解脂肪肝。

 

 

研究首先通过动物实验发现荷叶碱能够减轻高脂饮食(HFD)小鼠肝脏中的脂质积累、胰岛素抵抗、氧化应激和炎症反应,初步机制研究发现荷叶碱通过抑制mTORC1活性激活TFEB介导的自噬溶酶体途径改善脂肪肝。

已有研究报道转录因子TFEB是自噬溶酶体通路的主要调节因子,被溶酶体表面的mTORC1磷酸化,使其保留在细胞质中并抑制其转录活性。Rags(RagC/RagD和RagA/RagB)和Ragulator(P18、P14、MP1、C7orf59、HBXIP组成)处于mTORC1上游可直接激活mTORC1并将mTORC1锚定在溶酶体。

 

 

研究人员通过coIP实验发现荷叶碱抑制Rags和Ragulator相互作用,且抑制P14与P18、MP1、C7orf59、 HBXIP之间的相互作用(图3A),表明荷叶碱破坏Ragulator复合物组分之间的相互作用改变了正确组装和功能。为了确定荷叶碱与Ragulator复合物组分直接互作蛋白,研究人员通过CETSA证明荷叶碱与HBXIP直接结合,而非P14P18MP1 和 C7orf593B3C),并通过分子对接(图3D)发现荷叶碱与HBXIP的潜在结合口袋结合这些数据表明,荷叶碱通过与HBXIP相互作用,阻碍RagGTPases-Ragulator 溶酶体支架的形成,抑制mTORC1活性。

 

图3 荷叶碱与HBXI直接结合阻碍RagGTPases-Ragulator支架的形成

总之,荷叶碱通过与HBXIP相互作用阻碍RagGTPases-Ragulator 溶酶体支架的形成,抑制mTORC1活性,激活TFEB介导的自噬-溶酶体通路,保护高脂饮食诱导的肝脂肪变性和胰岛素抵抗(图4)。

 

图4 荷叶碱改善肝脂肪变性和胰岛素抵抗作用模式图

 

|   总结与讨论

上述两项研究在思路是有相似之处,也为我们研究中药小分子提供了很多的启示。

1)案例1由龙胆苦苷可改善小鼠周围神经病变和视网膜病变糖尿病,且能改善血糖异常引起的肾脏微血管病变,推断龙胆苦苷可能改善高脂饮食诱导的糖脂代谢异常,并开展疗效及机制实验。案例2由荷叶碱可改善肥胖及其相关的代谢紊乱性疾病,推测荷叶碱可改善肝脂肪变性和胰岛素抵抗,并开展疗效及机制实验。这提示我们在选择研究的中药小分子或对应的疾病的时候,最好是有文献报道提示两者之间存在功能或机制上的联系。

2)两个案例均发在药学权威期刊Acta Pharmaceutica Sinica B上,必然是有一定的创新性或深度,如果我们只是通过细胞或动物实验研究一下中药小分子对疾病的疗效,阐明中药小分子通过哪条信号通路发挥作用,在思路上是完整的,但是深度可进一步拔高,如确定中药小分子的直接作用靶点,以及靶点与疗效,靶点与下游通路的关系。

3)两个案例发现中药小分子直接作用靶点以后,均阐明中药小分子通过与靶点结合,阻断靶蛋白与其他蛋白之间的相互作用,进而激活或抑制相关信号通路,此外,我们也可以有其他的角度,如药物和蛋白直接结合后改变靶蛋白的活性或定位等,在选择靶蛋白的时候,查阅文献资料是必不可少的,因为无论是20K、Pulldown、DARTS等技术筛选到的蛋白均是批量的,需要我们根据文献和检测丰度,选择与疾病机制或表型相关的蛋白进行验证。

4)确定药物直接靶点是提高研究深度的关键,选择合适的研究策略和技术手段也是值得思考的问题,我们可以根据文献确定部分可能直接互作的靶蛋白,然后开展验证工作,但是这样存在的风险是很大的,大概率出现选择的蛋白不是中药小分子的直接互作蛋白。先采用20K芯片、DARTS,Pull down+质谱等技术进行广筛,然后从中确定可能直接互作的蛋白然后进行SPR、CETSA等技术的验证,是目前文章中最常用的研究方法。

达吉特专注于药靶研究,可为您寻找药物靶点提供多种多样的专业的技术服务和解决方案,助您解决药物靶点-机理研究中的各种难题。

 

达吉特针对于中药及小分子药物研究,建立了一套完整的技术服务体系:

1)中药/复方的有效成分及代谢产物分离与鉴定;

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4) 小分子靶点筛选:20K芯片,DARTS,Pull down+质谱

5)药物调控信号通路筛选:磷酸化抗体芯片,蛋白质组学

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7)SPR表面等离子共振(分子动力学)

 

|   相关文献

[1] Xiao H, Sun X, Lin Z, et al. Gentiopicroside targets PAQR3 to activate the PI3K/AKT signaling pathway and ameliorate disordered glucose and lipid metabolism. Acta Pharm Sin B. 2022 Jun;12(6):2887-2904.

[2] Du X, Di Malta C, Fang Z, et al. Nuciferine protects against high-fat diet-induced hepatic steatosis and insulin resistance via activating TFEB-mediated autophagy-lysosomal pathway. Acta Pharm Sin B. 2022 Jun;12(6):2869-2886. doi: 10.1016/j.apsb.2021.12.012.

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