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南开大学白钢课题组发现黄芪甲苷IV和木香内酯新靶点

南开大学白钢课题组发现黄芪甲苷IV和木香内酯新靶点

  • 分类:华盈视角
  • 作者:小高
  • 来源:达吉特公众号

【概要描述】挖掘天然产物在不同疾病中的疗效并阐明其作用靶点和作用机制至关重要

南开大学白钢课题组发现黄芪甲苷IV和木香内酯新靶点

【概要描述】挖掘天然产物在不同疾病中的疗效并阐明其作用靶点和作用机制至关重要

  • 分类:华盈视角
  • 作者:小高
  • 来源:达吉特公众号
  • 发布时间:2023-07-13 14:53
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天然产物是药物发现的宝贵资源,挖掘他们在不同疾病中的疗效并阐明其作用靶点和作用机制,对扩大其临床适应症、开展结构优化和进一步研发至关重要。

南开大学白钢教授课题组长期关注于中医药的系统生物学与化学生物学研究,特别关注中医基础理论与现代生物学的结合。在基于靶点的药效成分的筛选,活性成分的分离鉴定,天然产物的蛋白靶点确证方面开展了大量的工作。

该课题组发表的部分天然产物靶点研究文章如下:

在此对该课题组近期发表在药学一区Top期刊PhytomedicineIF=7.9上的两篇文章作简要解析,为大家提供参考。

|   01、黄芪甲苷IV靶向PRDX6改善氧化应激

黄芪作为传统中药,广泛用于治疗气虚、炎症和癌症。黄芪甲苷IV(Astragaloside IV,AST)是黄芪中的一种关键活性化合物,已被证明可以通过抑制氧化应激和炎症来减少疾病进展。然而,AST改善氧化应激的具体靶点和作用机制尚不清楚。

2023年6月,该课题组在Phytomedicine发表题为“Astragaloside IV targets PRDX6, inhibits the activation of RAC subunit in NADPH oxidase 2 for oxidative damage”的文章,发现黄芪甲苷IV靶向PRDX6抑制NADPH氧化酶2的激活,减轻氧化应急损伤。

该研究利用ABPPActivity-based protein profiling)技术,设计了AST活性探针捕获目标蛋白(图1A),结合蛋白质组学分析目标蛋白(图1B),并与人类基因数据库收集的与急性肺损伤、炎症、氧化应激相关的蛋白进行整合,确定了目标靶蛋白PRDX6(图1C),进一步采用荧光共定位、表面等离子共振(SPR)(图1D)、TSA(thermal shift assay)(图1F)、圆二色谱(CD spectrum analysis)(图1G)验证了直接靶向关系,分子对接(图1H),点突变实验确定结合位点,CO-IP+MS确定了靶蛋白与下游蛋白RAC的结合。机制上,AST通过靶向PLA2催化三联体口袋抑制PRDX6中的PLA2活性。这种结合改变了PRDX6的构象和结构稳定性,并干扰PRDX6和下游RAC之间的相互作用,阻碍RAC-GDI异二聚体的激活,而RAC失活可防止NOX2成熟,减少超氧阴离子的产生,并改善氧化应激损伤。

图1 黄芪甲苷IV靶点确定及验证

黄芪甲苷IV作用机制模式图如下:

图2 黄芪甲苷IV作用机制模式图

|   02、木香内酯靶向CaMKII改善缺血相关脑损伤

慢性脑灌注不足(CCH)是全世界残疾和死亡的主要原因,通过血管舒张恢复脑血流量(CBF)对于CCH的治疗尤为重要。木香内酯(Costunolide,Cos)是一种天然倍半萜类化合物,具有舒血管作用,但其作用机制和直接靶点尚不清楚。

2023年6月,该课题组在Phytomedicine发表题为“Costunolide covalently targets and inhibits CaMKII phosphorylation to reduce ischemia-associated brain damage”的文章,发现木香内酯共价靶向并抑制CaMKII磷酸化,以减少缺血相关的脑损伤。

研究首先在永久性颈总动脉闭塞大鼠模型中确认了Cos对CCH的治疗作用,进一步通过DARTS药物亲和响应靶点稳定性结合蛋白质组学分析(图3A)确定了改善CBF的直接靶蛋白(图3B),通过与人类基因数据库收集的与血管收缩、脑缺血相关蛋白相进行整合,确定了目标靶蛋白CaMKII(图3C)。进一步通过DARTS(图3C)验证结合,通过Pulldown+MS确定Cos与CaMKII共价结合在CSY116位点(图3F),通过分子对接(图3E),点突变后开展DARTS(图3G)、CETSA(图3H)、MST(图3E)验证了结合位点。机制上,Cos的α,β-不饱和-γ-内酯环与CaMKII的Cys116残基共价结合,进而抑制CaMKII的磷酸化,降低血管平滑肌细胞内的钙离子浓度,从而起到舒张血管、增加CBF的作用,从而减轻缺血相关脑损伤。

图3 木香内酯靶点确定及验证

木香内酯作用机制模式图如下:

图4 木香内酯作用机制模式图

|   总结与讨论图片

两个案例作为经典的药靶研究文章,其思路如下:

1)发现中药活性单体对改善疾病。通过细胞实验、动物实验发现中药活性单体改善疾病表型,并且影响疾病相关的生物学过程;

2)筛选中药活性单体的作用靶点。通过ABPPDARTS方法揭示直接靶点并验证;

3)研究靶点下游的表型相关通路。通过细胞实验、动物实验发现将靶点敲除以后药物不再发挥治疗作用,且疾病表型相关的信号通路如炎症通路发生改变。

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;

2)血清/组织药代动力学分析

3)小分子化合物生物素批量标记

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

6)网络药理学与计算机分子对接

7)SPR表面等离子共振(分子动力学)

8)天然产物化合物库与功能化合物筛选服务

|   相关文献

【1】Liu W, Li Z, Chu S, et al. Atractylenolide-I covalently binds to CYP11B2, selectively inhibits aldosterone synthesis, and improves hyperaldosteronism. Acta Pharm Sin B. 2022 Jan;12(1):135-148.

【2】Zhang Y, Wang Z, Ma X, et al. Glycyrrhetinic acid binds to the conserved P-loop region and interferes with the interaction of RAS-effector proteins. Acta Pharm Sin B. 2019 Mar;9(2):294-303.

【3】Lu Y, Ji J, Chu S, et al. CaMKII, that binds with ligustilide, as a potential drug target of Suxiao jiuxin pill, a traditional Chinese medicine to dilate thoracic aorta. Clin Transl Med. 2022 Jun;12(6):e907.

【4】Zhang M, Cui J, Shen F, et al. A novel mode of action for COX-2 inhibition: Targeting ATPase domain of HSP90 induces ubiquitin degradation of new client protein COX-2. Clin Transl Med. 2022 Jan;12(1):e705.

【5】Ma XY, Zhang M, Fang G, et al. Ursolic acid reduces hepatocellular apoptosis and alleviates alcohol-induced liver injury via irreversible inhibition of CASP3 in vivo. Acta Pharmacol Sin. 2021 Jul;42(7):1101-1110.

【6】Cheng CJ, Liu KX, Zhang M, et al. Okicamelliaside targets the N-terminal chaperone pocket of HSP90 disrupts the chaperone protein interaction of HSP90-CDC37 and exerts antitumor activity. Acta Pharmacol Sin. 2022 Apr;43(4):1046-1058.

【7】Chu S, Lu Y, Liu W, et al. Ursolic acid alleviates tetrandrine-induced hepatotoxicity by competitively binding to the substrate-binding site of glutathione S-transferases. Phytomedicine. 2022 Sep;104:154325.

【8】Ma X, Bai Y, Liu K, et al. Ursolic acid inhibits the cholesterol biosynthesis and alleviates high fat diet-induced hypercholesterolemia via irreversible inhibition of HMGCS1 in vivo. Phytomedicine. 2022 Aug;103:154233.

【9】Jiang M, Wang X, Lv B, et al. soralen induces hepatotoxicity by covalently binding to glutathione-S-transferases and the hepatic cytochrome P450. Phytomedicine. 2022 Sep;104:154165.

【10】Liu W, Yang W, Niu R, et al. Costunolide covalently targets and inhibits CaMKII phosphorylation to reduce ischemia-associated brain damage. Phytomedicine. 2023 Jul;115:154822.

【11】Cheng C, Liu K, Shen F, et al. Astragaloside IV targets PRDX6, inhibits the activation of RAC subunit in NADPH oxidase 2 for oxidative damage. Phytomedicine. 2023 Jun;114:154795.

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