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热点聚焦-近期代谢物靶点研究频繁在高水平杂志发表

热点聚焦-近期代谢物靶点研究频繁在高水平杂志发表

  • 分类:华盈视角
  • 作者:小高
  • 来源:达吉特公众号

【概要描述】发现代谢物的直接作用靶点用以解释代谢物的功能已成为高水平研究的标配。

热点聚焦-近期代谢物靶点研究频繁在高水平杂志发表

【概要描述】发现代谢物的直接作用靶点用以解释代谢物的功能已成为高水平研究的标配。

  • 分类:华盈视角
  • 作者:小高
  • 来源:达吉特公众号
  • 发布时间:2023-07-27 15:11
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代谢物不仅是机体表型的标志物,还可与蛋白直接结合调控蛋白功能,改变疾病相关信号通路,影响疾病进展。前期我们也做过相关报道“代谢组学研究2.0时代已经到来:发现代谢小分子的靶点蛋白是关键”,解析了发表在Sci Adv上的1,6二磷酸果糖的直接作用靶点文章(人类蛋白质组芯片发现靶点),也报道过“代谢组学有点卷:找到代谢分子的体内直接蛋白靶点才是突破点”,解析了今年3月份发表在Nature commun和EMBO J的两篇关于丝氨酸和精氨酸的直接靶点高水平文章(DARTS技术发现靶点)。

近日,多篇高水平代谢物直接靶点文章发表,在此解读2篇国内发表的文章以供参考。

|   01、乙酸盐直接结合并激活GPR43抑制NAFLD-HCC进展

2023年7月15日,香港中文大学于君团队在Journal of Hepatology (IF=25.7)发表题为“Bifidobacterium pseudolongum-generated acetate suppresses non-alcoholic fatty liver disease-associated hepatocellular carcinoma”的文章,发现假长双歧杆菌产生的乙酸盐抑制非酒精性脂肪肝疾病相关的肝细胞癌。

该研究发现NAFLD-HCC小鼠粪便中假长双歧杆菌丰度较低,灌胃假长双歧杆菌可显著抑制小鼠NAFLD-HCC形成,而与假长双歧杆菌条件培养基(B.p CM)共孵育NAFLD-HCC细胞可显著抑制细胞增殖,抑制G1/S期转变,诱导细胞凋亡。经过代谢组学鉴定,乙酸盐是B.p CM中的关键代谢物。进一步,乙酸盐在体内抑制NAFLD-HCC细胞系细胞增殖,诱导细胞凋亡,抑制NAFLD-HCC肿瘤形成。机制上,假长双歧杆菌产生的乙酸盐进入门静脉到达肝脏并与肝细胞上的G偶联蛋白受体43(GPR43)结合。激活的GPR43抑制IL-6/JAK1/STAT3信号通路,从而阻止NAFLD-HCC进展。该研究表明假长双歧杆菌通过肠-肝轴分泌抗肿瘤代谢物乙酸盐,对NAFLD-HCC具有保护作用。假长双歧杆菌是预防NAFLD- 2型HCC的潜在益生菌

图1 乙酸盐作用机制模式图

|   02、甘露糖直接结合并激活AMPK拮抗GSDME介导的焦亡

2023年7月17日,厦门大学吴乔、王维嘉及洪雪辉团队在Cell Research(IF=44.1)发表题为“Mannose antagonizes GSDME-mediated pyroptosis through AMPK activated by metabolite GlcNAc-6P”的文章,发现甘露糖通过代谢产物GlcNAc-6P激活的AMPK拮抗GSDME介导的焦亡。

该研究首先发现甘露糖可逆转不同癌细胞系中GSDME介导的细胞焦亡,然而其他己糖,包括葡萄糖、果糖、岩藻糖和半乳糖无相同作用。进一步证明了甘露糖通过激活AMPK对GSDME介导的焦亡有抑制作用。机制上,己糖胺生物合成途径中的甘露糖代谢增加了代谢物N-乙酰氨基葡萄糖-6-磷酸(GlcNAc-6P)水平,该代谢物与AMPK结合,促进LKB1AMPK的磷酸化。激活的AMPK随后磷酸化GSDMEThr6位点,从而阻断caspase-3诱导的GSDME切割,从而抑制焦亡。在小鼠原发性肿瘤模型中,甘露糖抑制小肠和肾脏的焦亡,减轻顺铂或奥沙利铂诱导的组织毒性,而不损害抗肿瘤作用。甘露糖的保护作用也在一小群接受正常化疗的胃肠道癌症患者中得到证实。该研究揭示了甘露糖通过GlcNAc-6P介导的AMPK活化拮抗GSDME介导的焦亡的新机制,并提示甘露糖补充在临床应用中减轻化疗引起的副作用的效用。

图2 甘露糖作用机制模式图

此外,月内还有5篇国内学者高水平代谢物靶点文章值得关注:

1)2023年6月28日,中国科学院大学宋昕阳研究员在NatureIF=64.8发表文章,通过代谢组学发现亚油酸这种常见脂肪酸在被摄入体内后,经由肠道微生物转化为共轭亚油酸(CLA),CLA与核受体HNF4γ直接结合,诱导CD4+CD8αα+上皮内淋巴细胞(IEL,一种特定类型的抵抗病原体的免疫细胞)的产生。

2)2023年7月7日,中国医学科学院基础医学研究所杜文静教授团队在Cell ReportsIF=8.8发表文章,通过代谢组学发现苹果酸酶2促进α-酮戊二酸αKG)的生成来调控细胞周期。DARTS技术发现αKGRNA聚合酶IIRNAPII)亚基RPB1结合,并增加RPB1和TFIIS之间的相互作用,从而增强RNAPII对cyclin D1的转录,促进细胞周期进展。

3)2023年7月14日,中国科学院上海药物研究所罗成课题组联合中国科学院分子细胞科学卓越创新中心高栋课题组在Cell ReportsIF=8.8发表文章,发现内源性代谢物精胺能够通过直接靶向抑制PRMT1,显著下调AR与靶基因的结合及AR靶基因的H3K27ac修饰水平,进而下调AR-FL、AR-V7信号通路,在去势抵抗性前列腺肿瘤CRPC中发挥抗肿瘤作用。

4)2023年7月19日,上海大学魏滨研究员、中国科学院上海生化与细胞所王红艳研究员与上海交通大学附属仁济医院沈南教授团队合作在Advanced Science(IF=15.1)发表文章,通过系统性红斑狼疮(SLE)患者血浆代谢组学分析发现多种胆固醇代谢物异常升高,包括7α, 25-二羟基胆固醇(7α, 25-OHC),而7α, 25-OHC结合并激活巨噬细胞EBI2,通过小G蛋白亚基αi3(GNAI3)抑制JAK-STAT信号轴,从而减少IFN-I和ISG产生。

5)2023年7月21日,中山大学唐冰、邓务国及胡志成在Cell Reports MedicineIF=14.3发表文章,首先代谢组学发现糖尿病足溃疡中有显著的苯丙酮酸积累,增加苯丙酮酸会损害伤口愈合并增强炎症反应,而通过饮食中苯丙氨酸的限制来减少苯丙酮酸可以缓解不受控制的炎症并使糖尿病伤口受益。机制上,通过LiP-SMap技术发现苯丙酮酸与PPT1(棕榈酰蛋白硫酯酶1)直接结合,抑制去棕榈酰化酶活性,从而增加NLRP3蛋白的棕榈酰化,进而增强NLRP3蛋白的稳定性,减少溶酶体的降解,促进NLRP3炎性小体的活化和白细胞介素(IL)-1β等炎症因子的释放,最终引发促炎巨噬细胞表型。

|   总结与讨论

通过发现代谢物的直接作用靶点用以解释代谢物的功能已成为高水平研究的标配。主要分为两部分:1、确定差异代谢物;2、筛选和验证直接靶点。

1、代谢物的确定

通过统计已报道的部分代谢物小分子的直接作用靶点我们发现,大部分高水平研究的代谢物聚焦于三羧酸循环和糖酵解途径中的代谢产物,如葡萄糖、果糖-1,6-二磷酸、N-乙酰氨基葡萄糖-6-磷酸、D-2-羟基戊二酸、α-酮戊二酸、乳酸、丙酮酸、葡萄糖醛酸、1-5脱水葡萄糖醇等,部分研究聚焦于其它代谢小分子如胆固醇、乙酸、丁酸、油酸、亚油酸、丙苯酮酸等,还有部分文章聚焦于氨基酸的靶点,如丝氨酸和精氨酸等。

达吉特可通过代谢组学技术帮助大家实现相关代谢物的确定:1)有机酸和TCA循环类物质检测,包括葡萄糖、乳糖、丙酮酸、琥珀酸等13种代谢物;2)能量代谢类物质检测列表,包括糖酵解、戊糖磷酸途径、TCA循环、其他氨基酸等26种代谢物;3)Q300:达吉特推荐的全靶向代谢专利技术,可实现对300+关键代谢物进行广泛筛选和绝对定量,几乎覆盖95%的经典代谢通路。检测代谢物种类包含氨基酸(60+种)、有机酸(30+种)、脂肪酸(65+种)、糖类(25+种)、胆汁酸(50+种)、肉碱(20+种)、苯基或苄基衍生物(25+种)、吲哚(5+种)等。4)Q600靶向定量代谢组学:基于LC-MS/MS对600+跨量级代谢物实现同时绝对定量检测:

Q600靶向定量代谢组学检测List

2、代谢物小分子的直接靶点筛选与验证

在确定代谢物小分子以后,可通过人类蛋白质组芯片、Pull down+MSDARTS+MS等技术实现对代谢物直接靶蛋白的筛选,进一步可通过分子对接、SPR、ITC、CETSA、Pulldown+WB等方法进行验证,而其中最常用的验证手段为SPR。

达吉特同样提供代谢小分子后续相匹配的直接靶点筛选及验证服务,通过代谢组学+人类蛋白质组芯片/DARTS+SPR”为大家解决差异代谢物筛选及其直接靶点筛选和验证的问题。

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.Song Q, Zhang X, Liu W et al. Bifidobacterium pseudolongum-generated acetate suppresses non-alcoholic fatty liver disease-associated hepatocellular carcinoma. J Hepatol. 2023 Jul 15:S0168-8278(23)04981-4.

2.Ai YL, Wang WJ, Liu FJ et al. Mannose antagonizes GSDME-mediated pyroptosis through AMPK activated by metabolite GlcNAc-6P.  Cell Res. 2023 Jul 17.

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